Progetto sph3ra

PROPONENTI:
Maurizio Cembalo, Emanuela De Feo, Cristiano B. De Vita, Valeria Ferrara, Carlo Gerundo
PON04a3_00199

Smart
Health
Smart
Government
Smart
Environment
Smart
Culture
Smart
Education
Smart
Mobility
Smart
Living
Smart
People

Il progetto si svolgerà secondo un doppio percorso, metodologico ed
applicativo , con continue connessioni e verifiche interdisciplinari , sia nella
definizione dei contenuti che degli strumenti; esso dovrà affrontare in
un’ottica di interoperabilità aspetti culturali e semantici ed aspetti
procedurali in relazione ad un livello di fruizione diffusa , e si articolerà in
obiettivi realizzativi, in seguito indicati con la sigla OR, specificati nelle
seguenti tabelle.

Obiettivi Realizzativi Denominazione
OR0 Gestione del progetto
OR1 Studi preliminari del contesto applicativo
OR2 Progettazione applicazione
OR3 Rilievi area archeologica:
OR4 Elaborazione dati rilevati
OR5 Creazione modelli 3D
OR6 Renderizzazione modelli
OR7 Creazione archivio multimediale
OR8 Sviluppo applicazione
OR9 Testing
OR10 Pubblicazione applicazione

Il seguente diagramma di Gantt specifica lo stato di avanzamento dei lavori suddiviso per Obiettivi
Realizzativi (OR) secondo quanto previsto nella fase di stesura del progetto.
Diagramma di Gantt previsto

Diagramma di Gantt attuale (SAL8)
A seguito delle esigenze pratiche emerse durante le attività di progetto il diagramma di Gantt è
stato rimodulato come segue:

http://whc.unesco.org/en/list/842/)

Spazio Urbano:
120 ha
Area visitabile:
25 ha

OR0 Gestione del progetto
OR1 Studi preliminari del contesto
applicativo
OR2 Progettazione Applicazione
OR3 Rilievi area archeologica
OR4 Elaborazione dati rilevati
OR5 Creazione modelli 3D
OR6 Renderizzazione Modelli

PERIODO: settembre 2012
ATTIVITÀ PRINCIPALI:
G. B. Piranesi, Veduta
del tempio di Nettuno,
1778.
F. Krauss, Sezione
dell’Athenaion, 1959

VIII VII VI V IV III II I
I
d.C.
Paestum sede
Vescovile
Deduzione di epoca
Flavia (71 d.C.)
Anno Zero
Deduzione di
Paestum (273 a.C.)
Conquista
Lucana
Fondazione di Sibari
(710 a.C.)
II
d.C.
III
d.C.
IV
d.C.
V
d.C.
Fondazione
di Poseidonia
(600 a.C.)

Santuario
Meridionale
Agorà
Santuario
Settentrionale
Area Sacra
Area pubblica
Assi viari originari
Assi viari obliterati da
successivi interventi edilizi

Lastra tombale
dipinta (Tomba 48)
da Andriuolo
Elmo e armatura
lucana
Cratere del
Rapimento di
Europa

Santuario
Settentrionale
Area Sacra
Aree pubbliche
Occupate da abitazioni
Assi viari originari
Santuario
Meridionale
Foro
Area del Foro
Area sacra invasa da
edifici pubblici

- Tre fasi costruttive;
- Tempio dorico, peristasi di 9x18 colonne;
- Cella composta da pronaos, naos e adyton;
- Colonnato centrale che divide la cella in due navate;
- Decorazioni in terracotta dipinte (sime laterali e rampanti).

- Dedicato ipoteticamente a Zeus o ad Apollo;
- Cella composta da pronaos, naos e opistodomos;
- Doppio ordine di colonne all’interno della cella;
- Doppio vano per scale posto tra pronaos e naos.

- Cella composta da pronaos e naos ;
- Colonne di ordine ionico all’interno del pronaos;
- Doppio vano per scale posto tra pronaos e naos;
- Sima laterale con gocciolatoi a testa di leone;
- In epoca medievale il tempio è utilizzato come chiesa e sede vescovile.

