Alessandra Avella

Autori: Argenziano Pasquale, Avella Alessandra 

Tutor: Prof. Carmine Gambardella

La presente ricerca implementa la lettura multidimensionale del territorio di interesse del Progetto CAMPUS Pompei con le elaborazioni dei dati di radioattività naturale e antropica in ambito urbano e suburbano acquisiti attraverso campionature dirette. Il tema della radioattività nel territorio pedemontano del Vesuvio è ad evidenza di particolare interesse per la coesistenza di fattori naturali ed antropici quali la varietà litologica dell’area, la densità urbana ed abitativa nonché l’elevata vocazione turistica dei vari poli culturali che attraggono quotidianamente un notevole flusso di visitatori. Quest’ultimo punto collima le ragioni ideative della ricerca con le finalità del progetto Campus.

Dallo specifico delle Scienze della Terra, il tema interessa le Scienze dell’Architettura e più nello specifico la Geochimica Ambientale per le prime, ed il Rilievo digitale integrato multiscalare dal territorio al manufatto edilizio per le seconde. La Geochimica Ambientale si occupa principalmente della caratterizzazione delle unità geologiche e delle loro componenti di matrice ambientali (contaminate e non) come sedimenti, suolo, acqua e aria a scala regionale ed a scala locale (a livello di sito), attraverso l’osservazione della loro evoluzione geografica e cronologica, oltre che attraverso le analisi della distribuzione e del comportamento degli elementi chimici e dei loro diversi isotopi. La determinazione dei composti organici e la radioattività naturale, in particolare, sono l’oggetto delle misure per la caratterizzazione on-site e off-site.Il Rilievo digitale integrato invece indaga le integrazioni e le interazioni critiche dei dati nelle varie grandezze fisiche caratteristiche dell’Ambiente naturale e costruito, acquisite con tecnologie digitali d’avanguardia ed elaborate in modelli tridimensionali per la restituzione geometrica, morfologica, tematica del territorio, della città e dell’architettura. La multiscalarità dell’analisi critica dei dati radiometrici investe così la disciplina della Geometria dal suo significato etimologico alle più recenti declinazioni tecnologiche in ambito architettonico. Dal GIS e la cartografia digitale per la regia complessiva del progetto, la ricerca apre all’uso delle applicazioni di geo-logistica su smartphone per le acquisizioni in campo ed ancora dalle consolidate argomentazioni del Disegno e del Rilievo della città e dell’architettura, gli sviluppi della ricerca si indirizzano verso i più innovativi sistemi di catalogazione tipo-morfologica dei modelli tridimensionali.

