Il restauro della chiesa di San Francesco a San Giovanni in Persiceto: tecniche di rilevo ad alta definizione e sperimentazione di linguaggi diacritici per la reintegrazione delle superfici architettoniche

il lavoro si suddivide in una fase preliminare conoscitiva costituita da una ricerca storico-documentale sui principali eventi che hanno interessato San Giovanni in Persiceto e il complesso conventuale. per comprendere a pieno l'oggetto di studio sono stati studiati a fondo la vita e le opere dell'autore e le tendenze architettoniche del periodo storico in cui esercita. è stato eseguito un rilievo dettagliato impiegando tecniche ad alta definizione, come fotogrammetria e scansioni laser. per realizzare un progetto di restauro consapevole e rispettoso del monumento sono state condotte approfondite analisi tematiche e di degrado, in modo da acquisire una conoscenza diretta dell'edificio. per reintegrare l'unità d'immagine andata perduta, visto l'uso improprio che è stato fatto del bene, indispensabile per la comprensione dell'opera, è stata svolta un'attenta analisi della consistenza materica e una analogica con le opere dell'autore simili. gli interventi cercheranno di facilitare la lettura delle tracce presenti sul manufatto, e in maniera tutt'altro che invasiva verrà proposta la videoproiezione di quella che poteva essere l'immagine e la suggestione concepita dall'architetto. sono stati studiati restauri di casi analoghi e gli interventi della scuola di restauro nata a seguito delle devastazioni prodotte dalla guerra. per gli elementi ben conservati si attuerà un restauro conservativo. si restaura la pavimentazione, attraverso due diverse ipotesi che risolvono le possibili casistiche generate dalla rimozione delle superfetazioni. per valorizzare gli elementi architettonici si è proposto uno schema di sorgenti luminose diversificato in illuminazione generale d'ambiente ed un sistema di luci funzionale agli usi specifici.

The LiDAR Compass: Extremely Lightweight Heading Estimation with Axis Maps

This paper introduces the LiDAR compass, a bounded and extremely lightweight heading estimation technique that combines a two-dimensional laser scanner and axis maps, which represent the orientations of flat surfaces in the environment. Although suitable for a variety of indoor and outdoor environments, the LiDAR compass is especially useful for embedded and real-time applications requiring low computational overhead. For example, when combined with a sensor that can measure translation (e.g., wheel encoders) the LiDAR compass can be used to yield accurate, lightweight, and very easily implementable localization that requires no prior mapping phase. The utility of using the LiDAR compass as part of a localization algorithm was tested on a widely-available open-source data set, an indoor environment, and a larger-scale outdoor environment. In all cases, it was shown that the growth in heading error was bounded, which significantly reduced the position error to less than 1% of the distance travelled.

Multi-Scale Visualization and Interpretation of Geological Relationships

Visualization and interpretation of geological observations into a cohesive geological model are essential to Earth sciences and related fields. Various emerging technologies offer approaches to multi-scale visualization of heterogeneous data, providing new opportunities that facilitate model development and interpretation processes. These include increased accessibility to 3D scanning technology, global connectivity, and Web-based interactive platforms. The geological sciences and geological engineering disciplines are adopting these technologies as volumes of data and physical samples greatly increase. However, a standardized and universally agreed upon workflow and approach have yet to properly be developed. In this thesis, the 3D scanning workflow is presented as a foundation for a virtual geological database. This database provides augmented levels of tangibility to students and researchers who have little to no access to locations that are remote or inaccessible. A Web-GIS platform was utilized jointly with customized widgets developed throughout the course of this research to aid in visualizing hand-sized/meso-scale geological samples within a geologic and geospatial context. This context is provided as a macro-scale GIS interface, where geophysical and geodetic images and data are visualized. Specifically, an interactive interface is developed that allows for simultaneous visualization to improve the understanding of geological trends and relationships. These developed tools will allow for rapid data access and global sharing, and will facilitate comprehension of geological models using multi-scale heterogeneous observations.

