PROGRAMMA ORTHO 3.00 di M. Canciani

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1 PROGRAMMA ORTHO 3.00 di M. Canciani Il programma Ortho, (deposito S.I.A.E del titolo Ortho, release 1.04, n del ), effettua una restituzione da singolo fotogramma, di facciate uniplanari di edifici, o con aggetti trascurabili, secondo un processo che può definirsi di rilievo-restituzione di tipo digitale, non convenzionale e speditivo. Esso permette la riproduzione di orto-immagini, partendo da un'unica presa fotografica con una camera non professionale, con un'inclinazione dell'asse di presa, compresa tra i 30 ed i 90, sia sul piano verticale che su quello orizzontale.il programma calcola una rotazione contenuta attorno all'asse di presa. Il programma permette inoltre la misurazione delle dimensioni reali dell'oggetto fotografato, sulla base di un'unica misura rilevata in loco e dall'individuazione di due coppie di rette orizzontali e verticali nella realtà. L'hardware richiesto è quello di un computer compatibile di fascia media, con almeno 4 Mb di ram e sistema operativo DOS e Windows 95. Scheda tecnica Hardware Consigliato - scanner formato A4 a colori, 1200 d.p.i. - Personal computer 486 dx2 (8 Mb ram) - Video grafico (Svga o simili) - Hardisk da 170 Mb o superiore - Tastiera e mouse o digitizer - Stampante a getto d'inchiostro a colori, o plotter a colori Software consigliato - Windows 98 - (il programma Ortho opera sotto questo sistema) - Programma di elaborazione immagini raster e vettoriali in overmapping ( meglio se un applicativo del programma di cad normalmente utilizzato) - Programma di cad, come Autocad (vers.14 sotto Windows) La restituzione dell'immagine avviene, dopo aver inserito semplicemente i parametri necessari al calcolo attraverso l editazione di due coppie di rette orizzontali e verticali, trasformando l'immagine da una prospettiva ad una proiezione ortogonale, con tempi di elaborazione contenuti (da 1/2 ora ad un ora, a seconda della capacità del computer e della grandezza dell'immagine). Il programma restituisce un'immagine raddrizzata in 256 tonalità di colore, in formato Bmp, e permette la verifica delle misure sull'intero piano raddrizzato. PROCEDIMENTO DI RESTITUZIONE Il procedimento di restituzione prevede nell applicazione pratica alcune operazioni, sviluppate dall operatore al computer, da svolgersi in sequenza, e che sono: 1) Acquisizione dell'immagine al computer tramite scanner 2) Importazione dell'immagine nel programma Ortho ) Individuazione di due coppie di rette orizzontali e verticali 4) Determinazione dell'orientamento interno (in automatico) 5) Eventuale aggiustamento del modello di restituzione 6) Visualizzazione della griglia di calibrazione sovraimposta 7) Raddrizzamento della porzione di immagine stabilita 8) Salvataggio dell'immagine su disco e visualizzazione 9) Misurazioni metriche sull'immagine raddrizzata 10)Restituzione grafica 1

2 fig.6 Immagine raddrizzata del semiprospetto di sinistra con accostata la restituzione grafica della porzione di destra, relativa alla facciata della chiesa di Santa Margherita, nel complesso dei Gesuiti a L'Aquila. PROCEDURE 1) Scelta e acquisizione dell'immagine al computer tramite scanner Il campo entro cui è possibile effettuare la presa fotografica può variare tra i 30 e i 90, evitando le eccessive inclinazioni ed anche la presa perfettamente ortogonale. La rotazione intorno all'asse k dell'apparecchio fotografico deve essere impedita, fissando la macchina su cavalletto dotato di livella a bolla. L'acquisizione dell'immagine al computer può avvenire secondo vari strumenti (fotocamera cd o digitale, scheda di acquisizione immagini da fotocamera, scanner piano). 2) Importazione dell'immagine nel programma Ortho 3.00 Tale immagine deve possedere determinati requisiti affinché sia utilizzabile dal programma Ortho e produca un'immagine raddrizzata di elevata qualità e di facile lettura: essere categoricamente in formato esteso.bmp non compresso a 256 colori, e con una definizione tra i 150 e i 600 dpi (pixel per pollice).una buona immagine, derivata da una scansione a 200/250 dpi di una foto 10x15cm., produrrà un file in formato.bmp di circa 2-3 mega byte. 2