La ricerca è pertanto sviluppata da un’equipe composta da docenti e ricercatori di Geochimica e Disegno dell’Architettura che, dalla pianificazione delle misure all’analisi critica dei dati acquisiti in sito, lavora alla sintesi dei propri protocolli disciplinari verso un integrale metodologico che apra a nuovi scenari applicativi ovvero verso una più ampia ricerca incentrata sui riflessi dell’ambiente antropizzato sull’Uomo.
La multiscalarità e la multidimensionalità dei dati oggetto di studio hanno una sintesi gestionale e interpretativa attraverso tutte le fasi della ricerca in una piattaforma GIS open source con una struttura di dati definita ad hoc, attingendo ad una serie di layer tematici redatti e certificati da Enti pubblici preposti o elaborati dalla stessa equipe in precedenti attività investigative sul medesimo territorio.
I valori di radioattività naturale e antropica in sito sono misurati con lo spettrometro portatile a scintillazione gamma, posto nel sito di interesse in un intervallo di tempo standard a due quote diverse: a 20 cm circa dal suolo per l’acquisizione dei valori alla ‘sorgente’; e a 150 cm circa dal suolo per l’acquisizione dei valori ambientali. I punti caratteristici, scelti nella fase di pianificazione delle misure, corrispondono ai centroidi di una maglia regolare che nel caso in esame è stata disegnata con densità variabile nel progetto GIS a copertura dell’intera area del Sistema Territoriale di Sviluppo F3. In corrispondenza di ciascun punto, il sensore ha misurato il valore della ‘dose oraria’ di radiazioni gamma espressa in nSv/h (nano Sievert oraria) da cui vengono calcolate la ‘dose efficace annua’ espressa in mSv/A (milli Sievert annua) e la radioattività totale espressa in MeV (mega elettronvolt).
Data la finalità della ricerca, considerare le relazioni tra la maglia regolare rigidamente calata sul territorio e lo scenario urbano nel quale contestualizzare criticamente le misure, significa classificare i centroidi della maglia (di coordinate geografiche note) in rapporto ai layer tematici già strutturati nel GIS. I principali sono: la copertura ed uso del territorio, sintetizzate a diversa scala dal progetto Corine Land Cover e dalla Carta Tecnica Regionale della Campania; la densità abitativa; la proprietà dei suoli; la rete geometrica del grafo stradale. Il progressivo adattamento della maglia regolare al territorio è funzione della classificazione dei nodi in base ad aree urbane o rurali, pubbliche o private e la distanza dal grafo stradale; i nodi che non ricadano in aree urbane, pubbliche e prossime al grafo stradale vengono traslati nell’intorno prossimo, verso nuove posizioni caratterizzate dalla concordanza dei detti tre parametri. Pertanto, la geometria regolare della maglia di rilievo assume un andamento irregolare più rispondente alla realtà dei luoghi e quindi alla potenziale esposizione della popolazione alla radioattività da fattori antropici (dose efficace annua).
La Normativa italiana in materia (D.Lgs. 241/2000) fissa la soglia di esposizione alla radioattività totale (naturale e antropica) in 3,4 mSv/A, di cui 2,4 mSv/A per il fondo naturale e 1 mSv/A per il fondo antropico.
La potenziale esposizione al rischio radioattivo per la popolazione non risiede nella quantità di radioattività misurata nel punto, bensì nel periodo di esposizione al fenomeno radioattivo. Da ciò ne deriva che le aree a scarsa densità di popolazione e con stanzialità temporanea (di breve durata) sono secondo la Normativa potenzialmente fuori rischio. Nel territorio di interesse del Progetto Campus, ricadono in questa casistica le aree archeologiche e le zone extra urbane e rurali.
In riferimento al caso studio in esame, noti il perimetro amministrativo dei municipi, la varietà dei rispettivi tessuti urbani e l’attrattività turistica dei poli culturali diffusi sull’area, la pianificazione delle campionature dirette è stata organizzata in base a due maglie; la prima macroscopica con passo di 1000 m per l’intero Sistema F3 di 121,7 kmq, e la seconda di dettaglio con passo di 250 m per focalizzare le specificità del territorio di Pompei (12,4 kmq).
La campagna di acquisizione dei dati ha previsto una fase preliminare di organizzazione logistica dei prelievi in base al miglior percorso possibile per ciascun giorno di rilievo calendarizzato. In questa fase, i nodi delle maglie – definiti da un ID univoco e dalle coordinate geografiche – sono stati trasferiti su un supporto palmare per essere fruiti in sito attraverso un’applicazione di geolocalizzazione gratuita (My.com Maps me) utilizzata come navigatore per il raggiungimento dei punti su cui eseguire le misure. L’uso del dispositivo palmare con GPS integrato ha supplito la mancanza della geolocalizzazione automatica delle misure acquisite con lo spettrometro portatile utilizzato. Per ciascun punto delle due maglie sono state condotte misure radiometriche alla sorgente (20 cm dal suolo) ed ambientali (150 cm dal suolo) alle quali sono state associate i seguenti dati: le coordinate geografiche effettive della misura, la data e l’ora di acquisizione, la toponomastica e l’indirizzo, il materiale caratterizzante la copertura stradale nel punto di misura, la sua posizione rispetto all’asse stradale.
A chiusura della campagna di acquisizione dati durata dodici giorni, i punti rilevati sono stati 250 a fronte dei 314 pianificati; la restante parte è risultata non rilevabile perché non accessibile.
A seguito dell’opportuno backup dei dati grezzi, le informazioni alfanumeriche registrate su dispositivo palmare sono state trasferite su piattaforma GIS secondo gli standard di interscambio dati, mentre le misure radiometriche – opportunamente elaborate su software dedicato – sono state collegate ai primi attraverso la comune coordinata geografica, sempre in ambiente GIS.
L’integrazione di detti dati ha permesso l’elaborazione di varie carte tematiche puntuali tematizzate secondo una corrispondenza semantica dimensione/gradazione cromatica del simbolo e la variazione della dose efficace annua in tutti i siti campionati. Nelle tavole di seguito – peraltro fruibili su piattaforma webGIS – è possibile notare che i valori di radioattività variano tra 0,32 e 2,66 mSv/A (gradazioni di blu) mentre solo in un punto il valore alla sorgente supera di circa 0,3 unità la soglia dettata dalla Normativa. Questo valore alla sorgente è riconducibile alla concentrazione di vario materiale vulcanico, tra cui il basolalto utilizzato per la pavimentazione stradale e il tufo/pietrarsa faccia-a-vista utilizzato per le murature d’ambito stradale.

Bibliografia sintetica di riferimento

Gambardella C., Atlante di Pompei. Napoli: La scuola di Pitagora editrice, 2012. ISBN: 978-88-6542-171-0

Gambardella C., Atlante del Cilento. Napoli: Edizioni Scientifiche Italiane, 2009. ISBN 978-88-495-1836-8

Gambardella C., Pisacane N., Avella A., Argenziano P., Pompei Knowledge Factory Cultural Heritage and ICT for a smart city. In: Proceedings of the 2014 International Conference on Virtual Systems & Multimedia (VSMM), Hong Kong 9-12 Dicembre 2014. Danvers: Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), 2014. ISBN: 978-1-4799-7227- 2.

