CRP case study: CRP Architectural Application REVERSE ENGINEERING DI UN CAPITELLO PSEUDO-COMPOSITO

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1 CRP case study: CRP Architectural Application REVERSE ENGINEERING DI UN CAPITELLO PSEUDO-COMPOSITO Pare opportuno definire il significato della parola Sinagoga, prima di procedere con l analisi del Tempio: Sinagoga: dal greco syn + ago), con + radunare da cui deriva il termine luogo di riunione, e dunque sinagoga. AVVENIMENTI STORICI Dopo il 1492, cacciati dalla Spagna, molti ebrei raggiunsero Modena, dove nel 1630 scoppiò la peste. In quegli anni di grande crisi e difficoltà per carestia, guerre e miseria diffusa tutti, compreso il duca, ricorrevano a prestiti contro pegni presso i banchi feneratizi ebraici. La peste decimò anche gli ebrei, nelle cui mani però erano rimasti molti pegni appartenenti ai cristiani morti. Da parte dei Conservatori si chiese quindi un decreto perché tali beni fossero requisiti (senza pagare il riscatto) e fossero disposte misure contro gli ebrei, presso i quali dovevano esserci grandi quantità di oro e d argento, e mobilie, che non vi sarà mai che ne riscuota. Così gli Estensi, che fino ad allora avevano tergiversato, nel 1638 finirono per cedere alle insistenze popolari e cattoliche istituendo, per volere del duca Francesco I, il ghetto di Modena. Iniziò un periodo buio destinato a concludersi solo più di 200 anni dopo. Nel 1859 vennero quindi definitivamente abolite tutte le leggi persecutorie e aperto il ghetto. Gli ebrei di Modena ottennero nuovamente l uguaglianza e la parità a tutti gli effetti con gli altri cittadini e così, successivamente, venne deliberato di erigere una Sinagoga dove poter liberamente officiare senza vessazioni e restrizioni e che fosse opera degna e dignitosa. Il 29 giugno 1869 il maggiore Cesare Rovighi, esponente di spicco della comunità ebraica modenese, scriveva alla commissione d Ornato del Comune di Modena: ho l onore di presentare un disegno secondo il quale verrebbe costruito un nuovo tempio israelitico in Contrada Coltellini, a nome della Commissione per l erezione del nuovo Tempio. Allegava alla richiesta il disegno a firma del progettista, ingegnere Ludovico Maglietta. Sono state poi fatte diverse modifiche al progetto originale fino alla stesura del progetto definitivo, in seguito realizzato. Eretta con il concorso dell intera comunità ebraica modenese e in particolare con le elargizioni del facoltoso Mosè Isacco Sacerdoti, la Sinagoga venne inaugurata il 19 Dicembre del Dopo il 1943, durante il periodo cruciale delle persecuzioni razziali, con la fuga o l arresto degli ebrei, furono apposti i sigilli alla Sinagoga dalle autorità locali, ma non vi furono saccheggi, devastazioni e vandalismi, sicchè tutto si conservò. Alla fine della guerra la riapertura ufficiale avvenne il 4 Maggio 1945 alla presenza di molti cittadini e autorità. L immobile in oggetto, di proprietà della Comunità Israelitica di Modena, è stato dichiarato di interesse particolarmente importante dal punto di vista storico, artistico e culturale; quindi deve considerarsi compreso negli elenchi descrittivi previsti dall art. 4 della legge del 1 giugno 1939 n Ciò è comunicato dalla Sovrintendenza per i Beni Ambientali e Architettonici dell Emilia Romagna in data 27 Agosto 1975.

