Osservare geometrie complesse non è mai stato così facile

Le tecnologie digitali sono in grado di offrire un contributo essenziale alla documentazione, all’analisi e alla successiva fruizione del patrimonio culturale, perché possono essere utilizzate in diverse forme e con diverse finalità: studio e ricerca, diagnosi, restauro, tutela, gestione, comunicazione-divulgazione, formazione e fruizione del patrimonio culturale. Negli ultimi decenni si è assistito a una crescita esponenziale dell’uso delle tecnologie elettroniche e informatiche, che ha aperto nuovi scenari e possibilità nel campo dei Beni Culturali. Questa evoluzione di strumenti e metodi si affianca a una diffusione di tecniche strumentali per il rilievo, in particolare la scansione 3D, che permettono di osservare geometrie complesse che sarebbe impossibile analizzare attraverso metodi più tradizionali. All’interno di questo sviluppo tecnologico, un ruolo particolare ha assunto la stampa solida. La prototipazione rapida è una tecnica che permette di produrre copie fisiche di oggetti con geometrie complesse direttamente dal modello matematico in tempi relativamente brevi e con costi spesso contenuti. In anni recenti, questa tecnica ha subito un forte sviluppo grazie alla larga diffusione sul mercato delle desktop 3D printers, stampanti dal costo e dalle dimensioni piuttosto contenuti, che utilizzano spesso una tecnologia di tipo FDM (Fuse Deposition Modeling), vale a dire una tecnologia di tipo “additivo” che crea dei modelli fisici attraverso la sovrapposizione di strati di materiale. Tale sviluppo ha permesso una rapida ascesa di questa tecnologia in applicazioni “di consumo”, consentendo a utenti meno esperti di approcciarsi al mondo della stampa 3D e creare una community di makers paragonabile a quella formatasi con l’introduzione sul mercato di Arduino. D’altro canto, le stampanti 3D si sono dimostrate molto efficaci anche in molti altri contesti applicativi, in particolare nel campo dei Beni Culturali. Grazie all’innovazione tecnologica informatica e alla multimedialità è ormai possibile elaborare nuove forme di analisi e fruizione del patrimonio culturale, che vengono affiancate alle modalità di lettura più tradizionali. I modelli, prima digitali e poi fisici, hanno aperto nuove possibilità di fruizione, catalogazione e studio del patrimonio culturale, perché costituiscono la base sia per la visualizzazione che per l’analisi metrica di ogni manufatto di interesse da un punto di vista artistico e storico. Dal punto di vista museale, ad esempio, la possibilità di creare fedeli repliche digitali e fisiche di spazi e oggetti tridimensionali permette di arricchire mostre e collezioni, perché l’accesso alle informazioni diventa “customizzabile” a seconda dell’utente, del contenuto e della complessità dell’informazione fornita. Tutto ciò ha portato ormai a considerare la stampa 3D come uno dei possibili output di un rilievo, così come gli elaborati tradizionali in forma cartacea o digitale.

La grande diffusione delle stampanti solide ha però messo in evidenza da una parte il problema della costruzione dei modelli digitali che devono essere stampati e dall’altra quello della conformità della copia all’originale. La questione diventa molto attuale se si pensa al progetto ideato per la città di Palmira, in Siria, i cui monumenti sono stati di recente distrutti. Il progetto, molto ambizioso, prevede di ricreare le rovine del sito archeologico sostituendole con delle copie fisiche realizzate attraverso la robotica e la stampa 3D. Progetti come questo rendono ormai evidente la necessità di valutare quanto il modello stampato sia fedele all’originale. Il modello fisico, che tradizionalmente veniva utilizzato per prefigurare e visualizzare quanto non era ancora 27 stato realizzato, diventa ora una vera e propria copia che va di fatto a sostituire l’originale divenendo essa stessa monumento. Alla luce di queste considerazioni, particolare importanza assumono le caratteristiche metriche di precisione e accuratezza del modello 3D stampato, che sono alla base di tutto quanto concerne il mondo della Geomatica e che devono essere messe in relazione con le stesse caratteristiche del modello digitale ottenuto dalle operazioni di rilevamento. In altri termini, la precisione del prodotto stampato deve essere valutata in relazione a quelle proprie degli strumenti di acquisizione. Non si deve dimenticare, inoltre, che il modello stampato è il risultato di operazioni di rilievo, ma che, per essere ottimizzato per la stampa, il dato digitale deve essere sottoposto a una serie di operazioni di semplificazione che se da un lato servono a eliminare il rumore introdotto dal processo di acquisizione, dall’altro possono allontanare la copia fisica dalla geometria originale. Una volta determinate e verificate le precisioni metriche dei modelli digitali e fisici, sarà possibile individuare i diversi ambiti applicativi di tali riproduzioni: in alcuni ambiti la copia potrà con efficacia sostituire l’originale, specialmente nel caso in cui questo debba essere conservato e la sua fruibilità limitata all’esposizione. I modelli fisici, infatti, vengono sempre più di frequente utilizzati in occasioni in cui è necessario il contatto diretto, ad esempio allestimenti museali dedicati a bambini o a ipovedenti. Questo contributo è parte di una ricerca più ampia, che si pone l’obiettivo di ottimizzare il percorso che va dalla acquisizione di una nuvola di punti di un oggetto (per esempio vaso, statua, architettura, area urbana) alla sua rappresentazione in un modello 3D in scala. In questo processo si devono naturalmente tenere in considerazione da una parte la precisione degli strumenti di acquisizione (fotogrammetria multi immagine, laser scanner TOF, laser scanner a triangolazione) e dall’altra quella del dispositivo di output finale: stampanti FDM, CNC, a resina fotopolimerica, SLS, ecc., per evitare diseconomie dettate dalla differente precisione e risoluzione strumentale. In questa sede verranno presentati alcuni prodotti della ricerca, che si propone in questa prima fase di analizzare le caratteristiche metriche del modello stampato in relazione al dato originale. Gli oggetti che verranno proposti sono stati acquisiti tramite alcuni laser scanner a triangolazione, sistemi a scansione che permettono di raggiungere precisioni sub millimetriche. I modelli numerici acquisiti sono stati sottoposti ad un processo di elaborazione che ha permesso di ottimizzare i dati per la stampa, mantenendo il più possibile inalterata la geometria originale dell’oggetto. I prodotti sono stati stampati in scala 1:1 con diversi macchinari che utilizzano metodologie di stampa differenti. Le riproduzioni fisiche sono state a loro volta digitalizzate con gli stessi laser scanner, cercando di mantenere invariate le condizioni di acquisizione che avrebbero potuto in qualche modo incidere sulla precisione del modello digitale. Infine, le mesh acquisite sono state sottoposte allo stesso processo di elaborazione e poi confrontate con i modelli originali, per verificare quanto le riproduzioni fisiche fossero copie fedeli degli oggetti reali.

(da “L’originale e la copia: considerazioni sulle caratteristiche metriche della stampa 3D” di Martina Ballarin (nel video) e Francesco Guerra dell’ Università IUAV di Venezia)