Rilevamento, analisi e modellazione avanzata della chiesa di S. Antonio a Poggioreale Vecchia Bianchini Carlo

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1 Rilevamento, analisi e modellazione avanzata della chiesa di S. Antonio a Poggioreale Vecchia Bianchini Carlo Abstract Il terremoto del 1968 ha rappresentato per la valle del Belice un episodio di tragica discontinuità con il passato sia dal punto di vista umano che materiale. Molte le famiglie colpite da eventi luttuosi; ancora di più quelle che hanno visto distrutti gran parte o tutti i beni materiali. Catastrofe la cui eco ancora pervade l intera valle e che troviamo in qualche modo cristallizzata nel grande cretto di Burri. Si trattava inoltre del primo grande evento sismico del secondo dopoguerra italiano e, forse proprio per questo, esso mise in moto grandi energie politiche e culturali con l obiettivo di impostare un operazione di ricostruzione su vasta scala in grado di migliorare in concreto la sicurezza e la qualità della vita delle popolazioni. Questa priorità prevalse su tutto il resto, positivamente convinti che ricostituire gli abitati distrutti in nuovi insediamenti progettati ex-novo con servizi, abitazioni e strade finalmente rispondenti ai più aggiornati standard edilizi fosse davvero la soluzione migliore. La storia e l evoluzione culturale ci consentono oggi di valutare questo approccio in termini di eccessiva drasticità unita a scarsa considerazione del patrimonio materiale e immateriale che l abbandono di un abitato storicamente sedimentato sempre comporta. Tuttavia la storia di Poggioreale Vecchia è segnata proprio da questa scelta: all indomani del terremoto (rilevante ma non completamente distruttivo) si decise di ricostruire un nuovo abitato circa 3 chilometri più a valle. Dal punto di vista procedurale (e anche normativo), una complessa operazione portò gli abitanti del vecchio paese a veder trasferita la loro precedente proprietà sulle aree del nuovo insediamento, mentre tutto il paese di Poggioreale Vecchia divenne in blocco proprietà dello Stato. E proprio in ragione di questa particolare situazione che il sito di Poggioreale Vecchia è stato inserito nel progetto Carta Regionale del Rischio da tempo avviato dalla Regione Sicilia a cura del Centro Regionale per la Progettazione e il Restauro e per le Scienze Naturali ed applicate ai Beni Culturali (C.R.P.R.). Nell ambito di questo progetto generale, la nostra ricerca si è posta dunque come obiettivo la conoscenza dettagliata di un singolo elemento, la Chiesa di S. Antonio Abate, individuato nel contesto dell edificato come una sorta di entità prototipo necessaria alla successiva definizione di criteri e finalità di un recupero ambientale e di una riqualificazione urbana correlati alla mitigazione dei vari fattori di rischio. In questa prospettiva le attività si sono sviluppate lungo due binari paralleli: da un lato fornire rapidamente e con elevato livello di precisione un primo insieme di dati utili al successivo studio complessivo del monumento, dall altro documentare uno stato di fatto suscettibile di verifica nel corso del tempo sia in termini di monitoraggio che di valutazione dell efficacia degli interventi eventualmente eseguiti. References 1. Bianchini Carlo, Modelli discreti e modelli continui nel rilievo e rappresentazione informatizzata dell architettura. Disegnare idee immagini, 2001, vol. 22, pag Bianchini Carlo, Nuove applicazioni fotogrammetriche al rilievo e rappresentazione delle superfici architettoniche: il Modello Digitale Continuo. Frontiere del rilievo. Dalla matita alle scansioni 3D, 2001, pag Bianchini Carlo; Paolini Priscilla, Rilievo per il restauro e la messa in sicurezza di Haghia Sophia a Istanbul: prime sperimentazioni. Disegnare idee immagini, 2003, vol. 26, pag Bianchini Carlo, Modelli interattivi esplorabili in rete: nuove applicazioni del 3D Web Browsing al settore dei Beni Culturali. Disegnare idee immagini, 2004, vol. 28, pag

