Metodologia per la ricostruzione 3D del paesaggio archeologico

METODOLOGIA PER LA RICOSTRUZIONE 3D DEL PAESAGGIO ARCHEOLOGICO Alessia MORO¹, Lola VICO¹, Valentina VASSALLO¹ ¹CNR-ITABC, Istituto per le Tecnologie Applicate ai Beni Culturali, VHLab, Montelibretti, Roma, Italy, tel. 0690672438, fax 0690672721, [email protected], [email protected], [email protected] Abstract Attraverso l’analisi formale e materiale dell’architettura si può capire la morfologia originale, il suo funzionamento e la sua storia, realizzando ipotesi di ricostruzione 3D che si basano sulla logica costruttiva, sullo studio dei materiali, sul background culturale, sui parallelismi storici, sullo studio delle fonti. Con la ricostruzione 3D del patrimonio architettonico attraverso l’utilizzo di tecnologie avanzate di rilievo (laser scanner, Photomodellazione, Fotogrammetria ecc.), finalizzata alla fruizione in tempo reale, si accede a un’interpretazione efficace e sostenibile che coinvolge il pubblico e trasmette l’importanza della conservazione e comunicazione del patrimonio culturale. In questo modo si decodificano dati e informazioni che spesso appartengono all’ambito scientifico e che non sono accessibili né comprensibili per la maggior parte del pubblico non specializzato. Un processo ricostruttivo deve essere visibile e trasparente; tra i casi di studio in esame, che si svolgono presso il Virtual Heritage Lab dell’Itabc del CNR, di particolare interesse risultano la “ricostruzione del paesaggio archeologico della via Flaminia antica con sistemi di realtà virtuale” e il progetto relativo al “Parco Archeologico dell’Appia Antica.” Tutela, comunicazione e promozione del patrimonio La valorizzazione del patrimonio culturale diventa uno strumento indispensabile per la tutela dello stesso, poiché non solo funge da principale produttore di ricchezza dell’area a cui appartiene, ma fa crescere culturalmente i fruitori del bene culturale. La logica della conservazione del bene culturale deve essere valutata anche al fine di una produzione di un circuito economico, in cui al recupero del bene subentra non solo un arricchimento culturale, ma anche una nuova risorsa per i luoghi in cui insiste. L’idea di valorizzazione di alcuni siti archeologici, per esempio il progetto di ricostruzione virtuale della via Flaminia, fornisce non solo una “conservazione virtuale” attraverso l’uso di tecnologie avanzate, ma anche conoscenza diffusa del patrimonio culturale e un ritorno social-economico. La conoscenza di un bene culturale passa attraverso la sua conservazione. Ma non possiamo considerare la conservazione generalmente conosciuta costituita solo dal restauro, dalla prevenzione e tutela del bene stesso. In questo ordine di idee, interviene a nostro favore la tecnologia, vista come uno strumento in grado di acquisire dati e diffondere maggiore conoscenza nel fruitore del bene culturale. In particolare, la creazione di un ecosistema digitale, orientato verso la creazione di un’applicazione di realtà virtuale in tempo reale favorisce non solo informazioni sullo stato di fatto del monumento, ma anche notizie riguardo a come potesse essere nel passato. Il tutto supportato da uno studio preciso e puntuale che si basa su una documentazione scientifica e storica, rivolta ad un pubblico eterogeneo e non solo specializzato. Nel processo di ricostruzione 3D dell’architettura antica lo spazio deve trasformarsi in “luogo”. Attraverso l’analisi formale e materiale dell’architettura si può capire la morfologia originale, il suo funzionamento e la sua storia, realizzando ipotesi di ricostruzione 3D che si basano sulla logica costruttiva, sullo studio dei materiali, sul background culturale, sui parallelismi storici, sullo studio delle fonti. Il sistema di realtà virtuale nel campo dei beni culturali deve capire e simulare la storia. Soltanto così si può comunicare “il senso del luogo” e ottenere un importante risultato culturale. Quindi lo spazio diventa il luogo attraverso il quale comunicare il passato. Esso non viene spiegato solamente attraverso il prodotto umano strictu