ISTITUTO TECNICO per GEOMETRI "A.e P. DELAI" Bolzano
Studio e rilievo dello stato conservativo di affreschi interni ed esterni, in alcune chiese dell'Alta Val Venosta in Provincia di Bolzano
Classe 4^ B anno scolastico 2002-03 docente: prof.arch.Vittorio Di Placido
RILIEVO FOTOGRAMMETRICO APPLICATO ALL'ARTE FIGURATIVA
..Tecniche fotogrammetriche per il rilievo nell'arte figurativa..
(a cura del prof.arch.Vittorio Di Placido)Il rilevamento e le tecniche
Per giungere alla definizione di un oggetto occorre avere, di questo oggetto, le informazioni indispensabili alla stesura della sua rappresentazione.
Si ottiene ciò eseguendone il "rilievo", intendendo indicare con questo tutte quelle operazioni necessarie per condurre ad una rappresentazione grafica o numerica di questo determinato oggetto, dando, a quest'ultimo termine, il significato più ampio, si tratti cioè di granello di sabbia, statua, superficie terrestre, ecc.
Queste operazioni di rilievo possono essere condotte direttamente sull'oggetto determinandone le varie dimensioni:ad es. di un edificio occorre determinare le posizioni reciproche delle varie parti che lo compongono misurandone le loro interdistanze, di solito, secondo tre dimensioni ortogonali: della superficie terrestre invece vengono localizzate le particolarità mediante angoli e distanze.Questo metodo prende l'appellativo di "diretto" ed i vari inconvenienti che esso presenta consigliano, o a volte impongono, di effettuare le misure non direttamente sull'oggetto, bensì su un suo "modello".A questo tipo di rilevamento si da l'appellativo di "indiretto". Un'altra classificazione nei confronti dei rilevamenti riguarda il tipo di rappresentazione che si vuole ottenere, avremo così il rilievo grafico, quale quello prima accennato od il rilievo numerico; quest'ultimo però si limita alla sola fase della misurazione dell'oggetto, mentre la rappresentazione finale, per logiche ragioni di immediatezza di lettura, è sempre più o meno grafica.
A seconda che il rilevamento sia attuato per una finalità o un'altra, occorre usare strumenti diversi per giungere a risultati più o meno precisi.Per questo motivo, un'ultima classificazione può essere considerata quella del rilievo speditivo oppure di precisione o di alta precisione, stabilendo però in termini quantitativi il grado che si vuole raggiungere.
La rappresentazione di tutto il lavoro di rilevamento assumerà poi il nome di "rilievo", che spesso però si preferisce designare con il nome di "rappresentazione grafica".Nel caso in cui la rappresentazione si riferisca ad un oggetto sviluppatesi dimensionalmente solo in tre direzioni tra loro ortogonali, esso si raffigura mediante la sua proiezione e la sua sezione secondo direzioni prevalenti non parallele e normali tra loro, ma mediante superfici che variano continuamente il loro orientamento.
La rappresentazione grafica si realizza in questo caso attraverso varie fasi che ne facilitano l'identificazione.Quando si affronta il problema della rappresentazione grafica di un determinato oggetto, la soluzione più ovvia che appare, è di eseguire delle misure direttamente sull'oggetto stesso riportandole poi sulla carta nella scala voluta e secondo il tipo di proiezione adottato (assonometria, piano quotato, curve di livello ecc.).
Questo tipo di rilievo, però, che abbiamo già definito diretto, presenta gli inconvenienti che a volte possono infirmare il risultato del rilievo.Infatti, come abbiamo già visto, la rappresentazione dell'oggetto con il metodo diretto nasce dalla diffusione di misure parziali eseguite in tempi successivi, misure ognuna delle quali è affetta da un proprio errore, che potrà essere ridotto ma mai eliminato; inoltre il fatto che le misure vengano eseguite separatamente, fa si che una visione completa dell'oggetto la si abbia solo a rappresentazione completa.