3 Schermata 1 Visualizzazione dell'immagine sorgente nel programma Ortho ) Individuazione di una coppia di rette orizzontali e verticali Per la determinazione dell'orientamento interno è necessario individuare una coppia di rette orizzontali ed una di rette verticali. L'immissione dei vertici di tali segmenti viene effettuata a video sull'immagine sorgente, cliccando con il tasto sinistro del mouse. L'immagine può esere visualizzata in una schermata di zoom, oppure si può farla scorrere con delle barre di scrolling nel caso sia più grande della dimensione dello schermo. L'editazione dei punti può essere annullata, con il tasto "CANC", così da ripetere le ultime operazioni. Sullo schermo in basso è visualizzata una finestra di dialogo, con l'indicazione delle operazioni da svolgere, e i vari parametri relativi al raddrizzamento, come coeff. ang. delle rette e coordinate del cursore e dei punti di fuga delle rette o- rizzontali e verticali. Una volta tracciati i due segmenti orizzontali e verticali il programma è in grado di determinare l'orientamento interno. 4) Determinazione dell'orientamento interno (in automatico) Vengono visualizzati a video sull'immagine gli elementi fondamentali: il centro dell'immagine (che dovrebbe coincidere con il centro Oo della costruzione geometrica); la retta verticale principale, passante per la fuga delle rette verticali; l'orizzonte, passante per il punto di fuga delle rette orizzontali appartenenti alla facciata; i punti misuratori. 5) Eventuali aggiustamenti del modello di restituzione E' possibile effettuare un aggiustamento del modello di restituzione, modificando la posizione del centro Oo (oppure rieditando le rette orizzontali o verticali), premendo il tasto "CENTRO". Tale spostamento può essere effettuato secondo scarti minimi, rapportati alle dimensioni generali dell'immagine. 6) Visualizzazione di una griglia di calibrazione E' inoltre possibile visualizzare una griglia di passo costante, congruente con la costruzione geometrica relativa alla facciata da rilevare, premendo il tasto "GRIGLIA", in modo da verificare la corrispondenza della costruzione con gli elementi architettonici visualizzati nell'immagine. 3

4 Schermata 2 Determinazione degli elementi dell'orientamento interno Schermata 3 Visualizzazione della griglia di calibrazione 4

5 7) Raddrizzamento di una porzione di immagine Una volta verificata la congruenza della costruzione geometrica con l'immagine fotografica relativa alla facciata, e stabilita un area su cui effettuare il raddrizzamento, con il comando "AREA", si può cliccare sul tasto "RADDRIZZA" per iniziare il processo di calcolo. In basso sullo schermo è evidenziata la percentuale dell'elaborazione, che può essere interrotta col tasto "CANC" (comunque viene visualizzata la porzione di immagine raddrizzata sino a quel momento. L'immagine trasformata viene visualizzata a schermo e, se è più grande dell'area del video, può essere ridotta attraverso la finestra di zoom, oppure scorrerla attraverso le barre orizzontali e verticali di scrolling. 8) Salvataggio dell'immagine su disco e visualizzazione L'immagine prodotta viene salvata automaticamente con il nome di default ortho.bmp nella directory sorgente ortho-3. L'immagine raddrizzata può essere rinominata con il comando sul menu file - salva - nome file. E' possibile aumentare il fattore di scala della restituzione, modificando il parametro, posto in basso, che di default è impostato a 2 (immagine sorgente doppia rispetto alla immagine trasformata), per avere un'immagine più definita, ma anche più grande come dimensioni del file. Si può procedere all' elaborazione di un'altra porzione di immagine, cliccando sul tasto "ALTRA", oppure si può procedere alla misurazione delle dimensioni in scala, cliccando sul tasto "MISURA". Schermata 4 Raddrizzamento di una porzione dell'immagine 9) Misurazioni metriche sull'immagine raddrizzata Il comando misura, richiede l'immissione di un segmento sull'immagine raddrizzata della facciata, di cui si conosce la dimensione reale, che va inserita in cm. nell'apposita finestra di dialogo. Tracciando un nuovo segmento sull'immagine è possibile quindi avere i valori numerici relativi alla distanza misurata in scala tra i due punti, 5