2 LA SINAGOGA DI MODENA TRA ECLETTISMO ROMANTICO E RIMINISCENZE ORIENTALEGGIANTI Dal punto di vista formale la Sinagoga si pone come una mirabile commistione fra colti riferimenti all architettura classica (semicolonne di ordine gigante, capitelli, l enorme frontone delle facciate ecc ), eleganti elementi tipici dell architettura veneziana quattrocentesca ed evocativi e fascinosi bagliori tratti da un idea assolutamente romantica del concetto di orientalismo. L interno è diviso in due piani, la grande sala al piano terra e, al pano superiore, la loggia del matroneo cinta da balaustrata. Oltre ai riferimenti all antico sono anche presenti nuovi materiali: il ferro e la ghisa. L utilizzo di detti materiali si rifà direttamente alle nuove tecnologie ingegneristiche che furono già sperimentate in Francia e in Inghilterra (si pensi al Crystal Palace o alla Galérie des Machines o alla celebre Tour Eiffel). La sostanza metallica nella Sinagoga viene però dissimulata e non offerta allo sguardo dei fedeli in modo sincero : le colonnine metalliche, scanalate, sono infatti fuse in ghisa, come i pilastrini del matroneo; e sempre in ghisa sono la balaustrata e la ringhiera presso l Aron. La ghisa è peraltro impiegata anche all esterno, nelle mensole che compongono il dentello dei frontoni. Sono poi in ferro fuso e stampato l imponente lampadario e le dodici lampade a muro. RELAZIONE TECNICA Il rilevamento del Tempio Israelitico di Modena non è stato per niente facile né veloce in quanto le problematiche che si sono dovute superare sono state numerose; tale monumento infatti è collocato nella zona dell ex ghetto, in pieno centro storico e dunque, come si dice con un linguaggio più propriamente urbanistico, in un contesto cittadino fitto e a grana fina. E stato infatti complicato produrre una documentazione fotografica eloquente di un luogo sacro

3 sostanzialmente incassato, a destra e a sinistra, in due isolati che per la loro vicinanza al Tempio paiono quasi inglobarlo; l unica facciata che si è riuscita a documentare meglio in questa prima analisi è stata senz altro quella prospiciente piazza Mazzini. Gli strumenti che ci hanno aiutati in questa ricerca sono stati diversi e tutti di fondamentale importanza: un metro, un misuratore a ultrasuoni, una scala, una macchina fotografica e uno scanner 3D per documentare in modo completo e il più impeccabile possibile il particolare architettonico da noi scelto. 1 IL METRO Questo strumento è stato molto importante per il rilievo diretto dell edificio da noi scelto: In pratica, ogni elemento architettonico che fosse in un certo senso raggiungibile è stato rilevato in questo modo semplice ma efficace. 2 LA MACCHINA FOTOGRAFICA Senz altro uno degli strumenti indiretti più utili per portare a termine questo lavoro; in un edificio ottocentesco come la Sinagoga e d ispirazione eclettica era impossibile misurare o ricostruire geometricamente ogni fregio, ogni capitello (che oltretutto sono irraggiungibili se non con un ponteggio) eccetera fotografare però ogni capitello, con i dovuti raddrizzamenti con photoshop s intende, ci ha consentito di avere un immagine jpeg facilmente ricalcabile con Autocad 2007; la precisione ottenuta, non ottimale ma accettabile (anche perché era la massima raggiungibile), è stata soddisfacente. Lo stesso dicasi per la complicata trabeazione posta sopra le semicolonne degli esterni. I capitelli, poi, non sono riconducibili a nessun ordine architettonico codificato in quanto sono palmiformi e presentano una decorazione a grappoli d uva (tutti simboli fondamentali per la cultura ebraica): è per questo che la macchina fotografica ci ha permesso di ridisegnarli, cosa che, senza tale strumento, sarebbe stata impossibile.

4 3 SCANSIONE TRIDIMENSIONALE (REVERSE ENGINEERING) Con il termine Reverse Engineering (RE) si individua una metodologia che consente, partendo dal modello fisico, di risalire alla sua descrizione matematica in un ambiente virtuale tridimensionale. Dalla nuvola di punti, ottenuta da un processo di digitalizzazione a contatto o senza contatto, è quindi possibile matematizzare l'elemento, realizzare una vista 3D (shading, wireframe, punti) o generare un file STL idoneo ad una eventuale prototipazione rapida. Il ciclo del Reverse Engineering Per ricostruire la geometria tridimensionale di un oggetto possiamo descrivere un ciclo composto da tre fasi, che diventano quattro nel caso di un reverse engineering il cui obiettivo è un modello CAD parametrico. 1. Il punto di partenza del processo è l acquisizione mediante scansione ottica di nuvole di punti, cioè di gruppi di punti che descrivono nello spazio tridimensionale le superfici appartenenti all oggetto da rilevare. 2. Il file contenente le informazioni ottenute dal dispositivo di rilevazione deve essere preliminarmente ottimizzato attraverso opportuni filtri presenti all interno di un software dedicato al reverse engineering. Le diverse nuvole di punti, corrispondenti a diverse sessioni di misura, vengono allineate nel medesimo sistema di riferimento, dopo di ché vengono eliminati i punti doppi rilevati più volte durante la scansione.

