RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL GIARDINO DELLE SCULTURE DI CARLO SCARPA A VENEZIA

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1 RILIEVO E RAPPRESENTAZIONE DEL GIARDINO DELLE SCULTURE DI CARLO SCARPA A VENEZIA Caterina BALLETTI, Marco GNESUTTA, Francesco GUERRA Università IUAV di Venezia CIRCE - Laboratorio di Fotogrammetria balletti@iuav.it, guerra2@iuav.it, gnesutta@iuav.it Riassunto Il rilievo e la rappresentazione del Giardino delle Sculture di Carlo Scarpa sono state l occasione per confrontare sullo stesso luogo i metodi di rilievo tradizionali e consolidati, diretto, topografico e fotogrammetrico con i più recenti metodi basati sull utilizzo del laser scanner 3D. I problemi affrontati sono vari e di varia natura: l accuratezza e l affidabilità dei dati laser sia per quanto riguarda l acquisizione dei punti che per la referenziazione delle nuvole acquisite; le modalità di realizzazione del modello solido confrontando la costruzione per primitive ottenute dai dati di rilievo topografico e diretto con le procedure di gestione dei dati laser, dalla triangolazione alla costruzione di superfici parametriche alla semplice digitalizzazione in 3D; la mappatura delle superfici non con texture ma con immagini assunte con fotocamera digitale e raddrizzate su punti di appoggio topografici. Infine si è studiata la possibilità di trasferire i risultati delle analisi sui materiali nel modello 3D in modo da sovrapporre ulteriori mappature a quella fotografica. Il modello prodotto ha permesso di realizzare delle animazioni che illustrano il Giardino e il suo stato di conservazione. Dato che il lavoro svolto ha avuto come iniziale richiesta un rilievo dello stato di fatto rappresentato in pianta e alzati e solo successivamente si è realizzato il modello tridimensionale, i ricercatori hanno avuto a disposizione un panorama ampio e forse completo delle opportunità oggi presenti per rilevare e rappresentare un opera architettonica. Abstract The survey and representation of the Giardino delle Sculture of Carlo Scarpa have been the occasion to compare the more traditional surveing methods to the new ones, such as 3D laser scanning. Some questions have been faced: accuracy in laser scanner data and point clouds georeferencing; comparison in different modelling methods: geometric primitives starting from topographical data, 3D mesh and parametric surfaces obtained by laser scanning; texture mapping using rectified images. Moreover, it has been studied the possibility to transfer the results of materical analyses on 3D models overlapped to the rectified images employed in texture mapping. Some animations have been done to move inside and around the model such a new documentation of the state of the Garden. Siamo soliti a considerare come patrimonio architettonico da conservare e restaurare quella parte di architettura appartenente al passato. Sembra impossibile che le opere contemporanee, di cui abbiamo frequenza continuativa possano aver subito fenomeni di degrado tali da necessitare di interventi conservativi oltre che della normale manutenzione. Ma la realtà è diversa: anche i materiali moderni (si pensi al ferro o al calcestruzzo) si possono degradare al punto che a volte perdono sia la loro funzione costruttiva che quella estetica. Diventa così importante non solo conservare e recuperare i nuovi materiali con nuove tecniche, comportando la definizione di nuovi approcci conoscitivo e nuove forme di rappresentazione La necessità di un rilievo, quale atto conoscitivo dell architettura, di una delle opere di Carlo Scarpa - il Giardino delle Sculture all interno del Padiglione Italia alla Biennale di Venezia - è sembrato essere un esempio significativo per poter sperimentare i più recenti strumenti nel campo della documentazione, della forma e del colore e per studiare delle forme di rappresentazione alternative o complementari a quelle tradizionali al fine di costruire un sistema di documentazione e conoscenza mirato e strutturato in funzione alle caratteristiche delle opere moderne e contemporanee. Proprio per le caratteristiche dell oggetto, anche la restituzione del rilievo deve utilizzare diversi metodi di rappresentazione: vista l articolazione plastica delle opere di Scarpa, pur restando fondamentali le proiezioni ortogonali (per la rappresentazione di piante e alzati) attraverso disegni al tratto integrati con immagini ortorettificate, diventano fondamentali per la sua rappresentazione le elaborazioni tridimensionali che sono oggi realizzabili attraverso l elaborazione dei dati 3D.