Integración de sistemas para la documentación, gestión y puesta en valor del patrimonio arquitectónico: el parque arqueológico de las tumbas de la Vía Latina en Roma

En la civilización de la antigua Roma, tres de los aspectos más importantes de la vida cotidiana estaban vinculados a la arquitectura: las termas, los acueductos y las tumbas. Esta investigación propone el estudio de la integración de sistemas avanzados para la documentación, gestión y valorización del patrimonio arquitectónico funerario de la Vie Latina y la Appia Antica, en estrecha relación con el tema del Paisaje Cultural. De hecho, el Parque de las Tumbas Latinas alberga uno de los complejos funerarios más importantes, que en la actualidad conserva el aspecto tradicional del antiguo paisaje romano. A lo largo de una vía empedrada, como todas las vías consulares, la Vía Latina (al igual que la Vía Appia Antica), que, como recordaba Tito Livio, conectaba en su día las ciudades de Roma con Capua, sigue manteniendo "congelado" el antiguo trazado urbano/paisajístico. El sistema multiforme del Ager Romanus y del sitio cultural Via Latina/Appia Antica estudiado en esta investigación es, por tanto, comparable a una estructura viva y dinámica y, como tal, debe ser analizada. Por lo tanto, para diseñar una herramienta de protección y gestión tan "potente" y adecuada para un sitio histórico de enorme importancia, fue necesario utilizar las técnicas de levantamiento arquitectónico más avanzadas que se utilizan actualmente (como el escaneo láser y la fotogrametría, junto con un software de análisis específico), acompañadas de un estudio en profundidad de las técnicas de construcción antiguas. El último aspecto clave que pretende abordar la investigación es la catalogación. De hecho, los sitios y monumentos históricos no se pueden mantener sólo mediante su uso y utilización pasiva, sino activando todas las operaciones de protección y conservación mediante intervenciones directas (mantenimiento/restauración) e indirectas, como la catalogación constante de las obras históricas y la consiguiente "catalogación dinámica".

Analisi di stabilità della tomba Lattanzi nell'area archeologica della necropoli di Norchia

La tematica al centro della tesi è la valutazione della stabilità del versante roccioso in cui si colloca la tomba Lattanzi, facente parte della necropoli Norchia (VT), e la proposta preliminare di interventi a basso impatto per la conservazione del sito. Le attività svolte sono riportate di seguito: - inquadramento geografico, storico ed archeologico della necropoli di Norchia e della tomba Lattanzi; - inquadramento geologico e geomorfologico sviluppato consultando la carta geologica d’Italia in scala 1:50.000 e carte tematiche riguardanti la zona di interesse, comprese quelle del progetto IFFI (Inventario dei Fenomeni Franosi in Italia); - inquadramento sismico dell’area, condotto a partire dai dati forniti dall’INGV per il comune di Viterbo; - inquadramento meteo-climatico del comune di Viterbo; - inquadramento topografico attraverso nuvola di punti generata da rilievo laser scanner; - caratterizzazione fisica e meccanica del materiale roccioso tramite prove di laboratorio; - caratterizzazione delle discontinuità tramite rilievi in situ; - classificazione tecnica dell’ammasso; - creazione di un modello geotecnico del sottosuolo; - analisi cinematica effettuata tramite il programma Dips®; - analisi con il metodo dell’equilibrio limite e analisi numerica effettuata tramite il programma Plaxis®; - elaborazione dei risultati ottenuti e proposte di intervento quali: Intervento con ancoraggi passivi e sottofondazione al piede della tomba con una muratura in conci di tufo. Le analisi svolte, seppur semplificate, consentono di definire i possibili fenomeni di instabilità del versante nelle condizioni attuali e, in una ottica di conservazione preventiva, di effettuare scelte di gestione del sito che evitino interventi impattanti.

Hand-held 3D-scanner for large surface registration

L'objectiu d'aquesta tesi és l'estudi de les diferents tècniques per alinear vistes tridimensionals. Aquest estudi ens ha permès detectar els principals problemes de les tècniques existents, aprotant una solució novedosa i contribuint resolent algunes de les mancances detectades especialment en l'alineament de vistes a temps real. Per tal d'adquirir les esmentades vistes, s'ha dissenyat un sensor 3D manual que ens permet fer adquisicions tridimensionals amb total llibertat de moviments. Així mateix, s'han estudiat les tècniques de minimització global per tal de reduir els efectes de la propagació de l'error.

Surgical planning for resection of an ameloblastoma and reconstruction of the mandible using a selective laser sintering 3D biomodel

Ameloblastoma is a benign locally aggressive infiltrative odontogenic lesion. It is characterized by slow growth and painless swelling. The treatment for ameloblastoma varies from curettage to en bloc resection, and the reported recurrence rates after treatment are high; the safety margin of resection is important to avoid recurrence. Advances in technology brought about great benefits in dentistry; a new generation of computed tomography scanners and 3-dimensional images enhance the surgical planning and management of maxillofacial tumors. The development of new prototyping systems provides accurate 3D biomodels on which surgery can be simulated, especially in cases of ameloblastoma, in which the safety margin is important for treatment success. A case of mandibular follicular ameloblastoma is reported where a 3D biomodel was used before and during surgery.