DURATA: settembre 2013 - ottobre 2013
Le attività dell'OR2 si sono concretizzate nella progettazione dell’applicazione
iSphera attraverso l'identificazione delle funzionalità offerte dall'applicazione
mobile.
In più sono state analizzate le scelte tecnologiche migliori per garantire la
maggiore interoperabilità e compatibilità, vista l’eterogeneità delle piattaforme
mobile attualmente in commercio.
OR2: Progettazione Applicazione

• Che cosa si vuole realizzare?
– Un app per SmartPhone (Android / iOs)
• Cosa deve fare?
– Fornire agli utenti un set di informazioni eterogenee
• Come lo deve fare?
– Attraverso la Realtà Aumentata

• Un app per SmartPhone e Tablet
• I dispositivi mobili oggi sono:
 largamente diffusi;
 di facile utilizzo;
 equipaggiati con una buona potenza computazionale.
• L’app sarà distribuita attraverso gli store:
 Apple Store;
 Play Store .

• Realizzare una congiunzione tra mondo archeologico e
mondo tecnologico;
• Permettere l’accesso ad un set di informazioni
eterogeneo in una modalità totalmente innovativa;
• Permettere di vivere il sito archeologico decidendo
attivamente di quali informazioni fruire.

• La realtà virtuale rende possibile la creazione di un
nuovo filone di narrativa digitale*;
• La Realtà Aumentata verrà utilizzata per presentare una
ricostruzione virtuale dell’ambiente circostante.
*Milgram, P., Kishino, F., 1994, “A Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays”,
IEICE Trans. Information Systems, vol. E77-D, no. 12, 1994, pp. 1321-1329

• Permette di combinare oggetti reali e virtuali in un ambiente
reale;
• Funziona interattivamente, in 3 dimensioni e in tempo reale.
• L’ambiente reale viene così
arricchito da oggetti virtuali di
diverso tipo (3D, Testo, Immagini,
Filmati,…);

• Il visitatore
– inquadrerà con il suo dispositivo la scena e a questa
verrà sovrapposta una dimensione aggiuntiva fatta di:
• informazioni contestualizzate;
• ricostruzione degli elementi;
– diventerà parte integrante della scena stessa che
mostrerà nuove ed interessanti informazioni:
• non replicabili nel mondo reale per limiti nel budget o per
impossibilità strutturale (ad es. ricostruzione Templi);
– non sarà un fruitore passivo della scena ma il regista
della creazione della propria conoscenza.

• Diverse sono le modalità di localizzazione dei monumenti e
dei percorsi fruibili dal visitatore:
– Utilizzo di QrCode
• la soluzione prevede di aggiungere al sito archeologico alcuni elementi di
riconoscimento univoci - Non Praticabile
– Utilizzo del posizionamento Wireless
• La soluzione prevede di aggiungere degli access point Wi-Fi all’interno dell’area
archeologica – Non Praticabile
– Utilizzo della tecnologia GPS
• Utilizzo della geolocalizzazione satellittare. Non invasivo sull’area archeologica -
Praticabile

• L’App sarà composta da due blocchi significativi:
– front-end: contenente il core engine e, tra i vari moduli, il modulo
di visualizzazione in realtà aumentata;
– back-end: offrirà una vista aggregata di tutte le informazioni
presenti nel sistema gestito attraverso un CMS.

• L’insieme delle informazioni e degli elementi multimediali
saranno memorizzati in un apposito database ospitato
da un server;
• Attraverso una piattaforma per la gestione e il rilascio
degli aggiornamenti multimediali (CMS) un operatore
abilitato potrà modificare i testi e le immagini che
saranno poi fruiti dall’applicazione mobile.

• Elemento cardine dell’applicazione mobile è il Core Engine:
– dovrà avere un giusto compromesso tra performance e portabilità;
– rappresenta il punto di congiunzione tra i vari moduli operativi che
supporteranno le funzionalità avanzate:
• geolocalizzazione;
• realtà virtuale;
• gestione della fotocamera;
• gestione dell’accelerometro.

