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Software Components for Robust Geometry Processing

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Metodi di ricostruzione 3D innovativi offrono nuovi spunti agli addetti alla conservazione e alla cura del patrimonio

La maggior parte delle soluzioni di modellizzazione urbana genera modelli geometrici precisi e accurati da un punto di vista visivo, che mancano però di informazioni strutturali o semantiche. Di conseguenza, le applicazioni che richiedono spesso riproduzioni strutturate non sono in grado di impiegarle facilmente.

Economia digitale

Le riproduzioni del patrimonio culturale su larga scala non sono solamente «forme» complesse, ma riproduzioni ibride costituite sia da forme libere (terreno, alberi) sia da una miriade di oggetti dotati di rapporti strutturali e significato semantico (quali muri, tetti e facciate). Un tipo di soluzioni esistenti genera modelli di città accurati corredati da informazioni strutturali e semantiche, con conseguenti livelli di dettaglio elevati. Ciononostante, la produzione di questi modelli di città richiede numerose operazioni di modellizzazione e di modifica al fine di assegnare delle etichette semantiche ai dati, per poi ricostruirli. Il progetto europeo TITANIUM (Software Components for Robust Geometry Processing) affronta il problema della ricostruzione 3D e della semplificazione dei dati raccolti da misurazioni geometriche non elaborate, nonché dei relativi metodi di conversione predisposti su misura per la modellizzazione urbana 3D. I dati non ancora elaborati sono nuvole di punti 3D misurate da scanner laser o generate da algoritmi densi di fotogrammetria (che convertono un insieme di foto in nuvole di punti 3D dotate di attributi cromatici). Come spiega il ricercatore responsabile del progetto, il dott. Pierre Alliez dell’Istituto nazionale per la ricerca informatica e automatica (INRIA) in Francia, «il nostro obiettivo è quello di sviluppare, partendo dagli algoritmi sperimentali di ricerca esistenti, un dimostratore software per l’elaborazione geometrica e la modellizzazione urbana 3D al fine di facilitare la pre-commercializzazione di nuovi componenti software per la Libreria di Algoritmi di Geometria computazionale (CGAL, Computational Geometry Algorithms Library)». Nuove formulazioni all’avanguardia Per quanto concerne la ricostruzione della forma solida, il dott. Alliez spiega che il progetto ha aperto la strada a nuove formulazioni basate sulla teoria del trasporto ottimale, che coinvolgono misurazioni geometriche in entrata (insiemi di punti non elaborati) come misure discrete (distribuzione delle masse). Il problema della ricostruzione viene riformulato come un problema di trasporto delle masse tra le stesse e le superfici ricostruite. «Il rumore variabile dal punto di vista spaziale, sempre più comune nei sensori geometrici a basso costo, è gestito mediante un nuovo approccio di selezione automatica della scala che si basa sull’unico presupposto che le forme dedotte sono varietà di dimensioni note». Il progetto ha scelto queste metodologie perché offrono un’impareggiabile resilienza al rumore e ai valori erratici. Per quanto riguarda il costante problema dell’approssimazione della forma solida, TITANIUM ha sviluppato un nuovo approccio che riduce la complessità geometrica della forma, rimanendo al contempo all’interno di un volume di tolleranza e fornendo garanzie topologiche. «Questo approccio illustra nel migliore dei modi il nostro obiettivo iniziale di ideare metodi in grado di fornire garanzie in termini di dati in uscita anche nel caso in cui quelli in entrata siano erronei», afferma il dott. Alliez, aggiungendo inoltre che, «sebbene le nostre direzioni di ricerca siano rimaste nell’ambito dell’informatica, abbiamo ampliato i nostri orizzonti sino a comprendere questioni affrontate solitamente da campi quali la robotica e la visione artificiale». Benefici per la società Tra i benefici per la società apportati dal progetto figura il potenziale per sostenere la progettazione urbana sostenibile, dato che l’ingegneria computazionale si applica anche alle simulazioni di fenomeni fisici a livello di intere città. L’impatto del dimostratore proposto sarà significativo per quelle applicazioni in cui l’acquisizione geometrica e l’elaborazione svolgono un ruolo centrale (ad esempio i sistemi di informazione geografica e l’ingegneria inversa e computazionale). Il dott. Alliez spiega: «I nostri contatti industriali ci hanno assicurato che il processo di convertire dati non elaborati in modelli privi di difetti pronti per la simulazione è di gran lunga la parte del ciclo progettuale a maggiore intensità di lavoro, poiché rappresenta l’85 % del tempo trascorso in confronto al 15 % per la simulazione. Il nostro dimostratore ha il potenziale per ridurre significativamente la durata di questo processo, offrendo una migliore competitività economica». Le scoperte del progetto possono inoltre influire sui lavori necessari alla conservazione. Il rilevamento e il rafforzamento dei rapporti strutturali si traduce nel rilevamento di adiacenze vicine e rapporti canonici, seguiti dal loro rinforzo mediante quantizzazione in rapporti esatti; le informazioni strutturali e semantiche vengono poi utilizzate per ripristinare i livelli di dettaglio. «In tal modo sarebbe possibile migliorare l’analisi di un sito storico o di un’intera collezione i cui pezzi potrebbero essere disseminati», afferma il dott. Alliez. Guardando al futuro, i risultati ottenuti da TITANIUM possono portare allo sviluppo del concetto di digitalizzazione collaborativa e di risorse digitali attive. In un contesto di collaborazione multidisciplinare, l’obiettivo è progettare sistemi ibridi in cui comunità (tramite i social network) e reti di sensori siano in grado di cooperare.

Parole chiave

TITANIUM, ricostruzione 3D, conservazione del patrimonio, ingegneria computazionale, informatica, modellizzazione urbana 3D

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