Gambardella C., Zerlenga O., Pisacane N., Argenziano P., Avella A., Il biodisegno per la conoscenza e la rigenerazione dei territori compromessi/Biodesign for compromised lands knowledge and regeneration. In: Italian Survey and International Experience. XI Congresso UID, XXXVI Convegno internazionale delle discipline della rappresentazione – Parma, 18-20 settembre 2014.

De Vivo B., Cicchella D., Lima A., Albanese S., Atlante Geochimico – ambientale della Regione Campania. Roma: Aracne, 2006.

De Vivo B., Cicchella D., Lima A., Albanese S., Atlante Geochimico – ambientale dei suoli dell’area urbana della provincia di Napoli. Roma: Aracne, 2006.

STS F3, maglia ortogonale con passo 1 Km e relativi centroidi.

Pompei, maglia ortogonale con passo 250 m e relativi centroidi.

STS F3, maglia di prelievo dei campioni ed indicazione dei punti rilevati.

Pompei, maglia di prelievo dei campioni ed indicazione dei punti rilevati.

STS F3, campionatura puntuale delle misure radiometriche alla sorgente (20 cm dal suolo) espresse in mSv/A (milli Sievert annua).

STS F3, campionatura puntuale delle misure radiometriche ambientali (150 cm dal suolo) espresse in mSv/A (milli Sievert annua).

Pompei, campionatura puntuale delle misure radiometriche alla sorgente (20 cm dal suolo) espresse in mSv/A (milli Sievert annua).

Pompei, campionatura puntuale delle misure radiometriche ambientali (150 cm dal suolo) espresse in mSv/A (milli Sievert annua).

Alessandra Avella, Pasquale Argenziano

Le presenti note focalizzano l’attenzione sul rilievo digitale integrato tridimensionale della “Torre di Mercurio” nel sito archeologico di Pompei che richiede un intervento di recupero strutturale per il quale è chiusa ai visitatori degli scavi da circa quindici anni.

Questo studio è condotto nell’ambito della più ampia ricerca in corso sul territorio di Pompei dal titolo Progetto Campus Pompei “Ecoturismo urbano per la fruizione sostenibile dei Beni Culturali in Campania”. Il rilievo condotto sulla Torre di Mercurio, così come su altri manufatti archeologici con diversa stereometria all’interno degli scavi archeologici quali l’Anfiteatro e la Villa dei Misteri, offre l’occasione per riflettere sull’approccio digitale integrato al rilevamento indiretto dell’Architettura e sulle diverse declinazioni metodologiche della modellazione tridimensionale.

In particolare, la Torre di Mercurio è stata sottoposta ad un programma di rilievo teso alla caratterizzazione geometrica e morfologica del manufatto per la creazione di un modello digitale tridimensionale di supporto a tutte le possibili analisi specialistiche da eseguire sul monumento per la caratterizzazione strutturale, conservativa e fruitiva dell’Architettura. Le presenti note, pertanto, descrivono una campagna di rilevamento digitale integrato che pone le sue basi su un approccio metodologico che non si limita alla mera restituzione geometrica dell’Architettura: le dimensioni metriche e visibili, infatti, vengono integrate con le acquisizioni che arricchiscono la diagnostica dell’architettura – dalla spettrofotometria o termografia per le analisi delle superfici alle misurazioni soniche ed ultrasoniche per le indagini sulle murature – al fine di orientare le possibili ipotesi progettuali e di recupero.

La Torre XI delle iscrizioni pompeiane, più comunemente denominata Torre della Via di Mercurio, è tra i primi elementi urbani riportati alla luce. Restaurata in più fasi nel corso degli anni, oggi appare complessivamente integra pur presentando ingenti problemi strutturali. La sua realizzazione risale all’ultima fase di costruzione delle fortificazioni pompeiane nel I sec a.C. (terzo periodo sannitico), quando vennero rafforzate con robuste torri inserite nello spessore stesso della doppia cortina terrapienata della cinta muraria della città classica dalla quale eccedono in entrambi i versanti di circa due metri in modo da dominare con il terzo ripiano i tratti di muro intermedio fra torre e torre. La Torre, posizionata tra Porta Ercolanese e Porta Vesuvio alla fine della Via di Mercurio nella Regio VI, è un parallelepipedo a pianta quadrangolare di 9,50 metri per 7,60 metri di lato per 13 metri di altezza, nel pieno rispetto della tecnica militare. Lo spazio interno è articolato in due ambienti a volta sovrapposti l’uno all’altro congiunti da una scala interna e sovrastati da una terrazza munita di merli ora distrutta. L’apparato murario è in opus incertum di piccole pietre di lava e di tufo legate con malta senza l’originario rivestimento di intonaco.[ii]