2 5. Bianchini Carlo and Guidi Gabriele, TOF laser scanner characterization for low-range applications. Videometrics IX - Proceedings of SPIE, Vol Bianchini Carlo, Dal Reale al Virtuale (e ritorno): il modello ligneo di Antonio da Sangallo per il Nuovo San Pietro in Vaticano. Disegnare idee immagini, 2007, vol. 34, pag Docci Mario, El levantamiento con escáner laeser una nueva frontera para el conocimiento. In R & R Restauración & Rehabilitación n Ippolito Alfonso, Elaborazione tridimensionale e analisi del modello della cupola di Hagia Sophia. Metodologie innovative integrate per il rilevamento dell architettura e dell ambiente, 2005, pp Year 2008 Publication Name Printer Type of Publication Keywords Modelli di studio a scala locale della Carta del Rischio del Patrimonio Culturale ed Ambientale della Regione Siciliana: POGGIOREALE VECCHIA Regione Siciliana Assessorato dei Beni Culturali Article in book Architectural Survey, 3D Browsing, Geometric Modeling Pages ISBN / ISSN

3 3.5. RILEVAMENTO, ANALISI E MODELLAZIONE AVANZATA DELLA CHIESA DI S. ANTONIO ABATE A POGGIOREALE VECCHIA. Carlo Bianchini Il terremoto del 1968 ha rappresentato per la valle del Belice un episodio di tragica discontinuità con il passato sia dal punto di vista umano che materiale. Molte le famiglie colpite da eventi luttuosi; ancora di più quelle che hanno visto distrutti gran parte o tutti i beni materiali. Catastrofe la cui eco ancora pervade l intera valle e che troviamo in qualche modo cristallizzata nel grande cretto di Burri. Si trattava inoltre del primo grande evento sismico del secondo dopoguerra italiano e, forse proprio per questo, esso mise in moto grandi energie politiche e culturali con l obiettivo di impostare un operazione di ricostruzione su vasta scala in grado di migliorare in concreto la sicurezza e la qualità della vita delle popolazioni. Questa priorità prevalse su tutto il resto, positivamente convinti che ricostituire gli abitati distrutti in nuovi insediamenti progettati ex-novo con servizi, abitazioni e strade finalmente rispondenti ai più aggiornati standard edilizi fosse davvero la soluzione migliore. La storia e l evoluzione culturale ci consentono oggi di valutare questo approccio in termini di eccessiva drasticità unita a scarsa considerazione del patrimonio materiale e immateriale che l abbandono di un abitato storicamente sedimentato sempre comporta 1. Tuttavia la storia di Poggioreale Vecchia è segnata proprio da questa scelta: all indomani del terremoto (rilevante ma non completamente distruttivo) si decise di ricostruire un nuovo abitato circa 3 chilometri più a valle. Dal punto di vista procedurale (e anche normativo), una complessa operazione portò gli abitanti del vecchio paese a veder trasferita la loro precedente proprietà sulle aree del nuovo insediamento, mentre tutto il paese di Poggioreale Vecchia divenne in blocco proprietà dello Stato. È proprio in ragione di questa particolare situazione che il sito di Poggioreale Vecchia è stato inserito nel progetto Carta Regionale del Rischio da tempo avviato dalla Regione Sicilia a cura del Centro Regionale per la Progettazione e il Restauro e per le Scienze Naturali ed applicate ai Beni Culturali (C.R.P.R.). Nell ambito di questo progetto generale, la nostra ricerca si è posta dunque come obiettivo la conoscenza dettagliata di un singolo elemento, la Chiesa di S. Antonio Abate, (Fig. 1) individuato nel contesto dell edificato come una sorta di entità prototipo necessaria alla successiva definizione di criteri e finalità di un recupero ambientale e di una riqualificazione urbana correlati alla mitigazione dei vari fattori di rischio. In questa prospettiva le attività si sono sviluppate lungo due binari paralleli: da un lato fornire rapidamente e con elevato livello di precisione un primo insieme di dati utili al successivo studio complessivo del monumento, dall altro documentare uno stato di fatto suscettibile di verifica nel corso del tempo sia in termini di monitoraggio che di valutazione dell efficacia degli interventi eventualmente eseguiti. La prima questione attiene evidentemente alle attività di rilevamento, analisi e rappresentazione, in altre parole al Rilievo dell edificio. Dopo una fase preparatoria, il gruppo di ricerca da me coordinato 2 ha avviato nel maggio 2007 una campagna di scansione laser 3D del sito supportata da una contemporanea campagna topografica e fotografica (Fig. 2). La campagna di scansione 3D ha riguardato l intero sito della chiesa: con 7 diversi posizionamenti dello strumento sono infatti state ricoperte praticamente tutte le superfici interne ed esterne visibili dell edificio con una densità media di un punto ogni 2 cm. circa (in realtà in questa fase è stata acquisita anche una buona porzione dell intorno urbano) (Fig. 3). Fig. 1 - Poggioreale Vecchia, vista del corso principale. Fig. 2 - La campagna di rilevamento. IL MODELLO DI STUDIO ALLA SCALA LOCALE. L ESPERIENZA DI INDAGINE DI POGGIOREALE VECCHIA 113