sensu (architettura, edilizia, manufatti ecc.), ma anche attraverso il paesaggio considerato nella sua variazione naturale e nelle modifiche apportate dall’uomo (variazioni climatiche e morfologiche, agricoltura, deforestazione, centuriazione ecc.). A questo punto diventa fondamentale comunicare, cioè mettere in comune tramite la conoscenza, il patrimonio culturale e diffonderlo. L’obiettivo è quello di lavorare sulla relazione fra pubblico e patrimonio culturale, il primo inteso come collettività e non come segmento ristretto di utenti culturali, ed il secondo come comune identità di una popolazione. In pratica comunicare tale relazione attraverso la sinergia di diverse discipline che unite tra di loro mirano al recupero di una relazione positiva (anche nel senso di cura, tutela e conservazione) tra il pubblico ed il bene culturale. L’azione infatti di diversi linguaggi e tecniche di comunicazione, possono raggiungere un pubblico più vasto ed eterogeneo, costruendo un più completo percorso di conoscenza. Tecniche Con la ricostruzione 3D del patrimonio architettonico attraverso l’utilizzo di tecnologie avanzate di rilievo (laser scanner, Photomodellazione, Fotogrammetria etc.), finalizzata alla fruizione in tempo reale, si accede a un’interpretazione efficace e sostenibile che coinvolge il pubblico e trasmette l’importanza della conservazione e comunicazione del patrimonio culturale. In questo modo si decodificano dati e informazioni che spesso appartengono all’ambito scientifico e che non sono accessibili né comprensibili per la maggior parte del pubblico non specializzato. Inoltre, l’utilizzo di tecniche multimediali consente di proporre nuove modalità di apprendimento ma anche di acquisizione di materiale complesso e di gestione di una mole di dati non indifferente, fornendo diversità di descrizione, visione e rappresentazione del manufatto studiato. L'ambiente virtuale e le strutture archeologiche possono essere ricostruiti attraverso differenti tecnologie integrate in una metodologia d’elaborazione e di comunicazione: dati cartografici, remote sensing, indagine topografica, dati dello scanner laser, fotogrammetria, e così via. Ogni tecnica è selezionata secondo il genere di strutture e d’informazioni di cui abbiamo bisogno ed è intimamente collegata alla tipologia ed alle particolarità delle entità da rilevare. (Fig1) Figura 1 – Esempio di rilievo dello stesso ambiente (Villa di Livia - Via Flaminia) con tecnologie diverse: fotomodellazione (immagine a sinistra) e laser scanner (immagine a destra) Casi di studio Il Virtual Heritage Laboratory dell’ITABC sta lavorando a differenti progetti come la “via Appia Antica” e la “via Flaminia Antica”. Il progetto “Appia Antica”, nato da un accordo tra l’ITABC e la Soprintendenza ai Beni Culturali del Comune di Roma, è finalizzato alla creazione di una banca dati spaziale relativa ai monumenti e alle strutture archeologiche esistenti lungo l’asse viario e nel parco archeologico. Alla base di tutto il lavoro vi è un processo di rilevamento spaziale 2D e 3D (grazie a metodologie GIS) con tecniche che utilizzano diversi strumenti per il rilievo (GPS, stazione totale, scanner laser, ecc.) e una fase di documentazione. Tramite Virtools, strumento per la realtà virtuale, è stato ricreato il paesaggio dell’Appia Antica in modo tale da rendere ogni aspetto scientifico, antropologico, geografico, culturale e narrativo in maniera semplice e scientificamente accurata. Di particolare interesse è la ricostruzione del Ninfeo di Egeria rilevato con la tecnica del laser scanner e ricostruito sulla base di una logica costruttiva e sullo studio delle fonti e di parallelismi storici. (Fig2) Figura 2 – Rilievo con laser scanner e ricostruzione del Ninfeo di Egeria, II sec. d.C. (Parco archeologico dell’Appia Antica) Il progetto della “via Flaminia Antica”, portato avanti dall’ITABC e commissionato da Arcus, si occupa della ricostruzione del paesaggio archeologico dell’antica via Flaminia attraverso sistemi di realtà virtuale, tramite un ecosistema digitale orientato verso un’applicazione in real