Constatata la morfologia, la scala, la materialità dell’oggetto del rilevamento oltre che la relazione spaziale tra l’opera e il suo contesto, il progetto di rilievo è stato suddiviso in due fasi di acquisizione in sito. La prima sessione di rilievo è stata eseguita all’esterno dell’edificio attraverso una sequenza continua di scansioni che a partire dall’area extra moenia aggirasse verso est l’edificio, scavalcando il muro urbano per raggiungere l’area intra moenia e quindi entrare nell’edificio attraverso il percorso a ballatoio realizzato nello scorso secolo. La seconda fase è stata dedicata agli interni della torre attraverso una sequenza continua di scansioni che a partire dall’ambiente voltato inferiore seguissero lo svolgimento plano-altimetrico dei corridoi, delle scale e dei vani voltati fino alla copertura piana. Con riprese fotogrammetriche digitali close-range sono state integrate le lacune delle acquisizioni laser.

L’orientamento relativo dei due progetti di scansione è stato assicurato da 31 target 2D cartacei, controllati anche attraverso 25 “punti naturali” che sono stati disposti ordinatamente nelle aree perimetrali e nei vani interni dell’edifico, con particolare attenzione negli spazi condivisi tra i due progetti, individuati alle tre quote significative dell’edificio: la quota stradale, l’apice della murazione, il piano di copertura. Le scansioni laser sono state eseguite secondo un percorso sequenziale così da sfruttare al meglio le caratteristiche tecnologiche del sensore che integra una bussola, un inclinometro ed un ricevitore GPS (attivo per le acquisizioni all’aperto). Tutti questi dati registrati in fase di acquisizione vengono utilizzati con le coordinate relative dei target omologhi, riconosciuti in modo semi-automatico nelle varie scansioni. L’orientamento delle nuvole di punti è quindi calcolato sulla base sia della posizione del sensore al momento della ripresa 3D sia della posizione dei target omologhi con un livello di controllo dell’errore di orientamento relativo delle nuvole trascurabile.

Dal modello nuvola di punti complessivo, composto da 515 milioni di punti, è stato successivamente elaborato un modello mesh attraverso operazioni di discretizzazione geometrica (meshing e razionale) [iii] dal quale successivamente sono stati estratti i disegni bidimensionali che illustrano questo paper.

È ormai noto alla comunità scientifica che detenere la morfologia di un oggetto attraverso le operazioni di scansione, orientamento e mappatura delle nuvole di punti non significa aver concluso il suo rilevamento: alla fase di acquisizione automatica deve necessariamente seguire quella di elaborazione critica della notevole quantità di dati tridimensionali acquisiti indistintamente durante la scansione laser, controllata secondo il Disegno di Architettura.

L’approccio ed il metodo che si sta conducendo mira ad una modellazione geometrica del dato acquisito eseguita sulla base delle informazioni che, attraverso l’analisi del dato di partenza, si intende trasmettere per consentire possibili studi specialistici sull’oggetto rilevato, il tutto sempre in un continuo rimando alla manualistica dei trattati di architettura. Ben sappiamo, infatti, che soprattutto nel caso di manufatti archeologici il rilievo e la restituzione tridimensionale da acquisizioni attraverso nuvola di punti va eseguito con riferimento alle tecniche costruttive, alle fasi di realizzazione delle opere stesse, nonché alle modificazioni ed integrazioni succedutesi nel corso dei secoli.

L’attività di rilevamento condotta sulla Torre di Mercurio è l’occasione proficua per una disamina critica – di certo senza presunzione di esaustività – dei parametri da valutare per adottare il metodo di restituzione tridimensionale da modello nuvola di punti più opportuno. A tal proposito dalle esperienze pubblicate in letteratura, occorre sottolineare che nelle applicazioni laser scanning terrestri non si è ancora assistito alla definizione di regole che possano univocamente guidare la costruzione di un modello geometrico da cui estrarre rappresentazioni architettoniche del rilevato.

Sulla base delle considerazioni e sperimentazioni metodologiche verificate nel corso del presente studio ed avviate in casi studio precedenti, i parametri ai quali si fa riferimento sono principalmente la specificità dell’oggetto architettonico sottoposto al rilievo, la scala nominale di rappresentazione e la finalità del rilievo. Quest’ultima incide sull’estrazione selettiva dei dati dal data-base tridimensionale discreto a seconda che il modello geometrico 3D estratto debba essere di supporto a tutte le diverse analisi specialistiche che studiosi ed operatori possono realizzare sull’opera architettonica originale, oppure alla visualizzazione virtuale dell’opera attraverso la percezione pseudo tridimensionale dell’architettura.