4 Sono quindi state sottoposte a scansioni di dettaglio (densità di un punto ogni 2 mm. circa) circa 40 mire adesive preventivamente applicate sui paramenti dell edificio. Altre scansioni con la medesima densità hanno avuto per oggetto dettagli architettonici e decorativi particolarmente significativi, come capitelli, cornici, etc. (Fig. 4). La campagna topografica di appoggio ha visto invece la predisposizione di una poligonale aperta di appoggio composta da 5 vertici materializzati sul posto mediante chiodi di acciaio muniti di rondella (capisaldi utili anche per successive riprese o estensioni delle operazioni). Sono quindi state misurate le mire sottoposte a scansione di dettaglio (documentate mediante foto digitali) e un centinaio di punti singoli adatti a delineare con accuratezza sia in pianta che in alzato la consistenza di alcuni locali posti a destra della navata della chiesa di difficile praticabilità (Fig. 5). La gran parte dei 130 punti misurati sono quindi stati utilizzati nella successiva fase di georeferenziazione. Gran parte delle operazioni precedenti si sono inoltre avvalse di una capillare campagna fotografica, sia al fine di documentare la posizione delle mire e degli altri punti significativi misurati, ma anche la natura, la qualità e la condizione complessiva dei vari paramenti murari. Dopo una sommaria verifica sul posto della qualità e affidabilità dei dati raccolti, la gran parte delle elaborazioni sono state svolte presso il Laboratorio di Innovazione per il rilevamento, la rappresentazione e l analisi dell architettura del Dipartimento RADAAR de La Sapienza. Dapprima le singole nuvole di punti ottenute dalle scansioni sono state georeferenziate sulla base delle misure topografiche; successivamente esse sono state incollate tra loro a formare un unico modello numerico composto da tutti i punti scanditi (Fig. 6). È stato così possibile valutare anche l incertezza relativamente a ciascun modello componente (singole nuvole) e quindi stimare quella della nuvola complessiva. Per quanto attiene al primo dato, l incertezza nell orientamento delle 7 nuvole generali è risultato di pochi millimetri, mentre quello della nuvola complessiva è risultato mediamente di ±5 mm. (un dato del tutto in linea con la precisione intrinseca dello strumento). Successivamente si è proceduto all elaborazione dei dati numerici acquisiti in modo da produrre sia una convenzionale base cartografica di riferimento (fino ad oggi mancante) (Figg. 7, 8, 9) sia un modello 3D che riproducesse in forma virtuale le caratteristiche architettoniche principali dell edificio nella sua forma originaria. Entrambe le attività costituiscono il nucleo per così dire scientifico della ricerca. La questione a cui rimanda la prima può apparire banale: come si passa da una nuvola di punti ad una tradizionale pianta, sezione o prospetto? Innanzi tutto non esiste alcuna procedura automatica che dalla nuvola 3D consente questo passaggio. Riaffermare questo principio appare tutt altro che superfluo (vista la tendenza a considerare esaurito il lavoro una volta conclusa la fase di scansione ed orientamento delle nuvole) poiché ci consente di distinguere una funzione acritica e dunque priva di intelligenza da altre in cui la capacità e sensibilità di un operatore umano appare insostituibile. Fig. 3 - Nuvola di punti generale. Fig. 4 - Chiesa di Sant Antonio, Dettaglio della scansione della base di una colonna con una mira usata per la georeferenziazione. Fig. 5 - Chiesa di Sant Antonio, La nuvola dei punti con in evidenza i punti topografici rilevati. Fig. 6 - Chiesa di Sant Antonio, Vista della nuvola generale. 114 IL MODELLO DI STUDIO ALLA SCALA LOCALE. L ESPERIENZA DI INDAGINE DI POGGIOREALE VECCHIA

