Rilievo architettonico integrato con drone Dji Phantom 4 RTK e Laser scanner RTC 360

Dji Phantom 4 RTK + Laser scanner RTC 360 - Chiesa di San Giorgio | Almenno San Salvatore (BG)

L’edificio oggetto di ricostruzione 3D, dalla solida architettura del XII secolo, è la chiesa di San Giorgio ad Almenno San Salvatore presente nella provincia di Bergamo.

Quale struttura presenta la Chiesa?

La struttura della chiesa é tipica dello stile romanico lombardo: impianto a basilica ad asse longitudinale ad andamento rettangolare.

La facciata presenta una doppia coloritura dovuta ai diversi materiali usati nelle due fasi di costruzione dell’edificio: la parte inferiore in blocchi di arenaria ben squadrati e la parte superiore in materiale meno nobile, calcareo e di colore chiaro quasi bianco. L’abbinamento dei due colori, forse un unicum nell’architettura sacra, testimonia i due momenti costruttivi senza nulla togliere alla bellezza dell’edificio.

Sopra la porta d’accesso fu aperta, in tempi successivi, una finestra incorniciata in alto da un corso di mattoni rossi che crea una tricromia che movimenta la facciata. A quest’ultima fu aggiunto nel XVIII secolo un piccolo portico, abbattuto all’inizio del ‘900.

Le pareti laterali esterne dell’edificio: in basso blocchi di arenaria, in alto , borlanti di fiume, disposti a lisca di pesce.
Il disegno dell’abside è di grande eleganza e leggerezza per le sottili colonnine che delimitano le nicchie e incorniciano le finestrelle.
Sul lato nord della chiesa in epoca napoleonica fu realizzato un cimitero, un piccolo spazio aperto con lapidi e cappellette. L’esito complessivo è di grande fascino.
All’interno si aprono tre navate, quella al centro più ampia e più elevata rispetto a quelle laterali, divise da tre archi longitudinali poggianti su pilastri a sezione rettangolare, senza basi e capitelli, con semplici modanature.
Lo spazio ecclesiale si conclude con il transetto e con l’abside.
L’abside é alleggerito da tre eleganti finestrelle a doppio sguancio, che danno luce e contribuiscono con un chiarore tenue al gioco di ombre che rende più misteriosa la lettura di quel che resta della Maiestas Domini.
Dalle finestre sulle pareti laterali piove una luce diafana appena sufficiente ad illuminare lo sviluppo degli affreschi che coprono le pareti.

E' possibile rilevare interno ed esterno di edifici di importanza storica ed integrare un rilievo fotogrammetrico con drone e laser scanner?

Assolutamente si, è necessario conoscere le giuste tecniche di acquisizione ed elaborazione dei dati.

Il rilievo è stato suddiviso nelle seguenti fasi di lavoro:

1. Pianificazione di volo e pianificazione delle scansioni Laser;
2. Acquisizione dei dati fotogrammetrici con drone DJI Phantom 4 RTK e strumentazione Laser Scanner RTC 360;
3. Elaborazione dei dati con il software Reality Capture;
4. Esportazione dei dati con il software Reality Capture.
5. Analisi dei dati con il software Autocad.

Fase 1 - Pianificazione di volo | Teorica a tavolino;

Durante la fase di pianificazione di volo, è stata analizzata l'area oggetto di rilievo e di conseguenza gli ostacoli presenti, servendosi di strumenti online come Google Maps e Street View. Questa operazione ci ha consentito di 'conoscere' meglio l'area e di conseguenza di scegliere la tecnica di volo con drone automatica o manuale in base agli 'ostacoli' presenti in zona. Nella fattispecie è stata evidenziata la presenza di alberi e murature limitrofe all'edificio, elementi che hanno condizionato la scelta della distanza di volo da mantenere dai prospetti. L'obiettivo prefissato è stato quello di volare a circa 10 m di distanza dall'edificio. Successivamente abbiamo pianificato i target, necessari per scalare la nuvola di punti generata dalla fotogrammetria da drone ed ottenere una nuvola di punti sparsa metricamente corretta. La nuvola di punti sparsa è da considerare come la struttura portante del nostro rilievo, e quindi l'elemento chiave per ottenere delle esportazioni corrette metricamente.

Una volta definita la tecnica di volo e impostato l'obiettivo in distanza da mantenere dai prospetti, abbiamo scelto e preparato fisicamente la strumentazione e il materiale utile per la fase 2 di acquisizione dei fotogrammi e delle scansioni Laser.

Fase 2 - Acquisizione dei dati | Drone + Laser Scanner;

La fase 2, ovvero quella relativa all'acquisizione dei fotogrammi con il drone DJI Phantom 4 RTK e con il Laser Scanner RTC360, è stata eseguita direttamente sull'area oggetto di rilievo.

In primo luogo abbiamo eseguito la scansione fotogrammetrica con drone utilizzando una tecnica di volo 'manuale' (per le ragioni di cui sopra) ricoprendo completamente l'edificio cercando di mantenere una sovrapposizione di volo di circa l'80% longitudinalmente e lateralmente. L'obiettivo è quello di mantenere una griglia di fotogrammi il più possibile regolare, questa caratteristica migliora nettamente il risultato finale grafico e di conseguenza metrico.