Nel primo caso l’approssimazione geometrica del modello nuvola di punti è controllata in continua relazione alle specifiche esigenze di ciascun operatore, ai parametri SW di interscambio dati propri di ciascun settore di indagine, al rispetto delle più diffuse tecniche di rappresentazione architettonica oltre che di quelle di modellazione geometrica più rispondenti allo specifico campo di diagnosi architettonica. Per la visualizzazione virtuale del manufatto, invece, al processo di modellazione geometrica non è richiesta la corrispondenza metrica puntuale tra oggetto fisico e modello geometrico, ma piuttosto una semplificazione che ne consenta la percezione pseudo tridimensionale. Tale semplificazione andrebbe in crisi quando il modello semplificato venisse fruito attraverso dispositivi di realtà aumentata. Attraverso l’uso di questi dispositivi la complessità del reale, a sua volta, metterebbe in crisi anche il modello mesh non semplificato.

Nello specifico del caso studio in esame, la stereometria dell’edificio di non particolare complessità, la composizione materica e l’irrazionale morfologia delle superfici interne ed esterne interamente realizzate in pietra, l’assenza di elementi architettonici di pregio o decorazioni hanno suggerito di operare direttamente sull’insieme dei dati 3D acquisiti, attraverso successive approssimazioni geometriche del modello discreto per la costruzione di un modello tridimensionale di supporto alle ipotesi di recupero strutturale.

Il presente studio, ancora in corso di elaborazione, vuole tracciare delle prime considerazioni su un metodo di analisi ed elaborazione dei dati 3D acquisiti attraverso rilievo digitale integrato implementabile ed estensibili ad altri contesti, archeologici e non.

Gambardella, Carmine. Pisacane, Nicola. Avella, Alessandra. Argenziano, Pasquale. Multisensor and multiscale surveying into Pompeii’s archeological site. Three case studies. In AA.VV. Proceedings of XIII Forum Internazionale di Studi_Le Vie dei Mercanti. Heritage and Technology. Mind Knowledge Experience. Napoli: La scuola di Pitagora editrice, 2015.

[ii] Maiuri, Amedeo. Studi e ricerche sulla fortificazione di Pompei, estratto dai “Monumenti Antichi” pubblicati per cura della R. Accademia Nazionale dei Lincei, Vol. XXXIII-1930, Roma.

[iii] AVELLA, Alessandra. La modellazione tridimensionale attraverso la discretizzazione geometrica ‘razionale’ delle forme nel disegno di architettura. Il caso studio dell’architettura cimiteriale a Napoli, in GAMBARDELLA, Carmine. GIORDANO, Paolo. CAMPANIA WORLD HERITAGE PROPERTIES Ancknoledged lands [material and immaterial] and Unknown fragments [built and natural]. Napoli: La Scuola di Pitagora Editrice, 2015

Pompeii. Tower XI, more usually known as ‘Torre di Mercurio’.

Pompeii, ‘Torre di Mercurio’. Planimetric cross section mesh model at 61 meter above sea level.

Pompeii, ‘Torre di Mercurio’. Planimetric cross section mesh model at 65,5 meter above sea level (on the top) and south – east elevation mesh model (on the bottom).

Pompeii, ‘Torre di Mercurio’. C – C’ and D – D’ cross-sections. The cross sections are useful to understand the vertical structure of Tower. The section planes were drawn along the scale in two different directions.

Nicola Pisacane, Pasquale Argenziano, Alessandra Avella

Dal progetto di ricerca sulla città di Pompei e il suo hinterland, coordinato dal prof Carmine Gambardella, le presenti note sono incentrate sulle procedure di rilievo digitale integrato dell’Anfiteatro classico nella città archeologica.

Riprendendo il più complesso protocollo scientifico del progetto, gli studi sulla città contemporanea e sull’area archeologica, ovvero sugli edifici che punteggiano le due aree, non si limitano alla mera restituzione geometrica dei dati circoscritti al singolo manufatto bensì spaziano verso le declinazioni tematiche multi-disciplinari e cross-disciplinari. L’interazione e l’integrazione di più competenze disciplinari su un caso studio, può però avvenire in modo ottimizzato se e solo se sono condivise le sue conoscenze geometriche e morfologiche, che peraltro agevolano e chiariscono la conoscenza completa di manufatti architettonici particolarmente complessi e stratificati, come quelli di pregio archeologico. La fase di rilevamento geometrico resta un passaggio cardine della ricerca scientifica nell’ambito dei Beni Culturali, e l’attività scientifica del rilievo alle soglie del terzo millennio non può prescindere dall’utilizzo ottimizzato ed integrato degli strumenti digitali più avanzati nel settore, teso alla restituzione dei dati geometrici (e non) quanto più esaustivi possibile.

Il rilievo digitale integrato della dimensione geometrica dell’Anfiteatro di Pompei – eseguito nella primavera del 2015 – ha almeno due aspetti di singolarità tali da meritare specifica trattazione: l’imponente dimensione e la particolare morfologia dell’edificio coniugate al tempo limitato concesso per le attività di rilievo in sito. L’equipe di rilievo ha pertanto redatto un progetto di rilevamento speditivo, massimizzando l’uso della tecnologia digitale e cercando di minimizzare l’eventualità di errori durante le acquisizioni.

