UNIVERSITÀ DEGLI STUDI GUGLIELMO MARCONI

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI GUGLIELMO MARCONI FACOLTÀ DI SCIENZE E TECNOLOGIE APPLICATE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEO-CARTOGRAFICHE, ESTIMATIVE ED EDILIZIE TECNICHE DI MODELLAZIONE 3D A PARTIRE DA DATI RILEVATI CON LASER SCANNER TERRESTRE E FOTOGRAMMETRIA DIGITALE IL CASO DEL CASTELLO DELL IMPERATORE A PRATO Relatore: Chiar.ma Prof.ssa MARIA CLARA GHIA Candidato: GABRIELE LANTINI Matr. N : STA02978/L21 ANNO ACCADEMICO 2012/2013

2 INDICE INTRODUZIONE CAPITOLO 1 - FOTOGRAMMETRIA TERRESTRE INTRODUZIONE FONDAMENTI Storia della fotogrammetria Fotogrammetria terrestre non convenzionale Caratteristiche di un sistema fotogrammetrico non convenzionale Stereofotogrammetria Orientamento interno ed esterno Strumenti Fotocamera digitale Immagini digitali Punti di appoggio Output DSM, DEM e DTM Ortofoto Restituzione vettoriale Modelli testurizzati ZScan (Menci Software) Moduli di Zscan Zscan tradizionale Zscan Evo CAPITOLO 2 - LASER SCANNER TERRESTRE INTRODUZIONE FONDAMENTI Storia del laser scanner Raggio laser Comportamento del laser a contatto con i materiali Problema della divergenza del raggio laser Laser scanner terrestre Geometria di scansione Scanner distanziometrici Scanner a triangolazione ottica Principio di misura della distanza Scanner a tempo di volo Scanner a differenze di fase Classificazione in base alla portata del laser Confronto Caratteristiche tecniche Velocità di acquisizione Campo di acquisizione Tecniche di acquisizione dei dati Precisione angolare Precisione nella distanza Risoluzione Spot size Effetto mixed pixel Portate effettive Intensità del segnale riflesso Riconoscimento automatico dei segnali (software) Acquisizione RGB Il software Fase di lavoro Acquisizione Selezione Filtraggio

3 Decimazione Trasformazione tra diversi sistemi di coordinate Georeferenziazione Elaborazione modello di punti Segmentazione (entità geometriche più piccole) Estrazione dei dati Laser Scanner vs Fotogrammetria Terrestre PRINCIPALI STRUMENTI Laser Scanner LEICA C Laser Scanner LEICA HDS Laser Scanner STONEX X Laser Scanner RIEGL VZ Laser Scanner FARO FOCUS 3D PRINCIPALI SOFTWARE Leica Cyclone Formati importabili Jrc 3D Reconstructor RiscanPro PolyWorks Z-map Laser CloudCube PointCloud CAPITOLO 3 - MODELLAZIONE GRAFICA CAD E BIM INTRODUZIONE FONDAMENTI DI DISEGNO CAD Storia del CAD CAD 2D CAD 3D Tipologie di modellatori Modellatori di solidi Modellatori di superfici Modellatori misti Modellatori per nuvola di punti FONDAMENTI DI MODELLAZIONE BIM Storia del BIM Definizione di BIM Interoperabilità tra CAD e BIM CAD VS BIM AUTODESK REVIT ARCHITECTURE Storia e filosofia di Revit Livelli, piani di riferimento e griglie Muri,serramenti,solette,scale,ringhiere,coperture Gestione della topografia Nuvole di punti (Point Cloud) Formati importabili con Point Cloud Impostazione della vista Impostazione dei materiali Rendering Animazione Interoperabilità Importazione Esportazione Vantaggi e svantaggi di Revit LEICA CLOUDWORX FOR REVIT CAPITOLO 4 - CASO STUDIO - RILIEVO DEL CASTELLO DELL IMPERATORE INTRODUZIONE STORIA DEL CASTELLO

4 INQUADRAMENTO GEOGRAFICO STRUMENTAZIONI UTILIZZATE DURANTE IL RILIEVO RELAZIONE TECNICA GENERALE Pianificazione del rilievo Documentazione fotografica Acquisizione dei dati Stazione totale TCRP Laser scanner Faro Focus 3D Laser scanner Riegl Vz Laser scanner Leica C Laser scanner Hds Laser scanner Stonex X Fotogrammetria terrestre (EvoScan Umap) Osservazioni POST-ELABORAZIONE DEI DATI Target EvoScan - Umap Cyclone Costruzione dei database: Leica, Stonex, Faro Focus e EvoScan-Umap Allineamento dei dati e referenziazione rispetto alla rete topografica Creazione di un nuovo database: Unione totale delle scansioni Eliminazione degli outliers Unione dei dati puliti Selezione parziale della nuvola di punti Decimazione dei dati passo 1 cm Unione dei dati decimati Osservazioni Revit + Cloudworx Modellazione BIM Osservazioni PRODOTTI FINALI CONCLUSIONI RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI FOTOGRAMMETRIA DIGITALE LASER SCANNER TERRESTRE MODELLAZIONE GRAFICA CAD E BIM CASO STUDIO RIFERIMENTI SITOGRAFICI FOTOGRAMMETRIA DIGITALE LASER SCANNER TERRESTRE MODELLAZIONE GRAFICA CAD E BIM CASO STUDIO BIBLIOGRAFICA GENERALE SITOGRAFIA GENERALE

5 ABSTRACT Negli ultimi anni le tecniche di rilevamento architettonico si sono evolute in grande misura grazie allo sviluppo di sistemi performanti per la visualizzazione e gestione di dati digitali, i quali permettono la conservazione e l archiviazione di numerosi dati,che possono servire sia per la valorizzazione del bene attraverso il web che per la progettazione di interventi futuri. Il problema principale consiste nell integrazione tra diversi campi applicativi, come la fotogrammetria digitale, la tecnica laser scanner e la modellazione BIM: con quali tecnologie possiamo rilevare architetture di tipo storico? Si può creare un modello tridimensionale parametrico di tali strutture? L obiettivo è quello di lavorare in un unico ambiente virtuale, dove progetto e rilievo coesistono, consentendo di disegnare e modellare in tempo reale visualizzando i dati del rilievo direttamente dal database centrale. Un esempio eccellente è il programma parametrico Revit, che attraverso l utilizzo del Plugin Cloudworx permette di modellare in ambito BIM visualizzando le nuvole di punti provenienti da Cyclone. Il presente lavoro fa riferimento ad un caso studio: il rilievo del Castello dell Imperatore a Prato, effettuato realizzando una rete,topografica per collegare le nuvole di punti generate dai laser scanner e dalla fotogrammetria digitale. L obiettivo successivo è quello di presentare un modello 3D parametrico che permetta di progettare nuovi interventi edilizi tenendo conto delle fasi temporali del progetto; questa esperienza ha portato ad un esito parzialmente negativo. La tecnologia BIM, in ambito architettonico storico, trova diverse difficoltà poiché ad esempio risulta estremamente complicato rendere parametrica la facciata di una chiesa del 1.400; questa tecnologia può trovare maggior sviluppo nelle opere costruite negli ultimi anni e ovviamente nelle nuove costruzioni. Nonostante ciò, possiamo creare modelli con la tecnologia CAD classica ed intervenire con il BIM quando progettiamo opere nuove. 5