From 2D images to 3D models: the path to a virtual Earth

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1 Il dominio dello spazio: scienze, tecniche, rappresentazioni TORINO OTTOBRE 2005 From 2D images to 3D models: the path to a virtual Earth Fabio Remondino,, Armin Gruen Institute of Geodesy and Photogrammetry Chair of Photogrammetry and Remote Sensing Swiss Federal Institute of Technology (ETH) Zurich, Switzerland Fabio 0Remondino ETH Zurich Geodesia e Fotogrammetria Geodesia = misurazione della terra Fotogrammetria = misurazioni di oggetti da immagini (foto) Fabio 1Remondino ETH Zurich 1

2 Fotogrammetria e Telerilevamento (Remote Sensing) Fotogrammetria foto / immagini aeree o terrestri Telerilevamento immagini da satellite Fabio 2Remondino ETH Zurich Fotogrammetria e Telerilevamento (Remote Sensing) Fotogrammetria foto / immagini aeree o terrestri Telerilevamento immagini da satellite Fabio 3Remondino ETH Zurich 2

3 Fotogrammetria e Telerilevamento (Remote Sensing) Fotogrammetria foto / immagini aeree o terrestri Telerilevamento immagini da satellite Fabio 4Remondino ETH Zurich Fotogrammetria e Telerilevamento (Remote Sensing) Fotogrammetria foto aeree o terrestri Telerilevamento immagini da satellite ( km altezza) Fabio 5Remondino ETH Zurich 3

4 Fotogrammetria Prodotti & Applicazioni: Cartografia Modelli digitali del terreno (DTM) Sistemi informativi territoriali (GIS) Modellazione 3D di oggetti Creazione di citta virtuali Fabio 6Remondino ETH Zurich Fotogrammetria Applicazioni:... Documentazione del patrimonio culturale Archeologia Animazioni / video giochi Medicina Misurazioni industriali... Fabio 7Remondino ETH Zurich 4

5 Fotogrammetria Il principio: - intersezione spaziale di raggi passanti per punti omologhi - minimo due immagini / foto - generazione di punti 3D a partire da misure 2D Immagini / foto + puntidicontrollo Misurazioni nelle immagini Fabio 8Remondino ETH Zurich Fotogrammetria terrestre Il principio: sistema di riferimento Z Y oggetto X O A O B immagine A Fabio 9Remondino ETH Zurich immagine B 5

6 Fotogrammetria aerea-satellite Il principio: intersezione spaziale di raggi per punti omologhi Fabio 10Remondino ETH Zurich Fotogrammetria Requisiti: Precisione (micron) Dettagli Foto-realismo Bassi costi Scala Real-time... Fabio 11Remondino ETH Zurich 6

7 Altri metodi per modellazione 3D ( reality-based ): Fotogrammetria VS Sensori Attivi / Laser Scanner Misurazioni (3D) da immagini - Time consuming + 3D e tessitura nelle immagini + Risultati indipendenti dall oggetto + Basso costo Sensori che forniscono direttamenti il 3D - Molto costosi - Spesso la tessitura e assente - Risultati dipendono dal materiale dell oggetto + Velocita d acquisizione Fabio 12Remondino ETH Zurich Dalle immagini 2D ai modelli 3D - Esempi 3D virtual Los Angeles Zurich city planning Nasca lines, Peru Mount Everest Bamiyan Buddha, Afghanistan Fabio 13Remondino ETH Zurich Ayers Rock, Australia Lalibella, Ethiopia 7

8 Fotogrammetria per la Generazione di citta virtuali - Firenze, Italy - Zurich, Switzerland - Los Angeles, USA -varia Fabio 14Remondino ETH Zurich Generazione di citta virtuali Immagini aeree o satellitari ( reality-based ) IGP-ETH Spin off company: Cybercity AG [www.cybercity.tv] Pianificazione territoriale e gestione urbana Animazione e Visualizzazione Navigazione (GPS) Fabio 15Remondino ETH Zurich 8