2 fig. 1 Pianta e sezioni del Giardino delle Sculture presso il Padiglione Italia della Biennale di Venezia (elaborazioni di S. Mander e M. Gnesutta) Recentemente si sono visti alcuni timidi tentativi di realizzazione di modelli numerici al calcolatore, considerati però sempre come complemento delle rappresentazioni mongiane. Le esigenze di documentazione unite alla possibilità di una gestione al computer dei modelli infografici sembrerebbero spingere verso un abbandono delle rappresentazioni statiche nella direzione di modelli dinamici. Ciò si scontra con le esigenze dei progettisti di avere supporti bidimensionali che, come noto, costituiscono a loro volta un modello spaziale e funzionale dell architettura. La soluzione sembra essere la convivenza tra le spinte innovative e la necessità della tradizione, ovvero la convivenza dei modelli 3D digitali e delle proiezioni ortogonali. Tra le nuove tecniche che permettono una conoscenza più approfondita delle opere, sicuramente importante è la gestione scientifica del colore, intimamente legato alla modellazione. L importanza della fotografia nella documentazione è riconosciuto da tutti: si pensi ad esempio alla volontà di documentare i materiali (elementi lapidei, metallici, vetro, cemento, legno) e il loro stato di conservazione. Oggi esiste la possibilità di quantificare in modo rigoso il colore: questa quantificazione permetterebbe di aggiungere alla valutazione qualitativa che si è soliti fare sulla fotografia, delle precise misurazioni della variazione del colore che sono correlate a modificazioni chimiche o fisiche della materia. Visto lo stato attuale dell arte, si è ricorsi nel caso del Giardino delle Sculture a tecniche innovative sia nel capo del rilievo che della rappresentazione, consentono di predisporre un apparato conoscitivo appropriato all opera di Scarpa attraverso l uso non solo di metodi consolidati nel campo dei Beni Culturali come la fotogrammetria, ma anche del laser-scanning, la modellazione e l utilizzo controllato di immagini digitali. Laser-scanning L uso del laser-scanner unito alla modellazione tridimensionale oggi si può considerare ancora in fase sperimentale, anche se esistono già applicazioni complete di grande interesse. Manca ancora però una riflessione profonda sulle possibilità e sulle prospettive introdotte da queste nuove tecnologie. Il laser scanner viene a volte proposto come lo strumento che sostituirà i classici e consolidati metodi topografici e fotogrammetrici nel rilievo di oggetti così come in quello dell architettura. Se per l arte figurativa plastica il rilievo di una densa nuvola di punti da elaborare per ottenere più facilmente un modello tridimensionale sembra risolvere alcuni problemi di acquisizione e di rappresentazione dell oggetto, per la conoscenza metrica e qualitativa dell architettura la tecnica laser è tuttora un orizzonte esplorabile. Per il rilievo architettonico le più recenti applicazioni sperimentali mostrano come si sia ancora lontani dal poter definire una casistica in cui il laser-scanning risulti chiaramente più efficace rispetto ai metodi tradizionali. Di conseguenza risulta difficile anche fissare delle regole di esecuzione, nonché di scelta strumentale, che consentano di ottenere dei risultati metricamente confrontabili con la metodologia topografica e fotogrammetrica. fig. 2 Unione delle nuvole di punti rilevate mediante laser scanner. A destra, nuvola di punti colorata con il valore RGB delle immagini orientate