Il Rilievo digitale dell’Anfiteatro ha integrato quattro diverse acquisizioni: scansione laser 3D, rilievo topografico tradizionale e GPS, mappatura fotografica ad alta risoluzione e tecniche di fotogrammetria digitale.

Nello specifico, la rete topografica è stata materializzata con la stazione totale Trimble VX S6 che tecnologicamente garantisce elevati standard di precisione; la georeferenziazione dei capisaldi topografici è stata acquisita con stazione Trimble R5700 sensibile alla costellazione GPS; le prese fotogrammetriche sono state realizzate con camera Nikon D70; la scansione laser è stata esperita con i sensori Faro 3D X330 e Faro 3D X130 che possono essere definiti propriamente come una piattaforma plurisensore integrante la bussola, l’inclinometro, una camera fotografica RGB e sensore laser con raggio di azione variabile tra 0,6 e 330 metri, e relativa accuratezza variabile tra 2 e 200 mm a seconda delle impostazioni di acquisizione.

Queste ultime caratteristiche – dichiarate dalla casa costruttrice – sono state testate e verificate prima delle attività in sito, al fine di ottimizzare la sequenza delle acquisizioni in relazione all’articolazione plano-altimetrica degli edifici e conseguentemente la distribuzione spaziale dei target 2D e 3D scelti per l’orientamento relativo delle scansioni.

I risultati dei test hanno evidenziato che l’accuratezza della misura diminuisce linearmente rispetto all’aumentare della distanza tra sensore e superficie scansionata, indipendentemente dalla risoluzione imposta al sensore. Questo dato relativo all’accuratezza incide evidentemente sul riconoscimento semi-automatico del baricentro dei target (2D o 3D) nel software dedicato Faro Scene con una differenza quantitativa tra la stessa operazione eseguita sulle nuvole di punti processate con solo i dati di riflettanza oppure con l’aggiunta delle immagini RGB acquisite con la camera incorporata.

I rilievi da terra sono stati integrati, per le parti alte e poco accessibili delle strutture e per le coperture, con fotogrammetria close-range da drone.

La letteratura in merito ai rilievi degli anfiteatri di età romana e alla loro forma alterna ipotesi sulla forma planimetrica ellittica con quella ovale. Studiosi ed esperienze, anche cronologicamente differenti, hanno portato a risultati differenti sull’effettivo andamento in pianta degli anfiteatri. Una problematica che è sempre stata analizzata, in relazione alla possibilità, al tempo di realizzare il tracciamento planimetrico – dell’ellisse o dell’ovale – e quindi delle competenze e delle strumentazioni a disposizione dei gromatici per l’esecuzione di queste opere. È indubbio che lo studio e il rilievo, in particolare di questo tipo di architetture va eseguito in riferimento alle tecniche costruttive nonché alle fasi di realizzazione delle opere stesse e la relazione spaziale tra l’opera e il suo contesto. Gli anfiteatri nello specifico caso erano realizzati attraverso la costruzione del muro esterno dal quale poi derivava la costruzione delle parti interne della cavea. Il tracciamento della forma planimetrica esterna condizionava poi il tracciamento delle geometrie delle successive parti interne. Infatti, il tracciamento dell’ellisse è molto più laborioso anche se operativamente, soprattutto per curve di grandi dimensioni, presenta problemi analoghi a quelli dell’ovale. L’ovale ha però il vantaggio di poter descrivere con semplicità curve concentriche (problema sostanziale per le gradinate degli anfiteatri) così come anche una semplificazione nella predisposizione dei conci lapidei che costituiscono la struttura.

Assunte le ragioni geometriche complessive del manufatto, il rilievo digitale integrato dell’Anfiteatro è stato pianificato valutando principalmente i seguenti tre fattori: la dimensione dell’edificio, la sua articolazione plano-altimetrica, il contesto ambientale.

Considerando che l’Anfiteatro è un ampio spazio concavo percorribile secondo livelli concentrici su almeno tre quote significative, il rilievo è stato articolato suddividendo l’edificio in settori architettonici omogenei corrispondenti ad altrettanti macro-progetti di scansione; utilizzando contemporaneamente due scanner laser Faro CAM2 e lo strumento topografico con una squadra di 12 rilevatori, suddivisi in gruppi omogenei in base alle attività di acquisizione; seguendo in ciascun macro-progetto di acquisizione una sequenza ordinata di scansione avendo cura di chiudere ad anello la prima con l’ultima scansione oppure determinando nella prima e nell’ultima scansione almeno tre target omologhi. Ciò al fine di ottimizzare le operazioni di compensazione delle scansioni, integrando i dati dei sensori incorporati nello strumento con quelli delle coordinate assolute dei target.