time che individua due livelli di percezione. Il primo rappresenta una visione olistica della strada, che parte da Roma e arriva a Rimini, basata su dati ottenuti da mappe storiche, scavi archeologici, cartografia tecnica ecc. Il secondo livello, invece, punta ad una visione micro-spaziale, focalizzando l’attenzione su quattro siti in particolare (Ponte Milvio, Grottarossa, Villa di Livia a Prima Porta e Malborghetto-Tor di Quinto). (Fig3) Figura 3 – Post-processing della mesh: dal modello ad alta risoluzione al modello lowpoly per la Realtà Virtuale (Villa di Livia - Via Flaminia) Metodologia Solo dopo un attento studio scientifico, in entrambi i casi proposti, il lavoro si pone come obiettivo quello di offrire delle ipotesi ricostruttive attendibili e verificabili. A tal fine è stata realizzata una metodologia utilizzata come strumento storico-critico atta alla comunicazione dell’architettura e dell’archeologia. L’applicazione di modellazione virtuale 3D consente un’analisi spaziale e verifiche approfondite, sia di tipo architettonico che strutturale, difficili da compiere in modo accurato in ambito scientifico tradizionale. A tal fine, la presenza di una metodologia è molto importante per garantire la scientificità del risultato finale. La realizzazione dei modelli si ottiene attraverso algoritmi complessi dei fenomeni fisici che controllano comportamenti non lineari della realtà. L’oggetto tridimensionale studiato diventa, attraverso i calcoli, un modello scientifico di una delle realtà possibili. La simulazione geometrico-spaziale si presenta come la forma più semplice ed intuitiva: si tratta infatti di una costruzione realizzata nello spazio virtuale con proprietà morfologiche e dimensionali conformi a quelli reali, consentendo di analizzare i rapporti spaziali e volumetrici del manufatto. A queste considerazioni di tipo matematico-geometrico, si possono aggiungere anche delle valutazioni di tipo formale non necessariamente misurabili, come per esempio gli apparati decorativi. A tal fine, per la ricostruzione di essi, è stata svolta una ricerca stilistico-filologica basandosi su paralleli e confronti coevi sia dal punto di vista storico che archeologico. Naturalmente, l’immagine complessiva dell’aspetto architettonico che ne deriva viene convalidata dalla ricerca stessa, ma essa deve essere considerata un punto di partenza per il prosieguo e l’approfondimento degli studi. (Fig 4 - 5). Figura 4 – Esempio di parallelismo tipologico I sec a.C - I sec. d.C.: Villa di Oplontis (foto a sinistra); sezione ricostruttiva del giardino repubblicano della Villa di Livia con Autocad (immagine a destra) Figura 5 – Realizzazione della texture con Photoshop (foto a sinistra); ricostruzione del giardino repubblicano della Villa di Livia con 3D Studio Max (immagine a destra) Libreria di modelli L’analisi geometrico-spaziale degli elementi che compongono un’architettura complessa determinano una serie di notizie e dati derivanti da un processo di controllo, verifica e riflessione. L’utilizzo di strumenti di elaborazione permette la creazione di modelli che, a seguito di valutazioni parametriche, ricreano in maniera scientificamente e matematicamente corretta la realtà osservata. Infatti, le caratteristiche meccaniche dei materiali condizionano gli aspetti architettonici (colonne, muri, coperture ecc.): dopo una prima fase di raccolta dati, basati su piante, fonti, resti archeologici, parellismi, si è dato inizio alla creazione di una serie di librerie di modelli che possano essere utilizzate non solo negli specifici progetti di cui ci stiamo occupando, ma anche in qualsiasi ricostruzione finale che sarà affrontata. Infatti, l’architettura romana è caratterizzata da un’alta standardizzazione, a seconda dei periodi storici trattati, che rende possibile la creazione di un archivio digitale di elementi architettonici che, attraverso la loro ripetizione, rendono possibile la ricostruzione degli spazi. Affidabilità della ricostruzione Un processo ricostruttivo deve essere visibile e trasparente. Infatti, ciò che deve rendere rigorosamente