Appunti - lezione 3 - rilievo fotografico - disegno dell\'architettura II - prof. ing. v. iannizzaro - a.a.2015/2016 PDF

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Rilievo fotografico - prof. ing. V. Iannizzaro...

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Corso di DISEGNO dell’architettura II prof. ing. V. Iannizzaro

IL RILIEVO (3) I rilievo fotografico

10. Il rilievo fotografico. La fotografia riveste un ruolo fondamentale per il rilievo. Può considerarsi come: • mezzo per disporre di un archivio o di un catalogo; • documentazione complementare ai grafici di rilievo; • strumento ausiliario nelle operazioni di rilievo; • base per la fotogrammetria elementare

La fotografia è una vista prospettica della realtà. La fotografia ha gli stessi principi geometrici della prospettiva conica

Le innovazioni infografiche nel campo del rilievo stanno modificando le relazioni tra la presa dei dati e il relativo risultato grafico. Principale conseguenza di ciò è la diminuzione delle misure necessarie per effettuare un rilievo.

Questo in sintesi il rapporto che sussiste tra rilievo e fotografia:

•Geometria descrittiva: consente il passaggio dalle proiezioni ortogonali alla prospettiva; •Fotogrammetria Elementare: consente il passaggio dalla prospettiva (una fotografia) ai prospetti. Ne consegue la possibilità di utilizzare la fotografia per il rilevamento grafico dei piani della facciate degli edifici

Fotogrammetria architettonica Definiamo fotogrammetria l’insieme delle procedure che utilizzano immagini fotografiche per ricavarne dimensioni

Definiamo fotogrammetria la tecnica di restituzione che si realizza a partire da due fotografie di orientamento noto realizzate con camere metriche o semimetriche.

Questa tecnica imprescindibile per il rilevamento di determinate forme architettoniche, può non essere necessaria, come dimostreremo, nei frequenti casi di architettura piana. In questi casi si può conseguire la medesima precisione, ma con maggior facilità, partendo da una sola fotografia. La ricostruzione di una figura in proiezione ortogonale a partire da un’immagine prospettica (un fotogramma) si denomina: • Restituzione o trasformazione prospettica • Restituzione o raddrizzamento fotografico • Rettificazione fotografica • Fotogrammetria elementare • Raddrizzamento di prese inclinate • Restituzione fotogrammetrica con applicazione dell’omografia • Trasformazione omografica • Ortogonalizzazione

Le omografie L’omografia è una trasformazione fra due spazi governata da otto parametri. Dati due piani quando ad ogni punto ed ad ogni retta dell’uno corrispondono un punto ed una retta dell’altro e si verifica ancora che all’appartenenza fra il punto e la retta dell’uno corrisponde l’appartenenza tra il punto e la retta dell’altro, tra i due piani si determina una corrispondenza biunivoca che si definisce omografia e i piani sono detti omografici.

Determinazione classica di un’omologia

Definizione generale di un’omografia piana

Figure piane omografiche

Omografia ordinata: omotetia piana

Omografia disordinata: similitudine

Omografia ordinata: traslazione

Omografia affine ordinata

Omografia disordinata: identità

Omografia affine disordinata

Figure simmetriche ordinate

Figure simmetriche disordinate

Figure omologiche ordinate

Figure omologiche disordinate

In definitiva, nota la prospettiva ed i procedimenti geometrici inversi dalle foto è possibile ricavare le proiezioni ortogonali con le relative informazioni metriche. Tale operazione è possibile attraverso il ricorso a tre modalità operative: • modalità analitica; • modalità grafico-proiettiva; • modalità digitale.

12.1. Metodo analitico Si applicano le equazioni generali dell’omografia:

in cui X, Y, sono le coordinate di un punto sull'oggetto, x, y, sono le coordinate dell'immagine del punto sul fotogramma, a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, sono gli 8 parametri dell’omografia. Per determinare questi ultimi è necessario conoscere 4 punti di coordinate doppie, riferite all’immagine e all’oggetto: e’ così possibile scrivere otto equazioni, per la determinazione delle otto incognite.

12.2. Metodo grafico Applicazione grafica dell’omografia: il procedimento, ovviamente, è applicabile soltanto in modalità monoscopica, cioè, su singole immagini fotografiche. Le immagini fotografiche possono ricondursi a tre tipologie, a seconda della modalità di ripresa:

• f otogramma parallelo; • fotogramma verticale; • fotogramma inclinato.

Rilievo e fotografia: possibili posizioni di presa

Rilievo e fotografia: possibili posizioni di presa

Rilievo e fotografia: possibili posizioni di presa

Applicazioni grafiche dell’omografia: restituzione da fotogramma parallelo alla facciata

Applicazioni grafiche dell’omografia: restituzione per diagonali omografiche da fotogramma verticale

Applicazioni grafiche dell’omografia: restituzione di un fotogramma inclinato

Analisi dei dati

Applicazioni grafiche dell’omografia: restituzione di un fotogramma inclinato

Identificazione del quadrilatero reale di riferimento

Applicazioni grafiche dell’omografia: restituzione di un fotogramma inclinato

Prima omologia, determinazione dell’altezza totale

Seconda omologia, restituzione del piano della facciata

Applicazioni grafiche dell’omografia: restituzione di un fotogramma inclinato

Procedimento per determinare il piano della facciata in scala

Metodo digitale (fotogrammetria digitale) Fotopiani digitali: applicazione fotogrammetrica considerata, fino ad oggi, di minor importanza e sicuramente secondaria, tanto da “meritarsi” le definizioni di: •applicazioni varie della fotogrammetria •fotogrammetria non convenzionale

I risultati sono compatibili con quelli di un rilievo fotogrammetrico classico o stereoscopico. Realizzazione di un fotopiano digitale: •fase di progetto; •fase di ripresa; •fase di rilievo (strumentale); •fase di trasformazione dei punti.