3 Altra questione da tener presente è il problema dell accuratezza dei punti rilevati: il laser-scanner a fronte di un enorme quantità di dati rilevati in un tempo brevissimo presenta una maggiore incertezza delle misure e una loro considerevole rumorosità rispetto alle altre tecniche di rilievo. A ciò si aggiunge che per alcuni oggetti il laser scanner non è adatto, come nel caso dei particolari. Da queste considerazione risulta che il laser-scanning si inserisce come tecnica di rilevamento che non sostituisce le altre ma le integra. Per ottenere un rigoroso rilievo geometrico si deve quindi ricorre a topografia, fotogrammetria, rilievo diretto e laser-scanning utilizzati ognuno secondo le proprie caratteristiche. La modellazione 3D per la rappresentazione Se è del tutto evidente l utilità del modello tridimensionale di un architettura non sempre è agevole la sua fruibilità. Molteplici sono le problematiche ancora da affrontare. Non è chiaro ad esempio il concetto di scala nominale per un modello in quanto non sembra corretto legarla alla scala di rappresentazione delle proiezioni ortogonali che dal modello si possono trarre. D altra parte si deve considerare che un modello ha sempre un suo grado di incertezza e si dovrebbe dunque dichiararne l accuratezza metrica, in modo rigoroso, slegata dalla scala di rappresentazione. Si dovrebbero introdurre dei parametri statistici relativi all incertezza ma questo comporterebbe una complicazione del modello e alla sua ingestibilità. Questione tecnica è quella invece della scelta del sistema realizzativo del modello. Si possono realizzare modelli per superfici, oppure basati su primitive solide, su voxel su semplice triangolazione, bi o tridimensionale, di nuvole di punti. La stessa nuvola di punti è in fondo un modello tridimensionale discreto della superficie dell oggetto. Si devono inoltre esplorare le possibilità di fruizione da parte di utenti finali sia per quanto riguarda le caratteristiche metrica sia per quanto riguarda la possibilità di navigazione: va considerata infatti la possibilità di una esplorazione libera e di una esplorazione guidata, oltre che di poter interrogare il modello relativamente a posizioni, dimensioni, distanze, aree, volumi. Tutto ciò ci lega ancora alla scelta di specifici prodotti software e attualmente nessuno è in grado di rispondere simultaneamente alle esigenze sopraelencate. Nel caso specifico portato ad esempio, si è realizzato un modello solido costruito mediante operazioni booleane su primitive solide ottenute da primitive geometriche direttamente derivate dal rilevamento topografiche, fotogrammetriche. Texture mapping L esigenza di porre sempre più attenzione alla qualità della fotografia in quanto sempre più è cresciuta la domanda di elaborati di qualità fotografica a partire dai raddrizzamenti analogici, a quelli digitali, ai fotopiani, all ortofoto, alla texture mapping sui modelli 3D. Questi prodotti sono oggi una consistente parte della produzione fotogrammetrica che serve al sostegno delle indagini storiche, fisiche e chimiche che usualmente vengono svolte sui monumenti. Si può notare come inizialmente (p.e. nella restituzione analogica) la fotografia servisse essenzialmente a misurare coordinate lastra (spesso si era soliti restituire da negativi). Nel momento in cui la restituzione ha cominciato ad essere non solo in forma vettoriale (disegno al tratto) ma anche in forma fotografica, si è posta la necessità di avere delle immagini in cui sia garantito un certo grado di fedeltà cromatica oltre a quella metrica. Oggi si pone l esigenza di acquisire colori calibrati che diventano per il monumento una specifica analisi tematica: il cromatismo che deve poter essere verificato oltre che nello spazio anche nel tempo. Sul modello del Giardino, come descritto in seguito, sono state usate come texture le immagini digitali calibrate radiometricamente e ottenere quindi una mappa del colore. Il modello del Giardino delle sculture Nella sua apparente semplicità il Giardino delle sculture di Carlo Scarpa presenta un forte elemento caratterizzante piuttosto complesso per quanto riguarda la modellazione: la copertura centrale. Mentre tutte le componenti del giardino sono assimilabili a parallelepipedi e quindi di facile realizzazione, la soletta di copertura ha presentato non pochi problemi, sia per la sua forma irregolare (sebbene formata da figure geometriche