La pianificazione delle scansioni secondo un percorso sequenziale è motivata dalle caratteristiche tecnologiche del sensore e dalla relativa operabilità nel software di orientamento delle scansioni. A partire dalla prima scansione, in un qualsiasi progetto, il sensore memorizza i dati relativi alla bussola, all’inclinometro e al ricevitore GPS (per le acquisizioni all’aperto) incorporati che vengono utilizzati sinergicamente con le coordinate relative dei target omologhi, riconosciuti in modo semi-automatico nelle varie scansioni.

Seguendo le modalità di acquisizione già sperimentate e verificate, la squadra operante con il sensore Faro 3D X330 si è occupata prevalentemente delle scansioni di tutte le aree en-plein-aire, sfruttando la potenza di propagazione del raggio laser fino almeno a 200 metri con buone margini qualitativi; l’altra squadra operante con il sensore Faro 3D X130 si è occupata invece dei settori sotterranei e di quelli dell’ima cavea comunicanti con i primi. Le aree scoperte dell’ima cavea sono state individuate come le zone di sovrapposizione tra i vari progetti diari eseguiti con i due diversi scanner Faro. Non potendo inserire nello scenario dell’Anfiteatro target fissi, sono stati utilizzati in grande quantità target sferici, posizionati su apposite basi cilindriche o prismatiche per meglio adagiarsi alle superfici orizzontali.

Nella complessità delle attività di scansione laser, l’uso di target 2D e 3D differisce in modo sostanziale: mentre i target 2D devono essere vincolati allo scenario di scansione durate tutto il periodo di acquisizione, soprattutto se gli stessi devono essere determinati rispetto ad una rete topografica, i target sferici possono essere di volta in volta spostati quando escono dal raggio ottimale di scansione e possono essere così ricollocati in scenari successivi di ripresa.

Valutate le dimensioni complessive dell’Anfiteatro, le caratteristiche tecnologiche dei due sensori Faro e le diverse accuratezze raggiungibili con i sensori, sono stati sperimentati target sferici di 3 dimensioni diverse (rispettivamente cm 14, 25 e 50 di diametro) al fine di ottimizzare il riconoscimento semiautomatico dei target anche a grandi distanze dal sensore. Le 30 sfere di vario diametro sono state collocate in 300 posizioni per orientare reciprocamente 275 scansioni. Al fine di risolvere l’impossibilità di misurare le coordinate dei centri dei target sferici, è stata materializzata una rete topografica georiferita alla quale sono stati vincolati un congruo numero di target 2D collocati nei settori sotterranei, in corrispondenza delle sostruzioni borboniche. L’orientamento delle nuvole di punti è quindi calcolato sulla base sia della posizione del sensore al momento della ripresa 3D sia della posizione dei target omologhi. Questa caratteristica di elaborazione integra, pertanto, l’approccio topografico tradizionale a quello più recente dello scanning laser 3D, aggiungendo un livello di controllo dell’errore molto importante.

Per completare la morfologia nadirale dell’Anfiteatro è stato, infine, pianificato la ripresa fotogrammetrica da piattaforma UAV, i cui dati sono vincolati al modello nuvola di punti complessivo attraverso la lettura di target piani disposti su superfici orizzontali, relazionati alla rete topografica generale. L’intervento del sensore aerofotogrammetrico UAV ha risolto i coni d’ombra delle scansioni nei settori di copertura dell’anello apicale. Dal modello nuvola di punti complessivo è stato successivamente elaborato un modello mesh teso al miglior compromesso tra la modellazione ‘razionale’ degli elementi architettonici e quella meshing delle zone a verde e in terra battuta interne ed esterne, dal quale successivamente sono stati estratti i disegni bidimensionali e tridimensionali propri del Disegno di Architettura.

Il modello tridimensionale prodotto a valle dell’attività di rilievo di un qualsiasi manufatto di interesse storico-artistico è allo stesso tempo di supporto alla visualizzazione 3D del bene, ed alla valutazione metrica dello stesso attraverso il data-base geometrico ad esso sotteso. Le attuali tecnologie della geomatica, pertanto, oltre a mettere a disposizione strumenti di rilievo interessanti orientano le fasi di fruizione, catalogazione e valorizzazione di questo inestimabile patrimonio di informazioni.

Le elaborazioni derivabili dal modello discreto tridimensionale aprono a considerazioni plurali che vanno ben oltre la forma planimetrica dell’Anfiteatro: è importante capire, conoscere e indagare la geometria complessa della cavea, la direzione delle scale di attraversamento e di raggiungimento delle diverse parti dello spazio teatrale, l’andamento del corridoio anulare sottostante la cavea stessa; ed ancora lo studio della pendenza della cavea in relazione alla visibilità all’interno delle diverse parti del teatro, oppure lo studio dell’andamento delle gradinate in funzione ai problemi di taglio delle pietre e degli altri materiali impiegati per la costruzione.