13. Applicazioni Per raddrizzare un’immagine è necessario

Foto originale >>>>>>>> Foto raddrizzata

•Associare dei punti di coordinate note agli omologhi sulla foto caricata; •Controllare che la trasformazione comporti degli errori accettabili. •Raddrizzare l’immagine generandone una nuova alla risoluzione voluta.

La tabella seguente permette di ricavare il minimo numero di punti (non allineati) indispensabile per rettificare mediante trasformazione omografica.

I metodi di calibrazione più applicati sono le trasformazioni piane, cioè proprio le trasformazione omografiche e, solo in alcuni casi, le trasformazione affini.

Trasformazione omografica: una rototraslazione con variazione anisotropa di scala, scorrimento angolare e convergenza angolare (longitudinale e trasversale).

Grazie all’avvento del digitale, il controllo della prospettiva, in pratica il raddrizzamento delle linee verticali e orizzontali, è possibile anche in un momento successivo a quello della ripresa fotografica. Metodologie informatiche per il rilievo:

• • • •

software 2D (es. SierraSoft) software fotogrammetrici (es. Microstation Descartes 6.0) software di fotoritocco (es. Jasc Software) software infografici (es. Homograf)

13.1. Sierra Soft

Claustro de los Reyes (Monasterio de Sesteban, Salamanca)

13.2. Microstation Descartes 6.0 Adatto per ottenere fotoalzati a partire da fotografie non convenzionali. E’ un’applicazione di Microstation

Fasi operative: •preparazione dell’archivio di punti d’appoggio; •processo di rettifica; •gestione delle immagini; •esportazione ad un formato standard d’immagine.

13.3. Jasc Software Si tratta di un software non specifico per la fotogrammetria. Richiede la determinazione approssimata dell’inclinazione, verticale e orizzontale, dell’asse della camera fotografica rispetto al piano principale della facciata (graficamente, determinando i punti di fuga del fotogramma).

I risultati sono alquanto deludenti, in quanto la precisione è sufficiente solo per il contorno della facciata e gli stessi dipendono fortissimamente dal tipo di presa. Il programma può essere utilizzato solo per restituire fotogrammi in “falsa” prospettiva, in pratica, quasi frontali.

13.4. Homograf È un’applicazione infografica, sviluppata, a fini didattici, dall’Università di Alicante.

Utilizza come base il programma AutoCAD.14, nella versione spagnola e prende i dati necessari direttamente dal disegno, calcolando la relazione omografica e disegnando la figura omografica cercata. Perciò si può parlare anche di postrestituzione. Rispetto a Microstation Descartes, si disegna precedentemente l’immagine di cui vogliamo determinare la restituzione.

Dimostrazione grafico-geometrica dell’applicazione Homograf

14. Fotogrammetria inversa

Ambiti e limiti di applicazione: • condizioni di visibilità; • condizioni di importanza; • condizioni di planarità.

14.1. Condizioni di importanza La produzione di un fotopiano è giustificabile se si intende documentare un “piano” di un certo valore storico e/o artistico.

Informazioni: geometria, aspetto, colore, stato di conservazione, ma soprattutto tessiture murarie. Nel caso di superfici, ovviamente piane, ma, perfettamente omogenee un fotopiano può al più restituire informazioni circa la posizione delle porte e finestre.

14.2. Condizioni di planarità

La produzione dei fotopiani è applicabile soltanto in presenza di superfici piane o assimilabili a tali. Non sono adatti nel caso di superfici curve. Ma, esistono superfici perfettamente piane?

15. Conclusioni In tutte le applicazioni i risultati dipenderanno da: • qualità dell’immagine fotografica; • scansione; • idoneità della scelta dei punti di riferimento.

X = verifica l’errore 1,2,3,4 = non indispensabili, migliore determinazione dell’omografia A,B,C,D = punti di controllo, sono essenziali (ben disposti, agli estremi ma non troppo prossimi ai bordi)

Tutte le tecniche fotogrammetriche analizzate, consentono, con diversa precisione, la restituzione prospettica da un solo fotogramma. Rispetto agli altri però Homograf offre un vantaggio. L’operatore infatti, valutando i risultati delle operazioni di campagna, può fare, in assenza di dati metrici diretti, ipotesi di lavoro realtive a: • parallelismi; • orizzontalità e verticalità. Le applicazioni più comuni si riferiscono pertanto a facciate inaccessibili. Considerando che inseguire una precisione superiore a quella suggerita dal grado di risoluzione della scala di rappresentazione grafica, è inutile e dispendioso, Homograf si dimostra una delle applicazioni più adatte per essere impiegato nel rilievo per catalogazione, soprattutto nel caso di architetture minori....