L impronta digitale dei Dipinti

L impronta digitale dei Dipinti

L impronta digitale dei dipinti Bernd Breuckmann - Breuckmann GmbH (Traduzione di UNOCAD Srl) SOMMARIO Normalmente consideriamo i dipinti come oggetti quasi piatti, nei quali il dato più rilevante è la superficie pittorica. Infatti vengono principalmente studiati con le convenzionali tecnologie 2D che non sono in grado di registrarne la terza dimensione. Comunque ci sono molti dipinti, specialmente quelli che presentano uno spessore nell ordine dei mm, per i quali l analisi 3D rappresenta un importante opportunità che: dà ulteriori informazioni riguardo lo stile e la pennellata del pittore influisce sull impressione visiva globale del dipinto definisce, unitamente alla superficie pittorica, un impronta individuale e unica di ciascun dipinto. Gli scanner 3D ad alta definizione, basati sulla tecnica di proiezione a frange, permettono la registrazione simultanea della superficie pittorica e della terza dimensione con una precisione dell ordine dei μm e una risoluzione spaziale di 10 μm. La relazione presenta lo stato dell arte di questa tecnica e mostra vari esempi di documentazione 3D di dipinti e affreschi famosi. 1. INTRODUZIONE Sulla spinta delle applicazioni nei settori dei beni culturali, dell industria e medico, negli ultimi anni sono stati sviluppati scanner 3D avanzati e sistemi di post-processazione per la documentazione rapida e precisa delle superfici con curvature. I modelli 3D ricavati con questi sistemi possono essere sfruttati per visualizzazioni di realtà virtuale, misurazioni e ispezioni e per analisi scientifiche. Tipici esempi di utilizzo dei modelli 3D nel settore dei beni culturali, sono: Documentazione e archiviazione di beni artistici Ricostruzione virtuale di beni artistici Presentazioni virtuali nei musei e in internet Produzione e prototipazione rapida di copie e repliche in scala Analisi scientifiche di ritrovamenti paleontologici e archeologici Mappatura quantitativa del degrado su sculture e monumenti Creazione di carte d identità e impronte digitali (delle opere) Produzione di imballaggi su misura per il trasporto In particolare, questi sistemi permettono la documentazione anche delle più piccole deformazioni di superfici apparentemente piatte come i dipinti e gli affreschi; deformazioni che generalmente vengono registrate con una risoluzione spaziale di ca. 50-100 μm, corrispondenti a 500 (250) dpi per gli oggetti piatti. Questo permette la documentazione di importanti caratteristiche ai fini del restauro (piccole fratture) o della ricerca scientifica (andamento delle pennellate). L acquisizione dei dati con gli scanner 3D topometrici può essere svolta in-situ, senza emissione di radiazioni, senza contatti e danneggiamenti sull opera, utilizzando una fonte di luce strutturata (codificata) e macchine fotografiche digitali. 2. Criticità degli scanner 3D ad alta definizione Anche se, da un punto di vista generale, la scansione dei dipinti non rappresenta una grossa problematica, ci sono molti aspetti critici relativi alla sua messa in pratica: Estrema precisione e risoluzione dei colori e dei dati 3D Accesso limitato ai dipinti preziosi Condizioni ambientali difficili e non controllabili Per queste ragioni, la scansione dei dipinti, in 2