Infine, l'estensione delle misure nel tempo presuppone l'indeformabilità dell'oggetto da rappresentare: non è nemmeno pensabile poter eseguire un rilievo diretto del moto ondoso del mare.Anche il tempo richiesto per le operazioni di rilievo, nel caso di oggetti molto estesi, può essere un ostacolo. Pensiamo ad esempio alle difficoltà che rappresenterebbe il rilievo, per una squadra di operatori, per completare una carta topografica dell'Antartide.Gli errori accennati, poi, insiti sia nelle misure dell'oggetto che in quelle di riporto sulla carta, discostano la rappresentazione della realtà facendo si che la forma dell'oggetto in determinati casi ne risulti fondamentalmente falsata.
Il secondo metodo di rilevamento invece, quello indiretto, ci permette di costruire in laboratorio un modello dell'oggetto anziché sull'oggetto.Sembra una soluzione a prima vista più artificiosa e complessa, mentre la sua realizzazione pratica è abbastanza semplice ed offre vantaggi tali da suggerirne sempre più frequentemente l'adozione nei campi più disparati: a questo tipo di rilevamento si è dato il nome di "rilievo fotogrammetrico".
..La fotogrammetria..
Le operazioni di rilevamento secondo il metodo fotogrammetrico si sviluppano generalmente secondo tre fasi successive:
1. acquisizione delle fotografie (presa);
2. realizzazione del modello (orientamenti relativo e assoluto);
3. misura del modello (restituzione).
Il principio informatore del rilievo fotogrammetrico è appunto la creazione del "modello" dell'oggetto; esso viene realizzato per punti, ciascuno dei quali non è che l'intersezione in avanti, effettuata da due punti detti "punti di presa", che possono essere disposti sulla superficie terrestre nel caso della fotogrammetria terrestre e nello spazio per la fotogrammetria aerea.Questo metodo ottico, che con particolari accorgimenti viene ottenuto in una scala desiderata, ha quindi la caratteristica di essere del tutto simile all'oggetto; su di esso si possono effettuare tutte le misure di distanza e dislivelli tra i punti visibili e, in definitiva, risulta possibile realizzare il rilievo completo. Le fasi operative pertanto di un rilievo fotogrammetrico sono come già detto:
1. operazione di presa, che viene effettuata con camere fotografiche particolari (camere di presa fotogrammetrica);
2. formazione del modello ottico, realizzatesi mediante due operazioni:orientamento relativo, che consiste nel riportare, sul restitutore, le lastre all'orientamento reciproco che avevano al momento delle prese; orientamento assoluto che si ottiene riportando, alla scala desiderata (di restituzione), la distanza reciproca tra le due lastre, orientando l'insieme delle due lastre rispetto al piano di restituzione;
3. restituzione vera e propria.
Bisogna tener presente inoltre che l'orientamento assoluto è attuabile solo in riferimento a certe informazioni assunte precedentemente tramite una serie di operazioni topografiche sull'oggetto.
Da quanto detto sopra è chiaro che nella presa fotogrammetrica devono realizzarsi due condizioni essenziali. La prima delle quali è che ogni punto dell'oggetto dovrà essere fotografato almeno da due punti di presa diversi e cioè che la sua immagine fotografica dovrà risultare in almeno due fotogrammi, perché solo così sarà possibile realizzare l'intersezione in avanti per la creazione del modello;la seconda condizione è che il centro dell'obiettivo della macchina da presa deve avere una posizione nota rispetto al piano focale per consentire la ricostruzione delle visuali, deve cioè essere noto l'orientamento interno della camera da presa.
Queste fotografie per riprese fotogrammetriche hanno quindi un significato geometrico più che artistico, in quanto da un'immagine puntiforme sul fotogramma risulta definito il raggio ottico che ha determinato questa immagine;
perciò anche se il fotogramma si presenta come una porzione di superficie piana in effetti esso materializza una serie di raggi nello spazio.