9 Generazione di citta virtuali Acquisizione dei dati e orientamento Misurazioni e generazione dei tetti Creazione dei muri Tessitura dei tetti con foto aeree Tessitura dei muri con foto terrestri Fabio 16Remondino ETH Zurich Generazione di citta virtuali - Firenze - Modello virtuale 3D di Firenze: solo geometria, no texture Fabio 17Remondino ETH Zurich 9

10 Generazione di citta virtuali - Salisburgo, Austria - [www.cybercity.tv] marketing, turismo, pianificazione territoriale Fabio 18Remondino ETH Zurich Generazione di citta virtuali - ETH Zurich - Modello virtuale del campus ETH Hoenggerberg Modello virtuale zona urbana attorno alla sede centrale dell ETH Fabio 19Remondino ETH Zurich 10

11 Generazione di citta virtuali -Los Angeles, CA, USA [www.cybercity.tv] Fabio 20Remondino ETH Zurich Generazione di citta virtuali -Los Angeles, CA, USA [www.cybercity.tv] Fabio 21Remondino ETH Zurich 11

12 Generazione di citta virtuali -Los Angeles, CA, USA [www.cybercity.tv] Fabio 22Remondino ETH Zurich Generazione di citta virtuali [www.cybercity.tv] Fabio 23Remondino ETH Zurich 12

13 Fotogrammetria per la Documentazione del patrimonio culturale - Torre buddista, Ankor Wat, Cambogia - Linee di Nasca, Peru - Bamiyan Buddha, Afghanistan - Mount Everest Fabio 24Remondino ETH Zurich Documentazione del patrimonio culturale - Torre buddista, Ankor Wat, Cambogia zona archeologica con ca 70 torri buddhiste ogni torre ha la faccia di un Buddha UNESCO molti templi ancora coperti dalla vegetazione ricostruzione virtuale per documentazione, visualizzazione, turismo, etc. Fabio 25Remondino ETH Zurich 13

14 Documentazione del patrimonio culturale - Torre buddista, Ankor Wat, Cambogia - Fabio 26Remondino ETH Zurich Documentazione del patrimonio culturale - Geoglifi di Nasca, Peru Linee e figure costruite nel deserto Motivazione incerta Patrimonio UNESCO dal 1994 Ricostruzione aereo-fotogrammetrica per analisi, studi e documentazione Fabio 27Remondino ETH Zurich 14

15 Documentazione del patrimonio culturale - Linee di Nasca, Peru - Volo virtuale sopra le linee Nasca Fabio 28Remondino ETH Zurich Documentazione del patrimonio culturale - Bamiyan, Afghanistan - Fabio 29Remondino ETH Zurich Panorama Bamiyan, 200 km N-O di Kabul Ricca di monumenti buddhisti, nel mezzo della Via della Seta Distruzione completa dei monumenti nel 2000/2001` 15

16 Documentazione del patrimonio culturale - Bamiyan, Afghanistan - SCOPO del progetto: Ricostruzione virtuale della grande statua di Bamiyan (53 m) Ricostruzione fisica della statua (??) Ricostruzione dell attuale nicchia vuota Documentazione dell intera area protetta dall UNESCO Realizzazione di un film cinematografico MATERIALE: Immagini raccolte in Internet Immagini fornite da turisti Immagini da satellite Fabio 30Remondino ETH Zurich Documentazione del patrimonio culturale - Great Buddha of Bamiyan, Afghanistan Modello 3D della statua Fabio 31Remondino ETH Zurich 16

17 Documentazione del patrimonio culturale - Great Buddha of Bamiyan, Afghanistan & nicchia vuota Real Fabio 32Remondino ETH Zurich Before March 2001 After March 2001 Documentazione del patrimonio culturale - Great Buddha of Bamiyan, Afghanistan & nicchia vuota Virtual Fabio 33Remondino ETH Zurich Before March 2001 After March