Reconstrução de Superfícies usando um Scanner 3D de Luz Estruturada

Ao longo dos últimos anos, os scanners 3D têm tido uma utilização crescente nas mais variadas áreas. Desde a Medicina à Arqueologia, passando pelos vários tipos de indústria, ´e possível identificar aplicações destes sistemas. Essa crescente utilização deve-se, entre vários factores, ao aumento dos recursos computacionais, à simplicidade e `a diversidade das técnicas existentes, e `as vantagens dos scanners 3D comparativamente com outros sistemas. Estas vantagens são evidentes em áreas como a Medicina Forense, onde a fotografia, tradicionalmente utilizada para documentar objectos e provas, reduz a informação adquirida a duas dimensões. Apesar das vantagens associadas aos scanners 3D, um factor negativo é o preço elevado. No âmbito deste trabalho pretendeu-se desenvolver um scanner 3D de luz estruturada económico e eficaz, e um conjunto de algoritmos para o controlo do scanner, para a reconstrução de superfícies de estruturas analisadas, e para a validação dos resultados obtidos. O scanner 3D implementado ´e constituído por uma câmara e por um projector de vídeo ”off-the-shelf”, e por uma plataforma rotativa desenvolvida neste trabalho. A função da plataforma rotativa consiste em automatizar o scanner de modo a diminuir a interação dos utilizadores. Os algoritmos foram desenvolvidos recorrendo a pacotes de software open-source e a ferramentas gratuitas. O scanner 3D foi utilizado para adquirir informação 3D de um crânio, e o algoritmo para reconstrução de superfícies permitiu obter superfícies virtuais do crânio. Através do algoritmo de validação, as superfícies obtidas foram comparadas com uma superfície do mesmo crânio, obtida por tomografia computorizada (TC). O algoritmo de validação forneceu um mapa de distâncias entre regiões correspondentes nas duas superfícies, que permitiu quantificar a qualidade das superfícies obtidas. Com base no trabalho desenvolvido e nos resultados obtidos, é possível afirmar que foi criada uma base funcional para o varrimento de superfícies 3D de estruturas, apta para desenvolvimento futuro, mostrando que é possível obter alternativas aos métodos comerciais usando poucos recursos financeiros.

Building 3D City Models: Testing and Comparing Laser Scanning and Low-Cost UAV Data Using FOSS Technologies

Contém resumo

Characterisation of the LMS200 laser beam under the influence of blockage surfaces. Influence on 3D scanning of tree orchards

The geometric characterisation of tree orchards is a high-precision activity comprising the accurate measurement and knowledge of the geometry and structure of the trees. Different types of sensors can be used to perform this characterisation. In this work a terrestrial LIDAR sensor (SICK LMS200) whose emission source was a 905-nm pulsed laser diode was used. Given the known dimensions of the laser beam cross-section (with diameters ranging from 12 mm at the point of emission to 47.2 mm at a distance of 8 m), and the known dimensions of the elements that make up the crops under study (flowers, leaves, fruits, branches, trunks), it was anticipated that, for much of the time, the laser beam would only partially hit a foreground target/object, with the consequent problem of mixed pixels or edge effects. Understanding what happens in such situations was the principal objective of this work. With this in mind, a series of tests were set up to determine the geometry of the emitted beam and to determine the response of the sensor to different beam blockage scenarios. The main conclusions that were drawn from the results obtained were: (i) in a partial beam blockage scenario, the distance value given by the sensor depends more on the blocked radiant power than on the blocked surface area; (ii) there is an area that influences the measurements obtained that is dependent on the percentage of blockage and which ranges from 1.5 to 2.5 m with respect to the foreground target/object. If the laser beam impacts on a second target/object located within this range, this will affect the measurement given by the sensor. To interpret the information obtained from the point clouds provided by the LIDAR sensors, such as the volume occupied and the enclosing area, it is necessary to know the resolution and the process for obtaining this mesh of points and also to be aware of the problem associated with mixed pixels.