regolari), sia per la diversità dei materiali costituenti. La scomposizione, necessaria per una corretta modellazione e successiva texturizzazione, degli elementi che costituiscono il giardino ha portato ad individuare i seguenti gruppi: pavimentazione, pareti, pilastri cavi in mattoni, pilastri di sostegno alla copetura, copertura, vasche in cemento, elementi minori (serramenti, pedane, ugelli). In una prima fase della modellazione, poiché non era prevista una mappatura con immagini fotografiche, tutti gli elementi in mattoni sono stati modellati mattone per mattone. Questa operazione, che si potrebbe pensare lunga da realizzare e inutile, è stata invece necessaria per comprendere la tessitura dei mattoni e il valore dell'opera scarpiana, soprattutto in assenza di immagini che ne descrivessero i particolari, a volte sorprendenti. La modellazione è stata eseguita con il software AutoCAD nella versione 2000 e successivamente importato in 3DSMax per la creazione dei rendering e delle animazioni. La copertura è stata realizzata in parte in AutoCAD e in parte con 3DSMax, data la sua particolarità. L'interazione tra i due programmi ha raggiunto ormai livelli molto elevati. Il software della Discreet, pur essendo un modellatore a tutti gli effetti, non è uno strumento valido quando si tratta di realizzare modelli di elementi architettonici o simili, soprattutto se i dati della modellazione provengono da dati di rilievo strumentale, e quindi non sono passibili di aggiustamenti che generalmente vengono sfruttati per creare modelli astratti o che comunque non devono essere confrontati con misure reali. L'uso di tools tipici di uno strumento

4 CAD come gli snap, l'uso di diversi sistemi di riferimento, la possibilità di misurare e quindi controllare la bontà del modello per quanto riguarda la sua corrispondenza con i dati misurati, l'uso intensivo di operatori booleani, sono molto più agevoli da usare all'interno di AutoCAD. Diverso è il caso di modellazione di elementi complessi o non direttamente riconducibili a primitive geometriche (come il caso delle volute di un capitello corinzio o, nel nostro caso, la copertura). fig. 3 Il modello completo all'interno di 3DSMax Una seconda fase è iniziata nel momento in cui è stata ultimata la campagna fotografica. Tale campagna prevedeva la copertura fotografica di tutte le superfici del giardino, esclusa la parte superiore della copertura. Le immagini sono state acquisite con una fotocamera digitale Fuji che consente di realizzare immagini con risoluzione 3040x2016 pixel (6,1 megapixel). Questa campagna era propedeutica alla realizzazione dei raddrizzamenti digitali delle superfici. Tali raddrizzamenti sono stati realizzati con il software fotogrammetrico Planaris. Ogni pixel dell'immagine raddrizzata corrisponde a 4mm nel reale. Con le immagini raddrizzate si è potuto procedere con la fase di texturing. Il texturing è quella procedura che permette di dare un determinato aspetto alle superfici renderizzate. Nel caso del giardino delle sculture si deve più precisamente parlare di picture mapping, ovvero della applicazione delle immagini raddrizzate sulle relative superfici utilizzando un set di coordinate di mappatura. Queste coordinate sono responsabili del corretto posizionamento dell'immagine sulla superfice. L'attribuzione delle coordinate di mappatura UVW consente di sfruttare delle tipologie di coordinate prefissate quali mappatura piana, parallelepipeda, sferica, cilindrica. Si è prevalentemente usata quella piana tranne che nel caso dei pilastri che sorreggono la copertura. fig.4 Immagini raddrizzate e sviluppate: pavimentazione, parete sud-est, intradosso copertura In questo caso si è dovuto ricorrere alla mappatura cilindrica dopo aver ricavato, mediante un software di sviluppo cilindrico, il raggio di curvatura della superficie. Solo in questo modo è stato possibile mappare correttamente questi elementi. In questo caso l'immagine mappata è