Dissertazione finale del Master Open Téchne 2013. L' elaborato descrive le metodologie e i risultati del rilievo e della modellazione 3D di alcuni manufatti archeologici presenti all'interno della collezione del Museo del Buonconsiglio di Trento. Nello specifico sono stati rilevati ed elaborati una maschera egizia in legno dipinto, un monumento celebrativo e una base decorata, entrambi in marmo. Le acquisizioni sono state effettuate avvalendosi di una procedura fotogrammetrica close-range e del sensore Microsoft Kinect. Nel primo caso, i dataset di immagini ottenuti sono stati elaborati con software opensource ( PPT e VSFM) e commerciali lowcost ( Agisoft Photoscan), al fine di testarne le diverse performances. I modelli 3D ottenuti con le diverse metodologie, sono stati confrontati metricamente. http://www.istitutoficlu.org/iniziative/master-open-techne-2012-2013-discussione-finale/

1. Approcci di rilievo e modellazione 3D a
confronto:
Dalla fotogrammetria al Kinect
Marina Simonetta Terranova
Mari.terranova@hotmail.com
Sede dello stage: 3DOM-FBK
Tutor: Fabio Remondino

2. Obiettivi del lavoro
●
●
Ricostruzione 3D di manufatti museali / archeologici
con sensori attivi (laser scanner / kinect) e passivi
(camera digitale)
Confronti geometrici

3. Manufatti rilevati
Maschera Egizia, legno
Epigrafe, calcare
Base di candelabro, marmo

4. Strumentazione utilizzata
Sensori passivi (image-based)
-Nikon D3X
Obiettivo: 14-24 mm f/2.8
Distanza focale: 14 mm
-Nikon D3100
Obiettivo: 35mm f/1.8
Distanza focale: 35 mm
- 2 flash sincronizzati
●
Sensori attivi (range-based)
-2 CMOS sensors+ proiettore di luce
strutturata
-Triangolazione + Speckle Patterns
-Acquisizione 30 fps , risoluzione VGA
con più di 300k per range-map
-Range di acquisizione tra 1.2 e 3.6 m
●

5. Problematiche del rilievo
Illuminazioni differenti (poca luce
naturale, faretti )
●
spazi limitati
●
impossibilità di spostare gli oggetti
●

6. Rilievo Fotogrammetrico
Workflow
ACQUISIZIONI
FOTO
CALIBRAZIONE &
ORIENTAMENTO
TEXTURE /
ORTHO
RICOSTRUZIONE
3D DENSA
(image matching)
GENERAZIONE
MESH /
SUPERFICIE
Software testati ed utilizzati: PPT, VisualSFM, Agisoft

7. Rilievo con Kinect
Workflow
ACQUISIZIONI
RANGE MAP
ALLINEAMENTO /
REGISTRAZIONE
RANGE MAP
RICOSTRUZIONE
MESH /
SUPERFICIE
TEXTURE / ORTHO
Software testati: Scenect, Skanect, RGB-Demo, KinFu
Software impiegati: RGB-Demo

8. Rilievo con Kinect
Range d'acquisizione

9. Primo Caso Studio: La MASCHERA EGIZIA
Dimensioni oggetto: 32 x 26 cm
Rilievo fotogrammetrico:
Camera usata: Nikon D3100
Distanza acquisizione: 60/70 cm
Num foto: 25
Rilievo con Kinect:
Distanza acquisizione: 70/120 cm
Num scansioni con Kinect: 21
Per la scalatura:
Barra metrica e calibro

10. MASCHERA EGIZIA – rilievo fotogrammetrico
Agisoft: Risultato dell'allineamento delle immagini

11. MASCHERA EGIZIA – rilievo fotogrammetrico
Agisoft: Scalatura dei risultati

12. MASCHERA EGIZIA – rilievo fotogrammetrico
Agisoft: Ricostruzione 3D
Nuvola densa high quality
Vertici: 9321604
Mesh poligonale
Vertici: 5636438 – Facce: 11237696

13. MASCHERA EGIZIA – rilievo fotogrammetrico
PPT / VSFM: Risultato dell'allineamento delle immagini
PPT/VSFM: immagini orientate 25/25
Calcolo della distanza tra camera ed oggetto

14. MASCHERA EGIZIA – rilievo fotogrammetrico
PPT / VSFM: Realizzazione modello 3D
PPT: vertici 269749
VSFM: vertici 722302
PPT(c1): v. 1101205
VSFM(c1): v. 3186779