18 Documentazione del patrimonio culturale - Great Buddha of Bamiyan, Afghanistan & nicchia vuota Virtual Before March 2001 After March 2001 Fabio 34Remondino ETH Zurich Documentazione del patrimonio culturale - Mount Everest - foto aeree 25 km x 25 km attorno ad Hilary Step Modello 3D e nuova cartografia Animazioni (Dicovery Channel) Fabio 35Remondino ETH Zurich 18

19 Mount Everest Real or Virtual? Fabio 36Remondino ETH Zurich Mount Everest Fabio 37Remondino ETH Zurich 19

20 Modelli Fotogrammetrici 3D: Dove vengono veramente usati i modelli 3D? - Animazioni - Pianificazione territoriale - Sistemi informativi territoriali (GIS) - Realta Virtuale - Archeologia -... Fabio 38Remondino ETH Zurich Modelli fotogrammetrici 3D - Applicazioni pratiche Animazioni: - Generazione di animazioni e documentari Discovery Channel Mount Everest: Fabio 39Remondino ETH Zurich 20

21 Modelli fotogrammetrici 3D - Applicazioni pratiche Google Earth Explore, Search and Discover - Immagini satellitari ad alta risoluzione, cartografia dettagliata e citta virtuali disponibili in Internet San Francisco, CA, USA Fabio 40Remondino ETH Zurich New York, NY, USA Modelli fotogrammetrici 3D - Applicazioni pratiche Pianificazione territoriale - Visualizzazione 3D dei nuovi edifici Fabio 41Remondino ETH Zurich 21

22 Modelli fotogrammetrici 3D - Applicazioni pratiche Parma: - Visualizzazione 3D dei nuovi edifici Fabio 42Remondino ETH Zurich Modelli fotogrammetrici 3D - Applicazioni pratiche - Marketing & Tourism Salzburg, AT Fabio 43Remondino ETH Zurich [www.cybercity.tv] 22

23 Modelli fotogrammetrici 3D - Applicazioni pratiche Sistemi Informativi Territoriali (SIT): - Risultati fotogrammetrici come base per SIT urbanizzato topografia Fabio 44Remondino ETH Zurich cartografia Modelli fotogrammetrici 3D - Applicazioni pratiche observer target target GIS analysis line-of-sight - telecomunication, home security, etc. Fabio 45Remondino ETH Zurich 23

24 Modelli fotogrammetrici 3D - Applicazioni pratiche Archeologia: - Buddha di Bamiyan: ANASTILOSI e possibile? - = 60% Resti della statua dopo esplosione = 60% Anastilosi non possibile!! Fabio 46Remondino ETH Zurich Modelli fotogrammetrici 3D - Applicazioni pratiche Produzione cinematografica e realta virtuale Agosto 2003, video Realta virtuale The Giant Buddhas: Fabio 47Remondino ETH Zurich 24

25 Reality-based 3D models from images Otranto Padova Corfu Fabio 48Remondino ETH Zurich Reality-based 3D models from images Ayers Rock, Australia Lalibella, Etiopia Fabio 49Remondino ETH Zurich 25

26 Reality-based 3D models from images Real vs Virtual Fabio 50Remondino ETH Zurich Reality-based 3D models from images Real vs Virtual Fabio 51Remondino ETH Zurich 26

27 Reality-based 3D models from images Real vs Virtual Fabio 52Remondino ETH Zurich Reality-based 3D models from images Real vs Virtual Fabio 53Remondino ETH Zurich 27

28 Conclusioni Fotogrammetria: da immagini (2D) a modelli virtuali (3D) Ricostruzioni virtuali basate sulla realta (reality-based 3D model) Possibilita di generare una terra virtuale visibile su un PC Immagini / Fotografie come fonte per: - modellazioni 3D - documentazione del patrimonio culturale - animazioni -cartografia - pianificazione territoriale -etc. Special thanks to: M. Sauerbier, L. Zhang, J. Niederoest, G. Schrotter (ETH) Daniela Poli (Cybercity, Fabio 54Remondino ETH Zurich Grazie per la vostra attenzione Fabio 55Remondino ETH Zurich San Francisco: Real or Virtual? 28

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