5 3. La fase successiva consiste nel generare un modello STL, una descrizione delle superfici dell oggetto attraverso una mesh tridimensionale triangolarizzata. Questo file può essere inviato ai sistemi di prototipazione rapida per produrre delle repliche del modello originale, può essere esportato in formati grafici per successive visualizzazioni su PC (rendering 3D) o ancora può essere archiviato per generare un database delle forme acquisite. 4. Nel caso le forme dell oggetto si prestino ad essere descritte da un modello CAD parametrico si può utilizzare la nuvola di punti o il file STL come riferimento 3D per la modellazione. Si cercano di estrarre in modo automatico o semiautomatico le primitive CAD che approssimano il solido (piani, sfere, cilindri, assi); si possono stendere delle superfici di tipo NURBS appoggiate al file STL per modellare le zone più complesse dell oggetto. Nel software utilizzato per la modellazione CAD vengono infine importate tutte le informazioni finora generate (STL, primitive geometriche, superfici NURBS) per la creazione del modello finale. A tal fine è indispensabile l'intervento di un operatore esperto che operi correggendo eventuali errori e integrando eventuali mancanze derivate dal processo di scansione. Il modello CAD finale può essere convertito in un

6 formato neutro (IGES, VDA, STEP, ) ed utilizzato per la fabbricazione dell oggetto rilevato. E davvero sorprendente il livello di dettaglio e perfezione nella restituzione che questo strumento riesce a raggiungere. Di seguito vengono mostrate alcune fotografie scattate durante le fasi di rilevamento realizzate dal dipartimento CRP: Il Reverse Engineering completa quindi le tecnologie CAD/CAM e Rapid Prototyping e chiude di fatto il DESIGN LOOP, il processo che comprende sviluppo del concetto-progettazioneingegnerizzazione-produzione. Gli stessi strumenti hardware e software utilizzati per il Reverse Engineering consentono di rilevare in modo completo le superfici di un particolare, di confrontarle con quelle del modello

7 CAD originale e di generare quindi anche un report di misura in grado di evidenziare gli scostamenti dimensionali dovuti al processo produttivo. Lo strumento utilizzato Tastatore meccanico 7 assi Faro Platinum Arm + ottica laser Faro Laser Line Probe Volume di misura sferico: 3 m Frequenza di misura: punti/secondo Precisione 2 per misure non a contatto mm Il sistema è completamente portatile e permette di eseguire scansioni 3D e misure presso il cliente. L utilizzo combinato del braccio a sette assi e dell ottica laser consente di eseguire misure a contatto o scansioni ottiche in simultanea, all interno dello stesso sistema di riferimento. La leggerezza dello strumento ed il numero elevato di gradi di libertà rendono veloci ed affidabili anche i rilievi di parti complesse e difficilmente accessibili. OBIETTIVI DA RAGGIUNGERE Obiettivo dell attività svolta da CRP Technology è stato il rilievo on-site di un capitello pseudocomposito attraverso una tecnologia di reverse engineering; nello specifico si è utilizzato il

8 nuovo sistema di scansione ottica (sistema di misura non-contatto) Faro Laser Line Probe montato su di un braccio antropomorfo di misura Faro Platinum Arm. Questo sistema di scansione portatile è predisposto per essere montato su diversi supporti in funzione dell oggetto da rilevare, in modo da poter leggere le superfici di oggetti normalmente poco accessibili. Dopo l assemblaggio e la calibrazione, lo strumento è stato fissato attraverso una flangia vacuum sulla piattaforma di un ponteggio posto accanto al capitello. Il rilievo delle superfici del capitello, durato circa 1 h, ha generato una nuvola di punti tridimensionale che riproduce in ambiente CAD la forma del capitello con un errore di misura di circa 0.1 mm. La risoluzione, vale a dire la distanza tra i punti letti dallo scanner, scelta per questo rilievo è stata pari a 1 mm per non ottenere un file definitivo troppo pesante, ma lo strumento consente di scendere fino a una risoluzione di 0.1mm. Una volta terminato il rilievo la nuvola di punti tridimensionale è stata trasformata in una mesh in formato.stl.