6 e le distanze relative in x e y, nonché l'angolo d'inclinazione. Se invece si ritorna all'immagine sorgente, col tasto "ALTRA", si può procedere o alla ridefinizione dei parametri, nel caso il raddrizzamento non sia soddisfacente, oppure si può definire una nuova area di calcolo per un raddrizzamento parziale. 10) Restituzione grafica La restituzione grafica si avvale sia del rilevamento attraverso il raddrizzamento digitale delle immagini, sia degli altri sistemi di rilievo, di tipo strumentale o anche tradizionale, in modo da fornire una lettura "multimediale" dell'oggetto architettonico rilevato. Per ogni singolo caso è necessario approntare non solo un programma di rilievo definito, ma anche una metodologia pianificata della restituzione grafica. Il computer può fornire il supporto su cui riversare le informazioni dedotte dai vari metodi e strumenti di rilievo, ma questo non esclude l'utilizzo di una tecnica di disegno tradizionale nell'uscita finale, come è presentato nell'esempio relativo a Monteverde V - rilievo della scala G. Pantaleo Schermata 5 Raddrizzamento del piano di facciata PIANI PARALLELI DI RESTITUZIONE Per quanto riguarda gli elementi disposti non sul piano di facciata, ma con andamento parallelo ad essa, si è studiato un metodo di restituzione specifico, supportato da alcune considerazioni di tipo teorico - geometrico. Si è verificato infatti che sussiste una corrispondenza omologica tra il piano principale di restituzione ed i piani ad esso paralleli, sia nell immagine originaria che in quella raddrizzata. Questo permette, attraverso una semplice operazione geometrica in sede di restituzione, il disegno anche di elementi non appartenenti completamente al piano di facciata, con un conseguente miglioramento della restituzione, e approfondimento nel trattamento delle lacune. La relazione che intercorre tra i due piani posti parallelamente è di tipo omologico, in particolare si tratta di una omotetia, che, come è noto, ha come caratteristiche principali, centro proprio ed asse improprio. Gli elementi fondamentali da ritrovare sull immagine sono dunque: il centro di tale omologia, ed una coppia di e- lementi corrispondenti. Per quanto riguarda il centro U della omotetia, considerato come punto di fuga delle rette perpendicolari al piano da restituire, basterà individuare sulla foto due punti che giacciono su una medesima retta, disposta in senso ortogonale alla facciata (come per esempio lo spigolo di una finestra, o nel caso specifico della foto proposta, il centro di più elementi concentrici, costituenti il rosone di facciata della chiesa), in 6

7 modo da allinearli con il centro U cercato. Si può ripetere tale operazione per più rette ortogonali alla facciata, oppure ci si può avvalere di un altra considerazione di tipo geometrico. Dato che le rette ortogonali alla facciata, sono rette orizzontali, queste avranno, nell immagine sorgente, il loro punto di fuga unico, giacente sull orizzonte; nell immagine raddrizzata, mantenendo la costruzione geometrica la caratteristica dell appartenenza, tale punto di fuga apparterrà egualmente ad una linea corrispondente a quella dell orizzonte. Una coppia di elementi corrispondenti è data dall'allineamento nella profondità di due punti, che possono essere, per esempio, due punti sulla porzione del cornicione perpendicolare alla facciata principale. fig.7 Immagine fotografica di un edificio sulla salita G. Pantaleo a Monteverde Vecchio fig.8 Immagine raddrizzata dello stesso prospetto Determinato il centro U, è possibile quindi riportare elementi disposti su qualsiasi piano, parallelo al piano principale raddrizzato, alla stessa scala di restituzione del piano medesimo, con evidenti applicazioni pratiche nella restituzione di facciate disposte su più piani. Operativamente è possibile, una volta determinato U, disegnare in overmapping direttamente sulla foto raddrizzata, su ognuno dei piani paralleli, ed in seguito effettuare uno scalamento e una traslazione di tali elementi, secondo la costruzione geometrica derivata dall omologia, in modo da rendere omogenei i vari livelli. In linea teorica lo scalamento è dato dal rapporto dimensionale di elementi uguali disposti su due piani paralleli; la direzione di traslazione è data dall allineamento con il centro U. Nell omotetia i punti corrispondenti sono allineati con U, mentre le linee corrispondenti mantengono il parallelismo, quindi una figura su α Dalla costruzione geometrica si può constatare la relazione omologica che intercorre tra elementi disposti nella profondità e la loro proiezione sul piano principale di restituzione. Tale omotetia, determinata attraverso due punti noti, A e A*, risolve anche il problema della determinazione di altri elementi, come per esempio B e B*. Dalla costruzione geometrica si può constatare la relazione omologica che intercorre tra elementi disposti nella profondità e la loro proiezione sul piano principale di restituzione. Tale omotetia, determinata attraverso due punti noti, A e A*, risolve anche il problema della determinazione di altri elementi, come per esempio B e B*. 7

