2016-2017

Dalla nuvola di punti alla stampa solida (ICAR 06)

Responsabile scientifico: Francesco Guerra

Il grande sviluppo delle stampanti solide ha evidenziato il problema della costruzione dei modelli digitali che devono essere stampati. Nella Geomatica, la stampa 3D è considerata come uno dei possibili output di un rilievo, così come gli elaborati tradizionali in forma cartacea o digitale.

Il percorso che dal modello per punti porta alla sua rappresentazione fisica, passando per modello digitale, racchiude tre passaggi che implicano un modo diverso di rappresentare un oggetto. Queste tre rappresentazioni hanno finalità differenti e di conseguenza differenti caratteristiche.

Il modello per punti è legato al mondo del rilievo. Viene acquisito tramite tecniche proprie della fotogrammetria, del laser scanning e della topografia, che sono strettamente connesse ad un modo di rappresentare la realtà legato ai concetti di precisione e accuratezza. Attraverso queste metodologie si ottengono dati numerici che mimano la forma di un oggetto e che garantiscono sempre un controllo metrico sull’affidabilità del risultato.

Diverso è lo scopo dei modelli digitale e fisico, che sono tradizionalmente legati al concetto di fruibilità di un oggetto. Essi consentono all’utente di visualizzare in maniera chiara ed immediata la realtà, in particolare laddove questa non è più direttamente accessibile. Alcuni esempi possono essere l’anastilosi virtuale di un edificio in crollo, oppure applicazioni pensate per rendere possibile il contatto diretto con l’oggetto, che spesso non è consentito, soprattutto nel campo dei Beni Culturali. Si pensi, ad esempio, alle sezioni dei musei dedicate a ciechi e bambini, due casi in cui il contatto fisico con gli oggetti è necessario. In entrambi i casi, infatti, il tatto è un mezzo per conoscere la realtà, da una parte sotto forma di gioco, dall’altra come senso che supplisce alla mancanza della vista.

All’interno di questo percorso, particolare attenzione è stata data alle caratteristiche metriche proprie del mondo del rilevamento. Se la stampa solida è ormai diventata uno dei possibili prodotti di un rilievo metrico – a fianco delle tradizionali rappresentazioni in proiezione ortogonale – diventa necessario analizzare il processo che dall’acquisizione del dato metrico porta alla creazione del modello digitale che deve essere stampato.

La ricerca è posta quindi due obiettivi: da un lato la verifica delle precisioni degli oggetti stampati e la fedeltà della copia all’originale; dall’altro l’ottimizzazione del percorso che va dall’acquisizione della nuvola di punti di un oggetto alla sua rappresentazione in un modello 3D in scala. Il tema dell’aderenza della copia all’originale è stato declinato in vari casi applicativi, cercando di porre l’attenzione ai diversi processi di acquisizione ed elaborazione dei dati che potrebbero portare ad allontanare le due entità.

From point cloud to 3D printing

The great development of solid printers has highlighted some issues on the proper construction of digital models that have to be printed. In the Geomatics field, 3D printing is considered as one of the possible outcomes of a survey, as much as the traditional orthogonal representations either in printed or digital form.

The path that from the point cloud model leads to its physical representation, passing through a digital model, contains three steps that imply a different way of representing an object. These three representations have different purposes and consequently different characteristics.

The point cloud model is related to the world of Geomatics. It is acquired through photogrammetry, laser scanning and topography, which are closely related to a way of representing reality tied to the concepts of precision and accuracy. Through these methodologies we obtain numeric data that imitate the shape of an object, guaranteeing at the same time a metric control on the reliability of the result.

The purpose of digital and physical models is different, as they are traditionally linked to the concept of usability of an object. They allow the user to see and experience an object in a clear and immediate way, particularly when it is no longer directly accessible. Some examples are the virtual anastylosis of a collapsed building, or applications designed to allow the direct contact with the object. In fact this is often forbitten, especially in the field of Cultural Heritage.  Here, we are referring, for example, to exhibitions meant for children or visually impaired. In these two cases physical contact with the objects is necessary. In both cases, in fact, touch is a means to perceive reality, on one side as a game, on the other as a way to compensate for the lack of sight.

Within this process, particular attention was given to the metric characteristics that belong to the Geomatics world. If the solid printing has now become one of the possible products of a metric survey – together with traditional representations in orthogonal projections - it becomes necessary to analyze the process that from the acquisition of metric data leads to the creation of a digital model ready to be printed.

Therefore, this research had two goals: on one side the analysis of accuracy of the printed objects and the fidelity of the copy to the original; on the other side the optimization of the process that starts form the acquisition of a point cloud and leads to its representation as a scaled 3D model.

These concepts have been applied in various application cases, trying to draw attention to the different pipelines of acquisition and data processing that could lead to distance the two entities one from the other.