Tempo di volo: 45 minuti in modalità manuale
Numero di fotogrammi: 842 

Successivamente abbiamo eseguito le scansioni Laser Scanner utilizzando lo strumento Leica RTC360 internamente alla Chiesa, necessarie per l'unione dei dati con il rilievo fotogrammetrico acquisito esternamente. Sono state, inoltre, acquisite le scansioni esterne utili per i punti Ground Control Points da utilizzare per scalare correttamente la nuvola di punti fotogrammetrica ed ottennere un dato metrico corretto.

Come terza ed ultima acquisizione, abbiamo scattato 167 fotogrammi con Drone necessari per texturizzare, e rendere graficamente accattivante, il rilievo LaserScanner eseguito internamente. Abbiamo quindi volato con il drone all'interno della chiesa mantenendo un livello di attenzione molto elevato in quanto il margine di errore in volo era uguale a zero. L'obiettivo è stato quello di mantenere la sovrapposizione minima necessaria per la texturizzazione del modello 3D ottenuto dal Laser Leica RTC360. 

Tempo di acquisizione dati Drone + Laser Scanner totale: 2 ore.

Una volta acquisito i dati abbiamo pulito la strumentazione e siamo tornati in ufficio ad elaborare i dati.

Fase 3 - Elaborazione dei dati | Reality Capture;

La fase di elaborazione dei dati, è stata eseguita con Reality Capture, software di fotogrammetria ed elaborazione dati Laser Scanner.

L'elaborazione è stata condotta seguendo la corrente procedura:

• Analisi dettagliata della qualità dei dati fotogrammetrici e delle scansioni Laser acquisite;
• Inserimento nel software dei fotogrammi acquisiti da drone DJI Phantom 4 RTK;
• Generazione di una nuvola di punti sparsa (scheletro ed elemento chiave del rilievo fotogrammetrico);
• Inserimento dei Ground Control Points e successiva rototraslazione nello spazio della nuvola di punti sparsa (i GCP sono stati utilizzati per mezzo della nuvola di punti generata dalle scansioni laser esterne);
• Inserimento nel software Reality Capture della nuvola di punti interna acquisita da Laser Scanner;
• Allineamento delle scansioni laser ottenute dallo strumento Leica RTC 360;
• Inserimento nel software Reality Capture dei fotogrammi interni della Chiesa acquisiti con drone;
• Generazione di un nuvola di punti sparsa interna;
• Inserimento dei Ground Control Points e successiva rototraslazione nello spazio della nuvola di punti sparsa interna (i GCP sono stati utilizzati per mezzo della nuvola di punti generata dalle scansioni LaserScanner interne);

A questo punto, abbiamo elaborato 3 nuvole di punti sparse posizionate sullo stesso sistema di coordinate, il che ci permette di proseguire l'elaborazione nel seguente modo:

• Importazione in un file vuoto di Reality Capture della nuvola di punti sparsa fotogrammetrica da drone esterna;
• Importazione nello stesso file della nuvola di punti sparsa fotogrammetrica da drone generata internamente;
• Importazione in un file vuoto della nuvola di punti sparsa ottenuta da Laser Interna.
• Ora abbiamo eseguito la fase di allineamento delle 3 nuvole in modo tale da ottenere un'unica nuvola di punti sparsa allineata completa e corretta metricamente.

Le successive fasi ci hanno permesso di intensificare la nuvola di punti sparsa e di 'colorare' i dati ottenuti per mezzo dei fotogrammi nel seguente modo:

• Generazione di una nuvola di punti densa e di un modello 3D in Alta Qualità;
• Texturizzazione del modello 3D esterno della Chiesa utilizzando i fotogrammi acquisiti da drone;
• Texturizzazione del modello 3D interno della Chiesa per mezzo dei fotogrammi acquisiti da drone e precedente disattivazione dei fotogrammi acquisiti da Laser Scanner.

Terminate queste 3 fasi siamo pronti per l'esportazione dei risultati.

Fase 4 - Esportazione dei dati | Reality Capture .

L'esportazione dei dati, avvenuta con il software Reality Capture, è una fase fondamentale, in quanto è necessario esportare le elaborazioni realmente utilizzabili dal cliente e adattate ai suoi Software di progettazione e Hardware (PC portatili).

In questo caso è stato esportato:

• Nuvola di punti decimata a 1 cm/pixel;
• Prospetti esterni della Chiesa in formato .tiff;
• Ortofoto nadirale dell'intero lotto in formato .tiff;
• Prospetti interni della chiesa in formato .tiff,

Fase 5 - Analisi dei dati | AutoCad .

La fase 5, ci ha permesso di inserire le ortofoto dei prospetti e della copertura  in scala 1:1 nel software utilizzato dal cliente (Autocad) e procedere con la fase di ridisegno in scala 1:100.

I risultati ottenuti sono i seguenti:

 

 

Per saperne di più sulla storia della Chiesa vi consigliamo di leggere il link della Fondazione Lemine.