Modulo “Presentazione” Modulo “Integrazione CMS”
Core
Engine
Modulo “Gestione Hardware”. Si
occuperà della gestione dell’hardware
onboard come l’accelerometro e il
sistema di georeferenziazione
Modulo “Realtà Virtuale
Aumentata”. Sarà utilizzando
l’SDK WikiTude
(http://www.wikitude.com/products/wikitude-sdk/)

• Jquery Mobile
– framework ottimizzato per le applicazioni HTML5/JS su dispositivi
touch;
• SQLite
– Database leggero e performante adatto ai dispositivi mobili;
• Framework PhoneGap
– permette il deployment su piattaforme differenti, fornendo l’accesso
alle funzionalità e all’hardware del dispositivo;
• SDK Wikitude
– una collezione di metodi e funzioni utili per implementare meccanismi
di realtà aumentata su dispositivi mobili.

• Essendo l’area archeologica molto vasta, risulta essere
critica una buona copertura Wireless o 3G all’interno del
sito stesso;
• Occorre minimizzare il gap possibile tra il sistema
produttore delle informazioni e l’applicazione stessa;
• L’app avrà già memorizzate le informazioni onerose in
termini di spazio come i modelli tridimensionali utilizzati
per la ricostruzione.

Punti di forza
- Accesso alle informazioni
- Massimizzazione dell'esperienza
utente
- Integrazione di differenti flussi
multimediali
Punti di debolezza
- Accesso non possibile in assenza del
device o scarsa alfabetizzazione
informatica
Opportunità
- Integrazione con amministrazione del
sito per aumento delle entrate
economiche (biglietto virtuale)
Minacce
- Aumento della numero medio
giornaliero dei visitatori non supportato
da un'adeguata gestione degli stessi (in
termini di servizi di base)

• L’app sarà modulare ed estensibile;
• L’app non genera dati direttamente ma consuma i dati
provenienti da sorgenti eterogenee normalizzate poiché
fruite attraverso servizi ad-hoc;
• In sostanza il server produttore e detentore delle
informazioni esporrà esse attraverso opportuni servizi;

DURATA: ottobre 2012 - dicembre 2012
Le attività dell’OR3 si sono concretizzate in sistematici rilievi con innovativi
sistemi di presa laser scanner e fotogrammetrici terrestri nell’Area Archeologica
di Paestum, con particolare attenzione ai tre templi greci, l’anfiteatro, il foro e ad
alcuni importanti reperti archeologici contenuti all’interno del Museo Nazionale.

Le attività di rilievo sono state sviluppate con il MIBAC - Museo Nazionale di
Paestum, il coordinamento scientifico del Laboratorio Modelli del Dipartimento di
Ingegneria Civile dell’Università degli Studi di Salerno (prof. Salvatore Barba) e
della 3DOM - Fondazione Bruno Kessler di Trento (dott. Fabio Remondino), con la
collaborazione del Laboratorio de Fotogrametría dell’Universidad de Valladolid -
Spagna (prof. Juan José Fernández Martínez) e il supporto logistico della 3D-
TARGET e della GEORES-AIVIEW.

Durante le operazioni di rilevamento è stata prevista l’applicazione di differenti
tecnologie di misurazione, con lo scopo di sviluppare successivamente una
procedura di integrazione e gestione del flusso di dati per rispondere alle differenti
necessità di dettaglio e finalità di utilizzo del progetto. Allo scopo sono stati
utilizzati:
• laser scanner l’ILIRIS-36D della Optech;
• ScanStation C10 della Leica;
• laser a differenza di fase (gli IMAGER 5006 e 5010 della Z+F, e il FARO FOCUS
3D);
• laser scanner a triangolazione (VIVID 910 della Konica Minolta);
• laser scanner a luce strutturata l’Artec MH;
• testa rotante della Gigapan Systems;
• camere reflex Nikon;
• Microdone MD4-1000.
STRUMENTAZIONE UTILIZZATA