5 Figg. 7, 8 - Chiesa di Sant Antonio, Pianta sezioni con overlay. Quota 0.00 di riferimento (piano soglia chiesa) Sezione Longitudinale IL MODELLO DI STUDIO ALLA SCALA LOCALE. L ESPERIENZA DI INDAGINE DI POGGIOREALE VECCHIA 115

6 Fig. 9 - Chiesa di Sant Antonio, prospetto e sezioni con overlay. Quota 0.00 di riferimento (piano soglia chiesa) Sezione trasversali 116 IL MODELLO DI STUDIO ALLA SCALA LOCALE. L ESPERIENZA DI INDAGINE DI POGGIOREALE VECCHIA

7 Fig Chiesa di Sant Antonio, Prospetto, con sovrapposizione dell immagine fotografica, ottenuto per proiezione parallela della nuvola di punti. Produrre i grafici tradizionali è dunque l esercizio delle seconde complesse funzioni: le stesse, a ben vedere, che sono state da sempre utilizzate nelle operazioni di rilievo. Su questo preliminare scoglio si arenano spesso coloro che irretiti dalla spettacolarità delle nuvole 3D pensano che i convenzionali modelli grafici 2D siano desumibili con un semplice click. Al contrario, questo passaggio (critico e concettuale prima che operativo) è del tutto identico sia nell approccio tradizionale che in quello più avanzato della scansione 3D: scegliere (direttamente sull oggetto o sui milioni di punti di una sua scansione) quelli che servono per costruire un modello bidimensionale; si tratta dunque di eseguire una vera e propria restituzione dell oggetto a partire dal suo modello 3D: nulla di diverso da ciò che si fa (anche se dovrei dire si faceva) in fotogrammetria. Tuttavia le nuvole 3D presentano un ulteriore possibilità: in virtù (ed in funzione) della densità dei punti acquisiti è possibile produrre visualizzazioni a schermo che, secondo il medesimo principio della fotografia, sono in grado di mantenere un forte carattere di riconoscibilità.al contrario delle normali fotografie, però, queste visualizzazioni possono essere ottenute sia per proiezione centrale ma anche per proiezione parallela. Proprio quest ultima caratteristica offre dunque la possibilità di produrre in forma aggiuntiva le classiche rappresentazioni ortogonali come pure proiezioni parallele di nuvole 3D. Secondo quest impostazione l immagine di una nuvola, adeguatamente ripulita, orientata, scalata e densa, può a tutti gli effetti essere considerata una pianta, un prospetto o una sezione. I vantaggi di questa strategia sono evidenti ed essenzialmente attengono alla possibilità di visualizzare la nuvole in modo che ciascun punto assuma il colore catturato dalla camera digitale dello scanner (la scansione diviene così una sorta di fotografia 3 - Fig.10) ovvero venga colorato a seconda della propria risposta di potenza (riflettenza) (Fig. 11). Le rappresentazioni di questo tipo sono sostanzialmente delle immagini da schermo (snapshot) ad alta risoluzione ovvero delle stampe su carta (hardcopy): non quindi come i correnti disegni vettoriali, ma per questo molto più vicini concettualmente ai tradizionali disegni a riga e squadra. Da questo livello base è possibile ovviamente passare al successivo che prevede la produzione ed elaborazione di elementi CAD vettoriali, ad esempio un profilo, che possa successivamente trasformarsi in una pianta o una sezione. Premesso che per semplice sottrazione e proiezione della nuvola 3D è sempre possibile ottenere un prodotto non vettoriale secondo le modalità appena illustrate, tuttavia una classe dedicata di strumenti software offre diverse opportunità. Sebbene non vi sia lo spazio per entrare in maggiore dettaglio, la maggior parte di essi consente di costruire polilinee interpolando punti della nuvola che giacciono entro un intervallo prestabilito di distanza da un piano di riferimento (piano di sezione) (Fig. 12). Queste linee, discontinue in ragione delle caratteristiche della nuvola sezionata (Fig. 13), costituiscono la base per una successiva fase di restituzione architettonica del rilievo, ma anche il riferimento vettoriale in base al quale anche le immagini 2D ottenute per proiezione parallela possono essere convenientemente riportate in scala e quindi sovrapposte al profilo stesso: in questo modo l affidabilità metrica del profilo e la ricchezza informativa dell immagine si sostengono a vicenda producendo un modello grafico innovativo (Figg. 14 e 15). A ben vedere, i prodotti delle attività descritte nel precedente paragrafo hanno come esito un modello intrinsecamente bidimensionale: in altre parole sono assimilabili ad un convenzionale disegno. Questa riduzione alla convenzione (ad un modello grafico convenzionale, appunto) evidentemente comporta la perdita secca di molte informazioni originariamente contenute nella nuvola 3D 3. La preservazione di tale ricchezza corrisponde dunque ad elaborazioni tridimensionali, ovvero all utilizzo di convenienti tools in grado di inter- Fig Chiesa di Sant Antonio, Prospetto, con sovrapposizione dell immagine della mappa delle potenze di risposta (riflettenza), ottenuto per proiezione parallela della nuvola di punti. Fig Chiesa di Sant Antonio, Schema delle porzioni di nuvola utilizzate nella costruzione dei profili orizzontali. IL MODELLO DI STUDIO ALLA SCALA LOCALE. L ESPERIENZA DI INDAGINE DI POGGIOREALE VECCHIA 117