Il primo passo è stata la verifica della possibile forma planimetrica per poi estendere le considerazioni alla geometria spaziale della cavea.

L’approccio impiegato allora ha dapprima verificato la possibile forma planimetrica per poi estendere le considerazioni alla geometria spaziale della cavea. La prima verifica effettuata è stata l’applicazione del teorema di Pascal al perimetro interno del muro superiore e di quello di separazione tra cavea e arena. Ricordiamo che il teorema di Pascal verifica le curve ottenute dalla sezione piane di coni attraverso la relazione tra sei punti della stessa curva attraverso dell’allineamento di tre punti interni o esterni alla stessa curva. Il teorema di Pascal è un risultato fondamentale che si colloca nell’ambito della teoria delle coniche. Blaise Pascal(1623-1662) lo pubblicò con il nome di teorema dell’esagramma mistico in un “Saggio sulle coniche” che scrisse all’età di sedici anni. Il teorema si può oggi enunciare così: “Se un esagono piano ABCDEF è inscritto in una conica, allora le tre coppie di lati opposti AB-DE,BC-EF,CD-FA si incontrano in tre punti allineati”. Il teorema è verificato anche per lati del triangolo tra loro intrecciati. La verifica e l’applicazione del teorema è stata eseguita su sezioni piane orizzontali delle mesh generate dalle nuvole di punti. Pertanto la verifica è stata effettuata su punti effettivamente rilevati e quindi con una notevole precisione, dovuti all’alta precisione richiesta in fase di scansione. La prova, effettuata su due coppie di sei punti per le due sezioni effettuate -quota muro perimetrale, lato interno e a quota del muro di separazione tra arena e cavea- ha verificato con un minimo margine di errore l’andamento ellittico dell’Anfiteatro.

La suddetta prova è in corso di verifica con l’individuazione degli assi maggiore e minore dell’ellisse e lo scarto dimensionale tra curva teorica e curva effettiva. La corretta individuazione degli assi è possibile attraverso coppie di diametri coniugati individuati sempre attraverso il teorema di Pascal stesso.

Ma l’attenzione alla geometria dell’Anfiteatro di Pompei, come già detto, non deve limitarsi allo studio del suo andamento planimetrico, ma alla configurazione spaziale delle superfici che descrivono gli spazi. Difatti le verifiche planimetriche dovranno prevalentemente individuare la curva che descrive con minor errore il reale andamento e di come questa stessa curva si trasforma in modello spaziale attraverso la costituzione di superfici di differente complessità. Basta, nel caso in esame, pensare all’influenza che tale informazione determina sull’andamento delle gradinate e sul loro andamento radiale e sulla loro disposizione rispetto all’andamento del perimetro dell’Anfiteatro. Differenti, infatti, sono le modalità di tracciamento di una perpendicolare ad una parete ellittica, rispetto ad una ad andamento ovale. Nel primo caso la curvatura varia in ogni punto, nel secondo è costante per i singoli archi di circonferenza che determinano la forma definitiva.

Tale andamento a sua volta coinvolge anche variazioni della superficie individuata dalle gradinate della cavea, poiché la verifica sul modello digitale deve verificare la direzione rispetto alla quale la pendenza della cavea è costante. Le direzioni della pendenza costituiranno le generatrici della superficie teorica interna che definirà con buona probabilità un conoide, dalle cui sezioni definire le giaciture di collegamento alle varie parti del teatro nonché le modalità con cui i vari elementi lapidei sono stati disegnati, tagliati e realizzati. L’operazione di definizione della superficie della cavea rappresenterà l’innovazione dell’analisi della elaborazione della mesh da nuvola di punti garantendo un risultato ben più approfondito di quello ottenibile attraverso le sole sezioni piane siano esse solo a giacitura orizzontale o anche verticale.

Le suddette considerazioni vogliono costituire un primo approccio all’analisi delle geometrie complesse direttamente sul modello 3d può costituire nel caso di particolari edifici l’opportunità per elaborare nel miglior modo il modello discreto nuvola di punti da cui generare il modello continuo. Una modalità che può ottimizzare l’impiego di sistemi laser scanner per il rilievo di edifici e l’utilizzo critico di software di elaborazione e modellazione, anche finalizzati alla costruzione di modelli strutturali, ipotesi di recupero e modificazione. Tali esiti, oggetto del prosieguo della ricerca Campus, saranno resi noti in futuro.

Pompeii, Amphitheatre.

02. Pompeii, Amphitheatre. A instant view of the cavea during the capturing laser data. In the scenario there are many white spherical targets.

Pompeii, Amphitheater. Nadir projection of the Point cloud model textured with true color pictures.

Pompeii, Amphitheater. Point cloud model, axonometric view from south-eastern.