Dietro le quinte: catturare il Palazzo Granducale del Lussemburgo per l'Esposizione Universale

Quando il team di supporto di Artec 3D ha ricevuto la chiamata per digitalizzare la storia del Lussemburgo per l'Esposizione Universale, la sua risposta è stata entusiasta. Spingere la scansione 3D oltre i suoi limiti e portare il proprio paese sulla scena mondiale? Che opportunità! Ma ci sono stati alcuni intoppi, mentre cercavano il metodo di scansione più veloce e semplice.

Inizialmente hanno provato a digitalizzare un modellino di zucchero del palazzo con lo scanner ad alta risoluzione Artec Spider II. Pur avendo un aspetto molto realistico (e Spider II ha catturato perfettamente ogni dettaglio) la replica non aveva la precisione geometrica necessaria per creare un modello 3D identico in tutto.

Artec Spider II cattura un modellino di zucchero del Palazzo Granducale del Lussemburgo.

Quando questo trucco non ha funzionato, il team di Artec non ha avuto scelta: ha deciso di scansionare il Palazzo Granducale vero e proprio. Ciò comportava diverse sfide. Artec Ray II eccelle nel catturare oggetti e aree di grandi dimensioni. Tuttavia dipende dal treppiede su cui è montato, che limita ciò che può "vedere" dall'alto. Fortunatamente, Artec Studio ora dispone di fotogrammetria compatibile con i droni.

Il problema successivo era come far volare un drone intorno a un sito storico affollato. Ciò ha comportato una visita al Premier Conseiller del Palazzo, che è riusciro a fargli ottenere un permesso di volo. Infine, c'era la questione dei pedoni. Il palazzo è una popolare attrazione turistica, spesso piena di visitatori. Se si vogliono acquisire dati 3D questa è una cattiva notizia in quanto può portare a dettagli ostruiti e sfocatura del movimento.

Ma grazie a diverse attente scansioni, al Visual Inertial System (VIS) integrato di Ray II e agli algoritmi avanzati all'interno di Artec Studio, il team è stato in grado di catturare un modello 3D di grandi dimensioni ma anche molto dettagliato, abbastanza realistico per applicazioni VR immersive.

Scansione semplice, risultati eccezionali

Secondo Keynan Tenenboim, uno degli specialisti di scansione 3D dietro il progetto, l'acquisizione dei dati Ray II non è stata in realtà poi troppo difficile. Il suo sistema VIS gli consente di tracciare la sua posizione in uno spazio 3D, il che significa che gli utenti devono solo posizionare il dispositivo per scansionare da tutte le angolazioni. "Il mio lavoro sul campo è consistito fondamentalmente nello spostare lo scanner e premere un pulsante", ha detto Tenenboim. "Non c'era nessun altro sforzo richiesto. Avrei potuto affidare il lavoro a un passante!"

La vera sfida era la scansione da una distanza sufficiente per catturare su larga scala. Ray II può raggiungere una precisione fino a 1,9 mm da una distanza di dieci metri. Ma se Tenenboim si fosse avvicinato troppo, alcune parti dell'architettura del palazzo ne avrebbero oscurate altre. Bisognava quindi fare un passo indietro, a una distanza di circa 20 metri, in modo che l'intera struttura fosse inquadrata, e poi fare un giro intorno al complesso.

Il modello 3D finale del Palazzo Granducale.

Mentre Tenenboim stava scansionando con Ray II, il suo collega Jerry Klein stava pilotando un drone sulla zona. Anche se aveva il permesso di volare, non sarebbe stata un'impresa facile. Il palazzo è circondato da una complessa rete di strade e qualsiasi errore di navigazione poteva dimostrarsi estremamente costoso. Eppure, pur non essendo un pilota esperto, Klein è riuscito a catturare la scena nella sua interezza.

