Rilievo 3D con drone di un edificio storico

Rilievo 3D con drone di un edificio storico oggetto di restauro @skycrabacademy

In questo articolo ti parlo della ricostruzione 3D con drone di un edificio storico situato nel territorio Bergamasco, oggetto di restauro.

Il ruolo delle nuove tecnologie, nella fattispecie l’utilizzo tecnico dei droni, nel mondo del restauro e della conservazione del patrimonio storico, è diventato sempre più utile e determinante in ambito tecnico.

Acquisizione immagini con drone

Il rilievo fotogrammetrico, eseguito a Marzo 2022, è stato effettuato con il drone DJI Phantom 4 RTK dotato di un sensore da 1’’ pollice e 20 MP e la base DJI D-RTK2 utile per migliorare il posizionamento nello spazio dei fotogrammi. Successivamente, abbiamo utilizzato un stazione totale LEICA per eseguire il rilievo dei GCP posizionati in prospetto utili al fine di ottenere un modello 3D corretto metricamente.

Nella fattispecie, le esportazioni 2D e 3D richieste dalla committenza, sono state:

• Modello 3D online navigabile;
• Nuvola di punti densa in formato .xyz compatibile con Archicad;
• Prospetti in formato .tiff;
• Ridisegno dei prospetti in formato .dwg scala 1:100;
• Copertura in formato .tiff;
• Ridisegno della copertura in formato .dwg in scala 1:100.

Abbiamo impostato il lavoro seguendo nel dettaglio lo schema del processo fotogrammetrico, determinante per la corretta esecuzione del lavoro.

Il processo fotogrammetrico è strutturato in 4 fasi:

• Pianificazione di volo e dei punti di controllo (GCP);
• Acquisizione delle immagini aeree e acquisizione dei punti di controllo (GCP);
• Elaborazione dei dati fotogrammetrici con Reality Capture;
• Esportazione dei dati.

Nuvola di punti densa

Come al solito, il lavoro di acquisizione dei dati fotogrammetrici con drone sul campo, è stato preceduto dalla fase di pianificazione di volo e dei GCP, determinante per la corretta riuscita del rilievo.

Durante la pianificazione di volo, ci siamo posti l’obiettivo di raggiungere la massima qualità grafica e metrica ottenibile con la strumentazione a disposizione. Detto ciò, grazie all’utilizzo del drone DJI Phantom 4 RTK e della sua camera montata a bordo, abbiamo pianificato la missione di volo manuale analizzando preventivamente l’edificio e gli ostacoli limitrofi.

In aggiunta al rilievo ‘grafico’ fotogrammetrico, abbiamo pianificato il rilievo tramite lo strumento tradizionale LEICA stazione totale, utile per ottenere dei dati metricamente corretti.

Riassumendo i punti salienti della fase di pianificazione di volo sono stati:

• Analisi area oggetto di rilievo;
• Scelta del drone per il volo (DJI Phantom 4 RTK);
• Scelta del posizionamento della stazione di terra DJI D-RTK2;
• Pianificazione della missione di volo;
• Pianificazione dei punti di controllo (GCP) con stazione totale Leica.

Dopo aver opportunamente pianificato il volo in ufficio e aver dedicato il tempo necessario a questa fase, abbiamo preparato il materiale per la seconda operazione dello schema fotogrammetrico, ovvero la fase dedicata all'acquisizione delle immagini aeree e dei GCP sul posto. Questa fase è stata determinante per ottenere i migliori dati possibili in fase di elaborazione (la terza fase) con il software di fotogrammetria Reality Capture. 

Dettagli nuvola di punti densa 

Riassumendo, le operazioni eseguite durante la fase 2 di acquisizione immagini aeree sono:

• Verifica dell’area di decollo e atterraggio;
• Posizionamento della base di terra DJI D-RTK2;
• Connessione del drone DJI Phantom 4 RTK con la base DJI D-RTK2;
• Acquisizione dei fotogrammi con drone Dji Phantom 4 RTK;
• Verifica della qualità delle immagini;
• Acquisizione dei punti di controllo (GCP) con stazione totale.

A questo punto, abbiamo sistemato e pulito la strumentazione utilizzata e concluso definitivamente la seconda fase di acquisizione delle immagini aeree.

Prospetti in formato .tiff

Ora inizia la fase 3, ovvero quella dedicata all’elaborazione fotogrammetrica dei dati acquisiti. 

Avendo come obiettivo la ricostruzione di numerosi dettagli esterni dell’intero edificio, abbiamo deciso di utilizzare il software SfM Reality Capture.
Questo è un software con algoritmi di ricostruzione 3D molto precisi e in grado di generare ottime restituzioni 3D di dettaglio.

Copertura in formato .tiff

Durante la fase di elaborazione fotogrammetrica sono state eseguite in ordine le seguenti operazioni:

• Analisi della qualità dei fotogrammi acquisiti con drone;
• Allineamento dei fotogrammi e generazione della nuvola di punti sparsa;
• Generazione della nuvola di punti densa e del modello 3D in alta qualità;
• Pulizia del modello 3D da eventuali imperfezioni tecniche;
• Texturizzazione del modello 3D in alta qualità;
• Generazione dei prospetti in formato tiff;
• Generazione della copertura/planimetria in formato tiff;
• Decimazione di un secondo modello 3D finalizzato all’esportazione 3D navigabile online;
• Pulizia modello;
• Texturizzazione.

La fase dedicata all’elaborazione 3D è un’operazione estremamente importante, in quanto ti permette di finalizzare il lavoro fatto fin ad ora e richiede una certa competenza per la gestione di lavori complessi come in queste situazioni.

Prospetto singolo in formato .tiff

Dopo aver opportunamente eseguito la fase dedicata all'elaborazione dei dati fotogrammetrici, ci siamo approcciati alla fase 4 ovvero quella dedicata all’esportazione dei dati utili al professionista in ambito tecnico.

Per mezzo del software Reality Capture abbiamo pulito e preparato il modello 3D per la fase finale di esportazione.

Nel dettaglio, i dati tecnici richiesti dal cliente ed esportati sono:

• Prospetti in formato tiff;
• Copertura in formato tiff;
• Modello 3D promozionale navigabile online;
• Ridisegno in scala 1:100 dei prospetti in formato dwg;
• Ridisegno in scala 1:100 della copertura in formato dwg;

Dettaglio modello 3D texturizzato

La continua innovazione dei sistemi hardware (droni) e software di ricostruzione 3D ci permette di ottenere dati di altissima qualità grafica e precisioni centimetriche in ambito tecnico. L’innovazione però, deve essere abbinata ad una corretta metodologia di lavoro, e di conseguenza ad un giusto percorso formativo che indirizzi il tecnico ad operare con le corrette metodologie di volo fotogrammetrico.

Modello 3D Sketchfab navigabile online