RILIEVO LASER SCANNER
1 2 3
Per poter eseguire un inquadramento generale del territorio, da terra, ci si avvalsi di un laser scanner a tempo di volo - TOF,
nello specifico è stato utilizzato l’ILIRIS-36D della Optech (immagine 1) .
I sistemi di misurazione utilizzati per il rilievo dei templi sono statti principalmente laser scanner a differenza di fase (immagini
2 e 3: FARO focus 3D e IMAGER 5006h della Zoller+Fröhlich;). La tecnologia di misurazione cosiddetta a differenza di fase,
sebbene sia caratterizzata da una profondità di campo minore rispetto alla tecnologia TOF (per la problematica del range
ambiguo, assicura una portata fino a 79 m) mostra una maggior accuratezza e risoluzione. Lo strumento è costituito da uno
specchio rotante che garantisce sulla verticale un campo di vista di 310° – escludendo il cono d’ombra dovuto alla presenza
del treppiedi – e un campo completo di 360°sul piano orizzontale.

RILIEVO AEREO
Microdones md4-1000 nell’area archeologica di Paestum Rilievo UAV
La complessa pianta del tempio di Nettuno, composto da 6 colonne sulla fronte e 14 colonne sui lati, con
all’interno due file di colonne a doppio ordine, ha reso necessario l’esecuzione non solo di 48 scansioni laser
scanner, di cui ben 26 interne, ma anche di un rilievo aereo sperimentale utilizzando un quadricottero
Microdone md4-1000: uno strumento classificabile come AUMAV - Autonomous Unmanned Aerial Vehicle, con
quattro rotori per un decollo verticale.

Immagini nadirali del sito con percorso di
volo e relativa restituzione a nuvola di punti
Interamente in fibra di carbonio, sopporta un
carico massimo per i dispositivi di ripresa pari a
1,2 kg, con un’autonomia di volo variabile a
seconda del carico e delle condizioni di vento: in
condizioni ottimali può raggiungere i 60 minuti e
volare in sicurezza fino ad oltre 300 m di quota (il
volo è reso particolarmente stabile e sicuro grazie
a sistemi di posizionamento e bilanciamento).
Per i rilievi aerei è stato indispensabile un
preventivo progetto di volo in cui definire i
percorsi, le quote (70-130 m, a seconda che si
trattasse di prese aeree di dettaglio o per un
inquadramento generale), il numero di prese
fotografiche e i tempi. Le acquisizione sono state
eseguite anche con droni della ZENIT.
RILIEVO AEREO

Oggetto Tecnica Strumentazione Dati acquisiti
Tempio di
Nettuno
TLS Leica C10
48 scansioni
23 interne, 25 esterne
500 milioni di punti
Basilica TLS Z+F 5600h
28 scansioni
65 milioni di punti
Tempio di
Cerere
TLS Z+F 5600h
25 scansioni
40 milioni di punti
Fotogramm
etria
Nikon D300
214 immagini
99 milioni di punti
I principali dati acquisiti con laser scanner e fotogrammetria sono i seguenti:
I principali dati acquisiti con Microdone MD4-1000 sono i seguenti:
Area Media GSD Numero di immagini
Intera area individuata ca 5 cm 60 prese nadirali - 4 strisciate
Basilica ca 3 cm 15 prese nadirali - 3 strisciate
Basilica ca 3 cm 25 immagini verticali - 1 poligonale
Tempio di Nettuno ca 3 cm 14 prese nadirali - 3 strisciate

I rilievi nell’area archeologica di Paestum hanno interessato 22 giorni lavorativi e sono stati
svolti da tutti i proponenti sotto la direzione dell’Ing. De Feo. Di seguito viene riportato il
cronoprogramma dei lavori di rilievo specificando l’oggetto dell’indagine e la strumentazione
utilizzata.
1° GIORNO DI RILIEVO
Sopralluogo in sito e definizione generale delle attività
Oggetto del rilievo Principale strumentazione utilizzata
Area del parco Archeologico ILIRIS-36D della Optech
Oggetto del rilievo Principale strumentazione utilizzata
Area del parco Archeologico ILIRIS-36D della Optech
Oggetto del rilievo Strumentazione utilizzata
Basilica IMAGER 5006h
Basilica IMAGER 5006h
Platea nord-sud IMAGER 5010 e TOPOGRAFICO