particolare sotto le restrizioni museali, richiede uno scanner mobile con un sistema di allestimento stabile e un flusso di lavoro facile da utilizzare, che permetta di raccogliere i dati in breve tempo. Per venire incontro a queste esigenze, stiamo utilizzando degli scanner3d topometrici ad alta definizione, basati sulla proiezione di frange [Creath 1988], [Malz 1989], [Breuckmann 2009]. Lo smartscan3d-he system di Breuckmann è dotato di due macchine fotografiche a colori da 5MP (figura1), permettendo la registrazione sia delle caratteristiche 3D che del colore, con una risoluzione e una precisione dell ordine del nanometro nello spessore e fino a 2.400 dpi per la risoluzione spaziale. La tabella n.1 mostra le specifiche di questo sistema per due campi di misurazione (FOV), 125 mm e 300 mm, che sono i maggiormente utilizzati nella scansione dei dipinti. La taratura ottica e geometrica dell intero sensore mediante una tabella di taratura certificata Il bilanciamento del bianco delle macchine fotografiche a due colori Il bilanciamento del colore mediante un tabella di colore L individuazione di tutte le possibili distorsioni ottiche, inclusa la vignettatura delle lenti della macchina fotografica Questo ampio procedimento di taratura, permette un allineamento ancor più preciso, per esempio usando un approccio ICP, e integrando un gran numero di scansioni che minimizzano gli errori di unione (delle immagini) sia a colori che 3D, anche per oggetti quasi piatti (in fig.2 un esempio di rilevanti errori di unione delle immagini). Figura 1 - Lo smartscan 3D HE Figura 2 - Scansione di un dipinto con gravi errori di unione delle immagini causati da insufficiente calibrazione del sensore Tabella 1 - Caratteristiche tecniche tipiche del FOV del sistema smartscan 3D-HE La taratura di questo sistema, che richiede solo qualche minuto, prevede: Per superare la limitata capacità di gamma dinamica delle macchine fotografiche digitali, abbiamo sviluppato una diversa tecnica di Ampia Gamma Dinamica (HDR) per registrare le caratteristiche 3D di dipinti con colori molto scuri e lucidi. (vedi figura 3). Abbiamo inoltre sviluppato flussi di lavoro rapidi e semplici che permettano di scansionare 3

Figura 3 - Esempio di un dipinto con parti molto scure e luminose, tra cui brillanti colori dorati. Acquisito con tecnica HDR modificata Figura 4 - Ninfee, Monet, 1916, Kunstmuseum Winterthur, con il 1.4 MP smartscan3d-duo un dipinto in breve tempo in una normale situazione museale. In tal modo diventa possibile scansionare un dipinto di circa 1mq con una risoluzione di 100 μm, in circa 1ora se lo scanner viene utilizzato manualmente. Il tempo di acquisizione può essere sensibilmente ridotto a circa 20 minuti, muovendo lo scanner con una stazione automatica X/Y. 3. L impronta digitale Nell arco degli ultimi due anni abbiamo scansionato una piccola collezione di dipinti, principalmente di VanGogh, con la strumentazione descritta. Purtroppo questi dati non sono ancora stati pubblicati dettagliatamente. Ciononostante, i vantaggi e le possibilità della tecnica di scansione 3D ad alta definizione, possono essere dimostrati e discussi sull esempio di un dipinto di Monet, Le ninfee, olio su tela,1916. Abbiamo scansionato questo dipinto che misura 2x2 m, nel Febbraio 2008 nel Kunstmuseum di Winterthur con un sistema smartscan3dduo, utilizzando due diverse risoluzioni spaziali, 350 μm e 80 μm. La figura 4 mostra una fotografia del dipinto con il nostro scanner 3D. La figura 5 mostra una visualizzazione (modello 3D) di una delle ninfee della parte centrale del dipinto (ca. 25x30 cm), che è stata registrata con circa 10 scansioni singole con una risoluzione spaziale di 80 μm. La figura 6 mostra la rete poligonale di un altra ninfea della parte bassa del dipinto, con e senza texture, anch es- Figura 5 - Visualizzazione dei dati 3D di una parte del mesh poligonale strutturato (circa 25 x 30 cm) Figura 6 - Diverse visualizzazioni di una piccola area del dipinto (circa 6 x 6 cm), con / senza texture Figura 7 - Visualizzazione del rilievo 3D della profondità dello spessore con scala di colore 4