8 Fig Chiesa di Sant Antonio, Sovrapposizione dei profili orizzontali. Fig Chiesa di Sant Antonio, Pianta e ipografia con overlay delle immagini ottenute per proiezione parallela della nuovola. 118 IL MODELLO DI STUDIO ALLA SCALA LOCALE. L ESPERIENZA DI INDAGINE DI POGGIOREALE VECCHIA

9 Fig Chiesa di Sant Antonio, Sezioni con overlay delle immagini ottenute per proiezione parallela della nuvola. polare i punti della nuvola in modo da trasformarli in elementi geometrici di livello superiore: essenzialmente superfici e solidi. Queste ed altre questioni sono state affrontate nel corso del Progetto Poggioreale e vengono ampiamente illustrate nel contributo di Alfonso Ippolito contenuto in questa stessa sezione. Desidero tuttavia sottolineare la partico- lare rilevanza della ricerca avviata circa la produzione di modelli 3D interattivi esplorabili in rete con la tecnologia del cosiddetto 3D Browsing che affronta lo spinoso argomento della riduzione della complessità dei modelli (in termini di geometria) cercando di mantenere costante la capacità comunicativa (Fig. 16), passaggio fondamentale per una realistica condivisione ed interazione realtime dei modelli sul web. Anche su questo credo che l esperienza di Poggioreale abbia conseguito risultati non trascurabili suscettibili di ulteriori significativi sviluppi. NOTE Fig Chiesa di Sant Antonio, Vista del modello interattivo. 1 Si consideri a questo proposito la differenza di impostazione ravvisabile nei successivi interventi messi in opera a seguito dei terremoti verificatisi ad Ancona, del Friuli e, più recentemente, in Umbria. Per ciò che attiene Poggioreale, invece, basta ricordare l abituale passeggio degli abitanti per il corso del paese abbandonato 2 Hanno partecipato alla presente ricerca (oltre a chi scrive e al prof. Mario Docci direttore del Dipartimento RADAAR) l arch. Alfonso Ippolito (coordinamento tecnico), l arch. Luca J. Senatore (modellazione 3D e 3D Browsing), l arch. Emira Harbaoui (rilievo), geom. Marco Di Giovanni (rilevamento). 3 Per meglio comprendere questa perdita basti pensare che sulla nuvola ogni punto è definito da almeno 3+2 parametri (x,y,z rispetto all origine + colore da camera digitale e riflettenza) mentre sull immagine 2D ne troviamo solo 2+1 (coordinate x e y del pixel rispetto all immagine e colore). A cura di: Carlo Bianchini, Professore associato presso la Facoltà La Sapienza di Roma, Dipartimento di Rilievo, Analisi e Disegno dell Ambiente dell Architettura - RADAAR IL MODELLO DI STUDIO ALLA SCALA LOCALE. L ESPERIENZA DI INDAGINE DI POGGIOREALE VECCHIA 119