Laser stripe peak detector for 3D scanners: a FIR filter approach

The accuracy of a 3D reconstruction using laser scanners is significantly determined by the detection of the laser stripe. Since the energy pattern of such a stripe corresponds to a Gaussian profile, it makes sense to detect the point of maximum light intensity (or peak) by computing the zero-crossing point of the first derivative of such Gaussian profile. However, because noise is present in every physical process, such as electronic image formation, it is not sensitive to perform the derivative of the image of the stripe in almost any situation, unless a previous filtering stage is done. Considering that stripe scanning is an inherently row-parallel process, every row of a given image must be processed independently in order to compute its corresponding peak position in the row. This paper reports on the use of digital filtering techniques in order to cope with the scanning of different surfaces with different optical properties and different noise levels, leading to the proposal of a more accurate numerical peak detector, even at very low signal-to-noise ratios

Applicazione di tecniche Laser a scansione nel rilevamento 3D di provini di conglomerato bituminoso

Obiettivo della tesi, oltre ad una descrizione della tecnica laser a scansione ed alla presentazione di alcune realizzazioni tipiche in ambito terrestre, è relazionare su una esperienza effettuata di recente su una applicazione particolare, il rilievo tridimensionale di campioni di pavimentazioni stradali in conglomerato bituminoso per documentarne la tessitura tramite parametri classici e nuovi indicatori resi possibili dal dato tridimensionale. L’attività di tesi si è concentrata soprattutto nei problemi della fase di acquisizione.

Scanner 3D con proiettore e videocamera

In questa dissertazione viene descritto un sistema sviluppato per ottenere una rappresentazione a tre dimensioni in real time di una superficie. Il sistema si avvale di alcune tecniche di ottimizza- zione e di trattamento dell’immagine e sfrutta dispositivi comuni e di facile reperibilita`: una videocamera e un proiettore.

Un metodo multilivello per la semplificazione di mesh poligonali da scanner 3D

L'algoritmo di semplificazione proposto in questa tesi agisce in modo iterativo su due livelli, in una prima fase alla mesh viene applicato un operatore di smoothing e alla mesh così elaborata viene poi applicata la decimazione. L'alternanza di questi due operatori permette di avere mesh semplificate che mantengono però una qualità maggiore rispetto al risultato che si avrebbe invece applicando solo la decimazione. A partire da una mesh ad alta risoluzione, ad ogni iterazione viene quindi creata una mesh con una risoluzione inferiore fino all'ultima iterazione che produce la mesh coarse (a bassa risoluzione) desiderata. Si viene quindi a creare una struttura di semplificazione multilivello, utile in molte applicazioni di computer graphics.

Misure della morfologia e della funzionalita del piede tramite scanner plantare 3D e pedana baropodometrica

Il piede, con la sua complessa struttura anatomica, permette la stabilità e la deambulazione e per questo risulta fondamentale studiarne l’anatomia, la morfologia e la biomeccanica. La Pedana Baropodometrica è uno strumento che misura le pressioni plantari e permette di stimare alcuni parametri morfologici e funzionali del piede in modo veloce e relativamente economico. Lo Scanner Plantare 3D permette di acquisire in tempi brevi la geometria del piede creandone un modello tridimensionale digitale. Queste qualità hanno agevolato la diffusione di questi strumenti nella produzione di ortesi plantari su misura e, dato il crescente interesse del mercato verso le tematiche di customizzazione, alla loro commercializzazione su larga scala. Per ammortizzare i costi, tuttavia, questi strumenti sono spesso basati su tecnologie low-cost. Lo scopo dello studio svolto in questa tesi è quello di determinare la bontà e l’accuratezza di alcuni parametri morfologici e funzionali del piede acquisiti con una pedana baropodometrica resistiva a basso costo. Questi valori sono stati rapportati con misurazione dirette e con dati raccolti dall’elaborazione dell’immagine ricavata con uno scanner plantare 3D. In particolare sono state valutate misure di lunghezza e larghezza del piede, dell’arch index definito come il rapporto tra l’area del mesopiede e l’area totale del piede meno le dita, dell’angolo di progressione del passo e del CPEI, un parametro che indica la variazione della traiettoria del centro di massa. In conclusione la pedana baropodometrica, pur non essendo precisa nel determinare la distribuzione delle pressioni massime, si è dimostrata sufficientemente accurata nella stima delle dimensioni del piede, delle aree di appoggio e di alcune caratteristiche funzionali del piede.