"Pilotare un drone è come giocare a un videogioco, non è niente di speciale. È abbastanza intuitivo", ha spiegato Klein. "Il vantaggio della fotografia è che permette di ottenere immagini ad alta fedeltà e con meno rumore. In Artec Studio è possibile anche creare modelli 3D partendo dai video: li ho catturati entrambi per sicurezza. Potremmo usare il video per lavorare più velocemente e le immagini per le parti più difficili da ricostruire".

Unire diversi set di dati in Artec Studio

Artec Studio è ora un sistema all-in-one per l'acquisizione, l'elaborazione e la combinazione di set di dati 3D acquisiti tramite scanner a luce strutturata, laser e LiDAR, nonché fotogrammetria. Per unire scansioni 3D e foto/video, gli utenti devono prima generare mesh 3D. Quando è arrivato il momento di fondere i dati ottenuti con Ray II, il VIS è stato di nuovo cruciale per il progetto, semplificando il pre-allineamento.

"Il sistema VIS di Ray II allinea praticamente tutte le scansioni automaticamente, quindi quando carichi i dati su Artec Studio, tutti gli oggetti sono già pre-allineati", ha aggiunto Tenenboim. "Invece di vedere 100 scansioni separate, si vede un unico oggetto sullo schermo. Uno degli aspetti per noi più importanti è stato tenere traccia di quel sistema e mantenerlo il più possibile."

Artec Ray II fuori dal sito culturale di "Hollow Tooth" in Lussemburgo.

La generazione di una mesh 3D con la fotogrammetria AI è un po' diversa, ma produce comunque risultati eccellenti. Gli algoritmi di Artec Studio trasformano foto o video in una "anteprima del modello" con un riquadro di delimitazione regolabile. Una volta specificato quali dati acquisiti utilizzare, il software genera modelli 3D realistici in tempo reale, che possono essere uniti a quelli creati dalle scansioni 3D per ottenere dettagli elevati su larga scala.

All'interno di Artec Studio, è anche possibile riempire i buchi, rimuovere gli oggetti in movimento, mappare le texture e decimare i modelli per ridurre il numero di poligoni. Tutto ciò consente agli utenti di rifinire i modelli e, nel caso degli esperti di scansione 3D di Artec, è stato fondamentale creare modelli di piccole dimensioni per la realtà virtuale.

Adottare la conservazione del patrimonio culturale di nuova generazione

Combinando Ray II, Fotogrammetria AI e scanner portatili come il wireless Artec Leo, il team è stato infine in grado di digitalizzare altri punti di riferimento per il Padiglione del Lussemburgo. Ciò include "Hollow Tooth", un sito patrimonio dell'UNESCO posizionato su un dirupo, che ha richiesto l'uso di un drone, e anche i suoi dati sono stati fusi con le scansioni Ray II per ottenere un modello catturato da ogni angolazione.

Insieme a molti altri modelli splendidamente catturati, Hollow Tooth è ora visibile sull'app Osaka Expo, in modo da portare la storia del paese a un nuovo pubblico. Anche i visitatori della fiera potranno unirsi a coloro che si collegano da remoto per visitare in VR questi celebri siti del patrimonio culturale.

Un modello 3D di Hollow Tooth, catturato anche con fotogrammetria AI e Ray II.

Klein vede un potenziale significativo per questo approccio, non solo nella conservazione del patrimonio culturale, ma anche in altre applicazioni su larga scala, in cui diversi scanner 3D e fotogrammetria possono offrire agli utenti un'accuratezza e una scala di acquisizione incredibilmente elevate.

"Vedo che questo approccio viene applicato ovunque, dall'industria cinematografica di Hollywood ai videogiochi, ovunque tradizionalmente non ci si preoccupa della geometria, si tratta più di texture", ha concluso Klein. "Poiché puoi combinare sia le scansioni 3D che la fotogrammetria, puoi ottenere una buona geometria e texture ad alta fedeltà. È molto utile non dever scegliere!"

Artec 3D è onorata di aver contribuito alla creazione del Padiglione del Lussemburgo a Osaka.