8 fig.9 Elaborazione per la determinazione della relazione omologica tra i diversi piani di facciata UN'APPLICAZIONE: IL RILIEVO DI MONTEVERDE VECCHIO Per quanto riguarda il rilievo dei prospetti su strada di alcuni edifici in Monteverde Vecchio, si è utilizzata una metodologia basata sull elaborazione delle immagini fotografiche raddrizzate con il programma fotogrammetrico Ortho 3.00, ed una mosaicatura delle stesse su tutto il fronte stradale. Tale processo si inquadra in una ricerca volta ad un sistema di rilevamento speditivo che utilizza varie immagini prospettiche raddrizzate, riferite ad elementi edilizi disposti su facciate non uniplanari (diverse profondità dei fronti stradali). Come è noto, il processo di raddrizzamento fotogrammetrico realizza, da una prospettiva fotografica, un immagine in proiezione ortogonale, in cui gli elementi appartenenti a piani paralleli a quello principale della facciata subiscono una deformazione caratterizzata da una scala di restituzione dipendente dalla profondità in cui il piano è collocato. Esiste, dunque, una relazione precisa tra questi piani, evidenziata dalla costruzione geometrica, per cui si instaura una corrispondenza omologica - omotetia, tra i vari piani. Questo consente di riposizionare le porzioni di immagine relative ai diversi piani di facciata, per restituire un unico elaborato di prospetto in un unica scala grafica, disegnato in overmapping con un programma di C.A.D. (nello specifico, autocad 14, che gestisce immagini raster e vettoriali). Tale procedimento, avviene sia per la singola immagine, sia per la sequenza di più immagini, che avranno una serie di costruzioni geometriche corrispondenti per la restituzione. Il fine di queste elaborazioni è quello di produrre una base che sia stampabile, su cui è possibile effettuare i grafici finali. Tale 8

9 fig.10 Mosaicatura delle foto dei diversi piani di facciata, riposizionati su uno stesso piano mediante la corrispondenza omologica fig. 11 Disegno a mano finale del prospetto sulla salita G. Pantaleo processo risulta particolarmente efficace nel caso in esame, dato che gli edifici a villino sono isolati e con una discreta articolazione delle facciate, oltre ad una certa regolarità geometrica in pianta (angoli a 90 gradi). Il sistema di restituzione, nel suo sviluppo, può essere distinto in tre fasi operative: 1) presa fotografica e rilevamento di massima delle misure facilmente eseguibili e riportabili su di un eidotipo; 2) una serie di raddrizzamenti al computer delle immagini relative agli edifici, mosaicatura multiplanare delle immagini riportate alla stessa scala, geometrizzazione con un programma C.A.D. degli elementi misurati e visibili sulle immagini; 3) la 9