Anfiteatro ScanStation C10
Basilica e Tempio di Nettuno GPS
Foro FARO FOCUS 3D
Basilica Microdone ZENIT
Tempio di Nettuno l’IMAGER 5010
Tempio di Nettuno l’IMAGER 5010.

Tempio di Nettuno Microdone ZENIT
Area archeologica GigaPan
Area Archeologica Done md4-1000
Tempio di Cerere l’IMAGER 5006h
Tempio di Cerere l’IMAGER 5006h

Tempio di Cerere NIKON (Fotogrammetria)
Tomba dello sciamano Vivid 910 e Artec MH
Sfinge Vivid 910 e Artec MH
Metopa Vivid 910 e Artec MH
Decorazioni architettoniche
templi
Vivid 910 e Artec MH

DURATA: dicembre 2012 - marzo 2013
Le attività dell’OR4 sono state suddivise in una prima fase, dedicata all’alfabetizzazione e formazione dei
proponenti sui software di post-processamento dei dati (cosiddetti di reverse engineering), e una
successiva elaborazione di buona parte dei dati acquisiti nel OR3.

RILIEVO LASER SCANNER
L’elaborazione dei dati segue procedure differenti a seconda della tecnologia di rilevo
utilizzata.
RILIEVO AEREO
- creazione di un ordinato sistema di catalogazione
(cartelle) con tutti i metadati rilevati;
- conversione, con il programma a corredo della
strumentazione, dei dati nativi dello scanner in formati
leggibili con software specifici;
- visualizzazione delle singole scansioni e pulizia
primaria delle stesse;
- registrazione e fusione delle differenti scansioni in un
sistema di riferimento unico;
- pulizia secondaria: in maniera automatica;
- sfoltimento e omogeneizzazione nella distribuzione dei
punti.
- Allineamento delle foto:ill software processa le
immagini in input, ricercando i punti omologhi nelle
prese acquisite e fissando le relative corrispondenze
(matching). In questo modo viene calcolato
l’orientamento interno ed esterno delle prese
fotografiche in modo da conoscere la posizione relativa
della camera fotografica associata a ciascun
fotogramma processato, restituendo una prima nuvola
di punti densa dell’area di rilievo;
- Creazione della mesh: La generazione della mesh
poligonale 3D che interpola tra loro tutti i punti
omologhi individuati in fase di allineamento fra i diversi
scatti, rappresentando la superficie dell’oggetto.

Scansione 1 Scansione 2
Scansione 3 Scansione 4
Registrazione e fusione delle differenti scansioni del rilievo laser scanner in un sistema di riferimento unico
ELABORAZIONE DEI DATI DEL RILIEVO LASER SCANNER

Il software utilizzato per l'elaborazione dei dati del rilievo aereo è Agisoft PhotoScan. In questo caso il processo
operativo è completamente differente: il dato di partenza non è, come in precedenza, quello che viene fuori da un
rilievo laser scanner bensi immagini fotografiche. Per questo motivo la tecnica utilizzata è la fotogrammetria.
ELABORAZIONE DEI DATI DEL RILIEVO AEREO

Nuvola di punti finale del tempio di Nettuno
ELABORAZIONE DEI DATI DEL RILIEVO AEREO
In questa fase il software processa le immagini in
input, ricercando i punti omologhi nelle prese
acquisite e fissando le relative corrispondenze
(matching). In questo modo viene calcolato
l’orientamento interno ed esterno delle prese
fotografiche in modo da conoscere la posizione
relativa della camera fotografica associata a
ciascun fotogramma processato, restituendo una
prima nuvola di punti densa dell’area di rilievo.