9 A partire da questo tipo di file: - è possibile una analisi virtuale dell oggetto rilevato in termini di volume, dimensioni e si possono generare viste e sezioni; - si possono effettuare confronti tra diversi file dello stesso oggetto ottenuti da rilievi distanti tra loro nel tempo, per verificare lo stato di conservazione di un bene culturale e per monitorare il danneggiamento dovuto ad agenti esterni; - si possono produrre mediante tecnologie di rapid prototyping copie del modello, eventualmente in scala ridotta, da utilizzare per attività dimostrative o didattiche; - si possono creare gallerie virtuali in cui sculture o dettagli architettonici vengono visualizzati tridimensionalmente (consentendo rotazioni, zoom e viste panoramiche). LA RILEVAZIONE: METODI, PUNTI DI FORZA E DEBOLEZZA L operazione di rilievo 3D del capitello faceva parte di un più ampio progetto che prevedeva il rilievo di tutto quanto l edificio in cui il detto capitello è situato. Se per un intero edificio nel suo insieme i metodi di rilevamento tradizionale possono dare risultati abbastanza soddisfacenti (seppur con notevoli limiti e imperfezioni) per un oggetto delle forme e delle dimensioni di quello preso qui in esame essi sarebbero risultati inefficaci in quanto soggetti ad approssimazioni troppo rilevanti. In particolare, facendo riferimento ai limiti dei precedenti metodi di rilievo: la realizzazione di calchi copiativi è un metodo invasivo che rischia di danneggiare la superficie dell oggetto da replicare; la fotogrammetria digitale consente di rilevare solo alcuni punti notevoli fissati sull oggetto e non consente un rilievo accurato della superficie in ogni suo dettaglio; i sistemi ottici di misura dedicati all architettura consentono di rilevare velocemente grandi porzioni di edifici con risoluzioni più basse rispetto al laser utilizzato in questa applicazione: ad esempio i laser scanner a largo raggio misurano fino a 25 m di distanza con un errore medio di +- 3mm. Lo scopo di tutta l operazione sarebbe dunque stato vanificato poiché avrebbe portato ad una descrizione dell oggetto non corrispondente alle sue reali fattezze. Da qui si deduce facilmente quale valore possa assumere questo nuovo metodo di rilevamento in presenza di oggetti complicati e unici quanto importanti quali i beni culturali. Come ben sanno gli operatori del settore e gli appassionati d arte, infatti, un grande valore intrinseco della produzione artistica di ogni tempo sta anche nella sua conservazione e trasmissibilità nel futuro. Se la memoria di un dipinto può essere affidata alla tecnica fotografica (poiché sue caratteristiche peculiari sono colore e luce) non si può dire esattamente lo stesso di un opera a tre dimensioni nella quale entra in gioco il volume; risulta così di facile comprensione quanto valore possa apportare la tecnica del reverse engineering affiancata alla fotografia allo scopo di raccogliere, archiviare e trasmettere più fedelmente possibile i dati relativi ad un oggetto unico e di inestimabile valore. In questa applicazione è stato era quindi effettuato il rilievo accurato di un dettaglio architettonico di interesse, e di generare in tempi rapidi un modello 3D molto fedele al modello fisico originale.

10 I vantaggi della tecnologia impiegata sono: 1) L alta risoluzione del rilievo e quindi del modello 3D generato, 2) La perfetta corrispondenza tra modello fisico e file tridimensionale 3) L utilizzo di un sistema di scansione non invasivo In ogni caso non si possono nascondere i problemi esistenti legati all utilizzo di questa tecnica. Il sistema, funzionando secondo il principio della triangolazione ottica, è in grado di rilevare solo le zone visibili dell oggetto e quindi sfuggono al rilievo i sottosquadri e le cavità di piccole dimensioni. Uno scanner ad alta risoluzione è in grado poi di scansionare le superfici solo restando molto vicino agli oggetti da rilevare (indicativamente 100 mm): questo può creare notevoli problemi logistici quando il componente che si intende rilevare è difficilmente accessibile come nel presente case study. Nel caso del capitello, infatti, è stato necessario fissare il rilevatore ad un ponteggio mobile posizionato vicino all oggetto, operazione che ha creato non pochi problemi, dovuti principalmente all instabilità della struttura di supporto. L operazione è stata tuttavia portata a termine con successo e dimostrazione ne è il modello grafico derivato. Come per tutte le tecnologie innovative e sperimentali, ogni piccolo problema di percorso crea lo spunto per un miglioramento. Un altro neo nell utilizzo di questa tecnica sono i costi orari elevati dovuti essenzialmente al costo dell apparecchiatura: anche questi vedranno un miglioramento con l avanzamento tecnologico. Resta a questo proposito da dire che il costo dell operazione ha un valore

11 economico infinitamente inferiore al valore storico, artistico e culturale che può assumere un opera d arte.