scientifico un progetto di ricostruzione virtuale, non è solo lo studio tout court che si trova a monte, ma anche il rendere chiaro ai fruitori che si tratta, nei vari casi, di ipotesi dai diversi gradi di attendibilità. In questo senso, l’utente dell’applicazione ha la possibilità non solo di apprendere a livello conoscitivo tutto il processo di acquisizione dati e informazioni, ma anche valutare il grado di affidabilità fornito. Inoltre, in quest’ottica, si fornisce l’opportunità di analizzare tutte le fasi di lavoro percorse e di ripetere in qualsiasi momento ed in qualsiasi caso il processo di generazione di un modello virtuale. L’affidabilità può essere resa attraverso degli indicatori, interrogabili, che a livello intuitivo forniscano immediatamente all’utente il grado di veridicità proposta nelle varie ricostruzioni fornite. Ricostruzione del paesaggio archeologico Per quanto riguarda la ricostruzione del paesaggio archeologico nell’antichità possiamo seguire le stesse linee guida per la creazione di una metodologia di ricerca simile a quella utilizzata per la creazione di librerie di modelli architettonici (Fig 6). Alla stessa maniera, a seguito di un’analisi puntuale e rigorosamente scientifica basata su studi di tipo geomorfologico e ambientale, è stato possibile innanzitutto valutare il tipo di terreno creatosi nel corso delle ere e successivamente fare delle ipotesi in base a valutazioni pedologiche. In questo modo attraverso gli studi incrociati (morfologia, climatologia, pedologia, idrografia ecc.) e la valutazione anche dei resti archeologici rinvenuti nel territorio di competenza e quelli ipotizzabili in base a un’idea di urbanizzazione conosciuta per altre zone di comprensione più certa, è possibile valutare il tipo di vegetazione a seconda delle zone morfologiche, dei terreni e del tipo di utilizzazione ipotizzabile per il periodo prescelto. Per cui, si è proceduto alla creazione di modelli di vegetazione conosciuti per l’agro romano in genere ed in particolare per il periodo romano in questione, in base anche al clima esistente in quel periodo storico. Figura 6 – Studio delle proporzioni architettoniche per la realizzazione di librerie di modelli (immagine a sinistra); libreria di modelli di vegetazione (immagine a destra) Conclusioni Attraverso lo sviluppo di queste metodologie, è possibile integrare in maniera storica e scientificamente corretta l’architettura al paesaggio in cui era inserita, garantendo principalmente una tutela del patrimonio culturale e fornendo al pubblico informazioni scientifiche che sviluppino l’accrescimento intellettuale attraverso semplici e dirette tecniche di apprendimento. (Fig7) Figura 7 – Esempio di elaborazione di un ambiente della Villa di Livia dalla texture al Real Time. I progetti ad ora sviluppati ci permettono di disegnare conclusioni metodologiche per la creazione di un sistema di realtà virtuale basato su un modello unico ad alta risoluzione, che è esempio di integrazione di dati spaziali, tecnologie e metodologie differenti. Il modello finale rappresenta un documento sintetico, accessibile e suggestivo che contribuisce allo sviluppo della conoscenza e all’interpretazione del patrimonio culturale. L'applicazione di tecnologie avanzate offre la possibilità di comunicare e condividere la ricchezza culturale a nostra disposizione e renderla completamente disponibile in tutte le sue valenze (storiche, artistiche, scientifiche, ecc.). Bibliografia Adam J.P. (1988), L’arte di costruire presso i Romani, Longanesi, Milano. Barcelo J., Forte M., Sanders D. (2000) “Virtual Reality In Archaeology”, Archeopress Bar International Series S 843, Oxford. Burrough P. A., Mcdonnell R.A. (1998) Principles of Geographical Information Systems, University Press, Oxford. Forte M., Gomez L., Pescarin S., Pietroni E., Vico L.(2003) “Integrating Technologies: The Appia Antica Project”, 2st Italy-United States Workshop, Rome, Italy, Bar International Series, Oxford. Giuliani C.F. (1997) L' edilizia nell'antichita, NIS, Roma. Gros P. 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