Nuvole di punti del Tempio di Nettuno, della Basilica e del Tempio di Cerere dopo la fase di allineamento e pulizia secondaria

DURATA: aprile 2013 - agosto 2013
Nell’OR5 si è proceduti alla creazione dei modelli mesh a partire dalle nuvole di
punti ottenute dal rilievo laser scanner dopo aver subito tutte le operazioni di
post-processamento durante l'OR4.
GENERAZIONE DELLA MESH: La creazione del modello triangolato, consiste
nella conversione della nuvola di punti in una superficie costituita da triangoli
che produce una rappresentazione visivamente più intuitiva del modello.
da PUNTI... ...a MESH

METOPA
TRIGLIFO
TIMPANO
FREGIO
ARCHITRAVE
CAPITELLO
COLONNA
BASAMENTO
TEMPIO DI NETTUNO: modello 3D.
È stata utilizzata la tecnica della segmentazione che consiste nella suddivisione della nuvola di punti che descrive
l’oggetto rilevato in parti più piccole che meglio si prestano ad essere maneggiate e che, possedendo
caratteristiche omogenee, possono essere trattate ognuna con le specifiche caratteristiche.

L'OR6 ha visto la renderizzazione dei modelli tridimensionali da includere
nell’app iSphera, attività che ha sfruttato i dati derivanti dalla creazione dei
modelli 3D dei templi pestani (OR5). I modelli, ricostruiti sulla base delle nuvole
di punti rilevate tramite laser scanner, sono stati consegnati alla 3DArt S.r.l., che
ha provveduto al controllo e alla texturizzazione della riproduzione digitale dei
monumenti.
DURATA: ottobre 2013 - gennaio 2014

FASE DI CONTROLLO DATI:
La prima parte della renderizzazione dei modelli è consistita nella
sovrapposizione tra le nuvole di punti e le semplificazioni virtuali dei rilievi
provenienti da bibliografia
Confronto tra il
modello
tridimensionale
derivante dalla nuvola
di punti e il rilievo
effettuato da Krauss
(1959) sul Tempio cd.
di Cerere. Si può
notare come la
ricostruzione
bibliografica del geison
diverga dalle
misurazioni reali
effettuate tramite laser
scanner.

FASE DI CONTROLLO DATI:
Confronto tra il modello tridimensionale derivante dalla nuvola di punti (in blu) e il rilievo effettuato da
Mertens (1984) sul Tempio cd. di Nettuno

FASE DI DEFINIZIONE DI DETTAGLIO FORMALE: individuazione delle unità
minime di rilievo delle quali ogni monumento è composto. Si è scelto di
suddividere le partiture architettoniche in base alla visibilità e alla posizione
rispetto al visitatore.
Segmentazione e definizione delle unità minime di rilievo. Fronte Est della cd. "Basilica" di Hera

FASE DI RENDERIZZAZIONE E TEXTURIZZAZIONE: ricostruzione dei
monumenti in modelli tridimensionali fruibili tramite App.
Modello tridimensionale della cd. “Basilica” di Hera, fronte Est

Modello tridimensionale del Tempio cd. di Cerere (Athenaion),
Angolo NordEst
Modello tridimensionale del Tempio cd. di Cerere
(Athenaion), Pronaos della Cella

Conclusa la fase OR6, di renderizzazione dei modelli 3D, che ha
restituito una riproduzione di qualità dei monumenti
archeologici, si passerà all’OR7.
Quest’ultimo vedrà la creazione di un archivio multimediale che
permetterà di consultare i documenti infografici risultanti
dall’attività di progetto, svolto quasi completamente nello stesso
arco temporale dell’obiettivo OR8.
L’OR8, sviluppato in outsourcing, prevederà la realizzazione
dell’applicazione per dispositivi mobile con sistema operativo
Android e iOs.
Infine seguirà la fase di testing OR9, in cui verranno identificati
eventuali problemi e la fase OR10 di pubblicazione
dell’applicazione sui market place e gli store delle piattaforme
Android e iOs.
Febbraio 2014
Giugno 2014
Settembre 2014

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