sa registrata con una risoluzione di 80 μm. Questo dimostra uno dei maggiori vantaggi offerti dalla tecnica di scansione 3D: la possibilità di rimuovere virtualmente la texture dai dati 3D, semplicemente presentandoli senza l informazione del colore. Questo permette di analizzare i dettagli del rilievo 3D indipendentemente dal suo colore. della donna nel medesimo dipinto dopo la compensazione del dominio a bassa frequenza. Va notato che lo spessore della superficie pittorica di questo dipinto è solo dell ordine di circa 50 μm, mentre quello relativo al primo dipinto è di qualche mm. La figura 7 mostra una visualizzazione alternativa del rilievo 3D: lo spessore viene rappresentato con una trama di colore convenzionale, nella quale i diversi colori rappresentano differenti valori-z come definito dalla corrispondente scala di colore. Il riferimento per questa mappa di profondità può essere un livello convenzionale, una approssimazione poligonale della superficie o una generale mesh livellata che sfrutta unicamente il dominio a bassa frequenza del rilievo. Ciò offre inoltre la possibilità di studiare la struttura e la forma della tela o della tavola lignea del dipinto. Questo è dimostrato in figura 8 su un altro dipinto di Monet, olio su tela, collezione privata, che è stato scansionato tramite Tondo Bt. con una risoluzione di 80μm. In questo caso, le zone ad alta frequenza del dipinto sono state livellate e il risultante dominio a bassa frequenza viene confrontato con un livello di riferimento. La figura 9 mostra il rilievo 3D del copricapo Figura 9 - Rilievo 3D del copricapo della donna dopo la compensazione del dominio a bassa frequenza 4. Conclusioni e Prospettive Abbiamo dimostrato le possibilità degli scanner 3D ad alta definizione ai fini dello studio dei dipinti, mediante la registrazione di un unica impronta con la più alta definizione. Figuri 8 - Visualizzazione della forma della tela di un dipinto di Monet Ci sono anche ulteriori applicazioni delle suddette tecniche, finalizzate alla documentazione 3D di opere d arte. La figura 10 mostra la visualizzazione di un modello 3D di uno dei rilievi chiodo di Gunther Ucker. La stampa in rilievo, delle dimensioni di ca. 50x70 cm è stata registrata con una risoluzione di ca. 100 μm. Ingrandendo i dati 3D è inoltre possibile osservare i minimi dettagli della struttura della carta fatta a mano. 5

Va puntualizzato che questa tecnica di scansione 3D supera tutte le tipologie di tecnica fotografica, dato che è in grado di registrare non unicamente il colore ma anche i più piccoli dettagli del rilievo 3D di un dipinto. Ciò permette non solo la documentazione e l analisi dell aspetto artistico di un dipinto, ma anche della sua tecnica di realizzazione, della pennellata del pittore e della forma della tela o del pannello ligneo. UNOCAD ART DIVISION Unocad Art Division: dalla decennale esperienza nell ambito della mappatura 3D delle opere d arte plastiche, propone l inedita e innovativa indagine 3D dei dipinti. Alta tecnologia al servizio dell arte: i nostri scanner3d ad alta definizione, utilizzabili in ambito museale, restituiscono in breve tempo e senza alcun contatto sull opera l impronta digitale del dipinto. Arricchimento quantitativo e qualitativo dei dati utili alla ricerca, scientifica e storica, sui dipinti: l opera viene confermata e certificata come unicum poiché superficie pittorica, supporto e altri elementi non visibili, acquistano una forma matematica indagabile e riconoscibile. Evidenti vantaggi per la catalogazione, lo studio, il restauro (mappatura del degrado) dei dipinti ed essenziale strumento nei casi di contrastate attribuzioni o nell individuazione dei falsi. Nuove opportunità (ricostruzioni virtuali) per incrementare l offerta espositiva museale e approfondire la conoscenza dell opera pittorica e del suo autore che, grazie a queste tecnologie, si firma con la sola pennellata. Figura 10 - Visualizzazione di un modello 3D di una stampa in rilievo di uno dei chiodi di Günther ücker 6

PER INFORMAZIONI: Art division UNOCAD Srl Via Vicenza, 232 36077 Altavilla Vicentina (VI) Tel. 0444 340742 Fax 0444 340552 e-mail: info@unocad.it www.unocad.it