stata precedentemente sviluppata. Prima di procedere alla mappatura si è provveduto al corretto dimensionamento delle immagini, sovrapponendo loro il contorno della superfice ricavato dal modello stesso esportato da AutoCAD in formato EPS. Questa tecnica permette di ritagliare direttamente sulla superfice la bitmap in modo da non dover modificare i parametri di mappatura all'interno di 3DSMax. Nonostante generalmente la tecnica di picture mapping non richieda immagini con una elevata risoluzione, si è preferito usare le stesse immagini raddrizzate senza ricampionarle verso il basso. Questo consente di ottenere delle viste con una definizione estremamente elevata anche se non uguali agli originali dato che il software rielabora l'immagine nel momento in cui crea il rendering. La qualità delle immagini ottenute è comunque confrontabile con quella dei file d'origine. Dal modello finale, completo di coordinate di mappatura e delle immagini utilizzate dal picture mapping, è possibile ottenere tutte le viste desiderate, siano esse viste prospettiche o siano viste ortogonali come quella della figura precedente. Il vantaggio indiscutibile dei un modello digitale è la possibilità di effettuare rendering escludendo oggetti che coprono una determinata visuale o evidenziando solamente gli elementi che interessano. Oppure è possibile ottenere viste insolite e impossibili da realizzare con i mezzi tradizionali, essendo la camera virtuale svincolata dal mondo reale e immersa in quello digitale.

5 fig. 5 Rendering generale con l'esclusione di alcuni elementi fig. 6 Rendering generale completo Le immagini originali usate per il picture mapping possono essere modificate sia nei valori radiometrici che nella risoluzione in qualsiasi momento (a patto che non si modifichi il rapporto tra i lati, cioè l'aspect ratio). Questo rende possibile, ad esempio, l'uso di immagini sulle quali è stato eseguito la mappatura del degrado o sulla quale sono state inserite informazioni di altro genere o sono stati fatti dei cambiamenti nei valori RGB, di luminosità, di trasparenza, ecc. Oltre alle immagini statiche è naturalmente possibile utilizzare il modulo di animazione di 3DSMax per creare video significativi. Se il vantaggio di questo tipo di animazioni è, come per i rendering, la completa autonomia nei movimenti di macchina, il suo limite resta nel tipo di prodotto, un elaborato chiuso a qualsiasi interazione in tempo reale.

6 fig. 7 Particolari che mostrano l'elevata qualità delle immagin, necessaria per la mappatura del degrado fig. 8 Rendering dell'intradosso della copertura e veduta generale senza il perimetro murario Conclusioni Le questioni sopra elencate sono oggetto contemporaneamente sia di ricerca che di applicazioni concrete. Questa situazione non deve sembrare strana in quanto in campi come il rilievo la ricerca non può che essere applicata: l attività di ricerca prende corpo attraverso le esperienze. Di qui la necessità di continui confronti tra ricercatori e sperimentatori in un processo di affinamento graduale delle tecniche che alimentano la definizione di concetti teorici. La regola è definita attraverso le applicazioni e al tempo stesso le applicazioni si attuano nel rispetto della regola. Riferimenti bibliografici R. Migliari, Frontiere del rilievo. Dalla matita alle scansioni laser, Gangemi Editore, Roma, G.Bitelli., Rilievo di beni architettonici, in Atti della 6 Confereza Nazionale ASITA Geomatica per l ambiente, il territorio e il patrimonio culturale, Perugia, 5 8 novembre 2002 F. Guerra, Rilevare Carlo Scarpa in Carlo Scarpa: l'opera e la sua conservazione giornate di studio alla Fondazione Querini Stampalia, a cura di Maura Manzelle. Venezia, Cicero, C. Balletti, S. Mander, Nuovi Beni Architettonici e nuovi strumenti. Approcci per il rilievo e la rappresentazione, in atti della 7^ conferenza nazionale ASITA, L informazione territoriale e la dimensione tempo, tenutasi a Verona, ottobre 2003.