Possiamo a questo punto citare l'interpretazione che il prof.Cagnetti ha dato del fotogramma alle "settimane fiorentine di cultura fotogrammetrica":\U+2026\U+2026.il progresso tecnico, volto a risparmiare lavoro, almeno nelle sue intenzioni più altruistiche, non poteva non impietosirsi davanti al lavoro del topografo e volle evitargli l'interminabile lavoro di puntare, leggere, scrivere, calcolare\U+2026..,si giunge così ad un mezzo rapidissimo di compilazione del quaderno di campagna.
In pochi decimi, o centesimi di secondo la fotografia è fatta, il quaderno di campagna è compilato.
Ecco perciò come considereremo la fotografia: come un particolare tipo di quaderno di campagna; studieremo i problemi fotogrammetrici sotto questo duplice aspetto: come ci si deve comportare sia per compilarlo, sia per interpretarlo, per passare cioè, rapidamente, dai dati su di esso segnati alle coordinate plano-altimetriche dei punti di interesse topografico\U+2026.".
Gli apparecchi da presa sono montati su treppiede e, salvo attrezzature per prese speciali, come ad es. quelle per i monumenti, non hanno possibilità di messa a fuoco, lavorano cioè con il fuoco all'infinito, inoltre sono unite ad uno strumento che permette di determinare la posizione del punto di presa e la direzione della presa stessa; per questa ragione essi sono anche chiamati fototeodoliti.
Quelli per prese aeree invece devono scattare fotografie in rapida successione dovendo assicurare, a qualsiasi quota e velocità, la sovrapposizione dell'immagine.
Per questo motivo sono automatici o quasi, poggiano sul pavimento della cabina tramite un supporto che ne fissa l'assetto ad asse ottico verticale (prese nadirali) consentendo anche la loro rotazione sul piano orizzontale per correggere la deriva dell'aereo.
Essi sono sempre collegati da un cinederivometro che, introducendo nella macchina la velocità dell'aereo, assicura il succedersi degli scatti agli intervalli voluti, consentendo inoltre di individuare e correggere l'eventuale deriva.
Tutti e due questi tipi di macchine da presa, terrestri ed aeree, hanno una caratteristica in comune che soddisfa la seconda condizione prima accennata e cioè consente la conoscenza del loro orientamento interno.
Nel campo della fotogrammetria inoltre si possono sfruttare i vantaggi che presentano le varie emulsioni fotografiche e la loro combinazione con filtri in riferimento alla sensibilità cromatica, si può cioè ottenere nel materiale fotografico una specifica sensibilità alla registrazione di una qualsiasi lunghezza d'onda tra le infinite delle radiazioni elettromagnetiche.
E' cioè possibile registrare fotograficamente con maggiore risalto alcuni particolari piuttosto che altri sfruttando le caratteristiche di queste emulsioni (fotografie, ortocromatiche, pancromatiche, bianco e nero all'infrarosso, colore, colore all'infrarosso).
Il materiale fotografico sensibile è costituito da 1 o 3 strati sensibili alla luce a seconda che si tratti di emulsioni bianco e nero o emulsioni a colori ed ha un supporto, l'importanza del quale è notevole nel campo della fotogrammetria, in quanto deve assicurare la indeformabilità del materiale fotografico e quindi la conservazione delle caratteristiche geometriche delle immagini.
La fase principale del rilevamento fotografico è senz'altro quella di restituzione, fase nella quale vengono estratte le immagini fotografiche e trasformate in "particolari cartografici"; essa può essere eseguita in diversi modi e con diversi gradi di precisione.
Generalmente si chiama "restituzione strumentale speditivi" quella eseguita mediante apparecchi del terz'ordine chiamati stereomicrometri: si basa su delle ipotesi che consentono una semplificazione degli strumenti e dei metodi impiegati per la realizzazione cartografica.
In questo caso la restituzione avviene attraverso una "copiatura" della fotografia e si effettua, in genere, per aggiornamenti o rilievi di non grande precisione.
Quella invece che non ha praticamente vincoli limitativi, consentendo di sfruttare fotogrammi realizzati in qualsiasi condizione di presa, e che consente di ricavare rappresentazioni grafiche e dati numerici di precisione,si dice restituzione analogica.