10 stampa dell immagine complessiva raddrizzata e la successiva elaborazione grafica finale. Le informazioni formali e dimensionali (relative agli eidotipi, alle immagini raddrizzate e al disegno geometrico al C.A.D.), che vengono rese omogenee proprio dallo strumento informatico, sono a supporto del disegno in ultima fase. Questo metodo risolve in fasi distinte le problematiche legate alle misurazioni, alle geometrizzazioni degli elementi volumetrici, alla restituzione degli elementi caratteristici architettonici. Tale sfalsamento operativo, oltre a permettere una suddivisione delle mansioni degli operatori, consente di svincolare il disegno dall Inseguimento della misura, nonché dalle tecniche adottate nelle fasi precedenti.nello specifico, si è adottata una grafia finale a mano libera, di tipo tradizionale, supportata però, dalla geometria dedotta dalla stampa del prospetto in una scala 1:50 (sufficiente per una definizione di dettaglio). Questa scelta deriva da un intima convinzione che il disegno di rilievo debba essere oltreché attendibile per quel che riguarda le misure, anche e soprattutto dimostrativo, esplicativo dell edificio cui si riferisce. Esiste, infatti, una qualità dello specifico spazio urbano di Monteverde Vecchio, una caratteristica dominante degli edifici del quartiere, che difficilmente può essere messa in risalto, se non con una grafia sensibile alle varietà dei particolari, alle trame e tessiture murarie, alle tonalità di colore. L elaborato finale, riferito al prospetto degli edifici sulla salita di via G. Pantaleo, è il frutto di questo metodo, in cui il disegno a mano diviene essenziale mezzo comunicativo, per una giusta comprensione delle architetture in oggetto, e per un consapevole processo di appropriazione mentale delle forme architettoniche. Occorre precisare che le immagini raster, tratte da foto 35 mm, possono costituire un valido riferimento nella definizione dell ingombro dei volumi, delle quote dei marcapiani e della linea di gronda, mentre risultano meno efficaci nel disegno dei particolari, per esempio nelle modanature delle cornici. A questo va aggiunto che le immagini raddrizzate presentano delle aberrazioni relative a tutti gli elementi che si sviluppano in profondità.per questi motivi, le immagini sono state utilizzate, prevalentemente, per ricostruire la geometria dell insieme e di ciascun elemento, mentre per ciò che riguarda le relazioni geometriche e spaziali e le caratteristiche decorative degli elementi considerati, nonché la loro disposizione, il disegno è stato eseguito tramite mediazione tra immagini restituite di dettaglio tratte da foto 70 mm. e l ineliminabile ed essenziale supporto delle misurazioni e delle osservazioni scritto-grafiche effettuate sul luogo e riportate nell eidotipo. Ad esempio, nel disegno degli elementi ripetitivi, come i balaustri, si è tenuto conto dei riferimenti riportati nell eidotipo circa le irregolarità nella spaziatura degli stessi. BIBLIOGRAFIA Bezoari G., Monti C., Selvini A., "La fotogrammetria per l'architettura" Fondelli M., "Manuale di fotogrammetria urbana ed architettonica", Bari 1992 Saccardi U., " Fotogrammetria", Firenze 1991 Carbonnel M., "Photogrammétrie appliquées aux relevés des monuments e des centres historiques", Roma 1989 Cundari C., "Fotogrammetria architettonica", Roma 1983 C.IP.A., "Application de tecniques de la photogrammétrie aux centres urbains anciens", rapporti e studi, Strasburgo 1988 A.A.V.V., "L'immagine nel rilievo", atti del seminario di studio, Roma 1989 Capanni G., Flamigni F., Monorestituzione nel campo architettonico mediante immagini digitali, XXXVII Convegno SIFET, Stresa 1992 Galetto R., La fotogrammetria digitale, XXXVIII Convegno SIFET, Riccione 1993 Benciolini B., Forlani G., Sguerso D., Manuale SIFET di fotogrammetria, CAP 17 Fotogrammetria digitale Canciani M., Clini P., Taus P., "Esperienze di rilevamento automatico", Ancona 1994 LINKS Per ulteriori chiarimenti, informazioni sull attività del laboratorio di rappresentazione, e per scaricare il file gratuitamente collegarsi al link riguardo il programma di restituzione fotogrammetrico da più fotogrammi, denominato Arpenteur, full free, consultare il sito 10