15. MASCHERA EGIZIA – rilievo fotogrammetrico
PPT / VSFM: Nuvole a confronto
PPT: vertici 269749
VSFM: vertici 722302
PPT(c1): v. 1101205
VSFM(c1): v. 3186779

16. MASCHERA EGIZIA – rilievo fotogrammetrico
PPT / VSFM: Nuvole a confronto – lo smoothing
Riduzione del rumore mediante
applicazione del filtro Moving Least
Square Smoothing and Recostruction

17. MASCHERA EGIZIA – rilievo fotogrammetrico
Scalatura dei risultati in PPT / VSFM

18. MASCHERA EGIZIA – rilievo fotogrammetrico
Confronto geometrico tra Agisoft e PPT / VSFM
PPT (c1): scostamento max 0,37mm
VSFM (c1): scostamento max 0,25 mm

19. MASCHERA EGIZIA – rilievo fotogrammetrico
Generazione mesh poligonale in PPT/VSFM
PPT : num vertici 242601
num facce 485198
VSFM : num vertici 827967
num facce 1654104

20. MASCHERA EGIZIA – rilievo fotogrammetrico
Generazione mesh poligonale in PPT/VSFM
PPT (c1): num vertici 955320
num facce 1908254
VSFM (c1): num vertici 3438678
num facce 6876887

21. MASCHERA EGIZIA – rilievo fotogrammetrico
Realizzazione modello 3D finale con texture in PPT / VSFM
PPT (c1): vertex color
VSFM (c1): vertex color

22. MASCHERA EGIZIA – rilievo con Kinect
Esempi delle singole range map

23. MASCHERA EGIZIA – rilievo con Kinect
Allineamento delle singole scansioni con relativi scostamenti
Scostamento medio di 1,5 mm, con massima concentrazione ai bordi.

24. MASCHERA EGIZIA – rilievo con Kinect
Confronto metrico tra nuvola Kinect e nuvola fotogrammetrica
A parità di unità di misura, il confronto
tra la nuvola di Agisoft (sinistra) e
quella del Kinect (destra) non mostra
uno scostamento metrico evidente.

25. MASCHERA EGIZIA – rilievo con Kinect
Confronto geometrico tra modello Kinect e modello fotogrammetrico
Scostamento medio di 1,8 mm, con valori maggiori ai bordi

26. EPIGRAFE – rilievi a confronto
Dimensioni oggetto: 60x90x30 cm Distanza scansione: 70/140 cm
Num scansioni con Kinect: 61
Camera usata: Nikon D3X
Distanza acquisizione: 100 cm
Num foto: 59
Modello di Agisoft
Modello di PPT
Nuvola con sistema Kinect

27. EPIGRAFE – rilievi a confronto
Tentativo orientamento immagini
in un unico blocco
PPT: orientamento in due blocchi
disgiunti
VSFM: orientamento parziale
Particolari delle nuvole
ricostruite in PPT e VSFM,
processate in tre blocchi di
foto distinti a parità di
parametri nella fase di PMVS

28. BASE DI MARMO – rilievi a confronto
Dimensioni oggetto: h 58 cm
Camera usata: Nikon D3100
Distanza acquisizione: 60/70 cm
Num foto: 90
Nuvola di Agisoft
Nuvole di VSFM
Distanza scansione: 70/120 cm
Num scansioni con Kinect: 51
5
Nuvole con sistema Kinect

29. BASE DI MARMO – rilievi a confronto
Realizzazione Modello 3D con Vertex Color da nuvole VSFM

30. CONCLUSIONI
Confronto tra metodi di rilievo e modellazione 3D per oggetti
museali (passive vs active)
●
Test con software open e low-cost
●
Kinect (90 Eur) condizionato dalla luminosità' dell'ambiente di
lavoro, poco affidabile e nuvole 3D poco dettagliate
●
VSFM / PPT (0 Eur) non sempre affidabili, molto influenzati dalle
immagini
impiegate, dalle condizioni di ripresa e dalle
caratteristiche dell'oggetto
●
Agisoft (2000 Eur) più affidabile e preciso grazie ad alcuni
accorgimenti che permettono un maggior controllo nelle varie fasi
●
Approccio con fotogrammetria 1 : 7
●
Approccio con Kinect 1 : 3
●
Modelli 3D utilizzabili per divulgazione / web, studi in remoto,
conservazione digitale, realtà aumentata, etc.
●