Ciò deriva dal fatto che per la restituzione si ricorre ad una "analogia" con la presa; gli strumenti in questo caso sono di precisione e si definiscono restitutori del primo o secondo ordine a seconda del loro grado di precisione.
Si ricreano a scala ridotta le condizioni di presa di almeno uno stereogramma ricostruendo così meccanicamente ed otticamente un modello vero e proprio del terreno, effettuandone la misura e la contemporanea rappresentazione cartografica.
Per la restituzione analitica occorrono strumenti molto complessi (comparatori), necessari a realizzare la precisione richiesta nella misura (circa 2/1000 di millimetro); essi si basano su un principio molto semplice in quanto, per la restituzione, si misurano le coordinate di ogni immagine fotografica sul piano della emulsione (coordinate lastra) dalle quali poi si passa a quelle topografiche (coordinate terreno) in modo totalmente analitico e cioè con l'ausilio di un elaboratore elettronico. La restituzione automatica è senz'altro la forma più moderna e sofisticata di restituzione che noi conosciamo.
Essa è quasi sempre del tipo analogico ed eseguita mediante impianti elettronici che sostituiscono in massima parte l'azione dell'operatore.
Anche l'urbanistica trova nella fotografia aerea e nella cartografia fotogrammetrica un valido ausilio per lo studio statistico, qualitativo e quantitativo degli agglomerati urbani e dei rapporti con i territori circostanti.
..La fotogrammetria nelle applicazioni terrestri..
In Archeologia
RILIEVO FOTOGRAMMETRICO DI UNA PALEOSUPERFICIE A ISERNIA
Nel 1978, durante gli scavi eseguiti per la costruzione di una superstrada nei pressi di Isernia, vennero alla luce reperti preistorici costituiti da un ricco deposito di ossa appartenenti ad animali la cui origine fu datata risalente a circa settecentomila anni addietro.
L'importanza della scoperta era tale che sia la sovrintendenza locale, sia il gruppo di antropologi dell'Università di Ferrara, che si occuparono del recupero e dello studio di questi reperti, intuirono la necessità del trasporto e successiva ricostruzione in museo della superficie.
I motivi che suggerirono questa soluzione, furono essenzialmente due:
1. la necessità di una conservazione, nel tempo, degli elementi ritrovati, unitamente all'opportunità di rappresentarli nella loro collocazione originaria rispetto al ritrovamento;
2. e la avvertita necessità di procedere ulteriormente egli scavi al fine di verificare la eventuale presenza di altri oggetti negli strati sottostanti.
Assunta questa decisione, il metodo di rilevamento da adottarsi al fine di ottenere un modello della superficie nel rapporto di scala più consono, non poteva essere che quello fotogrammetrico.
Da un primo sopralluogo, si evidenziò immediatamente la difficoltà del rilevamento dei punti d'appoggio necessari all'orientamento assoluto dei modelli ottici, per questo motivo venne realizzato un reticolo, sovrastante alla superficie, che potesse essere evidenziato sui fotogrammi; eseguita la calibrazione, mediante misure topografiche di questo reticolo si procedette all'operazione di presa nadirale mediante due strisciate parallele con l'ausilio di un ponteggio in quota costruito lungo l'asse longitudinale della superficie.
..In Architettura..
IL RILIEVO FOTOGRAMMETRICO DELLA FORTEZZA ASBURGICA (FORTE ALTO) DEL 1833 NEL COMUNE DI FORTEZZA (BOLZANO)
Altro campo di utilizzo del rilievo fotogrammetrico è, come noto, quello relativo al rilievo delle dimensioni degli edifici, con la possibilità di trarre, con buone approssimazioni, utili suggerimenti in merito alla natura dei dissesti tramite l'esame delle distorsioni e deformazioni.
Il seguente esempio riguarda l'applicazione del rilevamento fotogrammetrico ai prospetti del forte alto di Fortezza.
Risultato finale del Prospetto
Risultato finale del Prospetto