Applicazioni per il rilievo del complesso monumentale
di Santa Maria di Gesù Superiore

1. Rendering fotorealistico del modello tridimensionale
con "mapping" delle immagini raster raddrizzate

Articolo pubblicato sul n.2-marzo 1998 della rivista
"RECUPERARE L’EDILIZIA"
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Riassunto

Il presente lavoro ha per oggetto il rilievo dello stato di fatto del Complesso Monumentale Santa Maria di Gesù Superiore a Messina per conto della Soprintendenza per i Beni Culturali ed Ambientali.
L'indagine conoscitiva commissionata è stata eseguita con tecniche di fotogrammetria terrestre non convenzionale digitale ed ha permesso di valutare sia l'aspetto quantitativo che qualitativo del sito, in riferimento alla descrizione dei materiali impiegati, dei caratteri tipologici, dello stato generale di degrado della struttura.
Il documento fotografico ben descrive il dato tematico e si integra con l'aspetto metrico quando l'immagine è ortogonalizzata e referenziata, archiviabile in forma digitale e trasferibile su memoria di massa.

Premessa

E' noto che per affrontare un qualsiasi intervento su un manufatto esistente, occorre preventivamente conoscere, acquisire e successivamente elaborare numerosi dati di natura tecnica, architettonica, socioeconomica, in generale culturale.
In particolare necessita un rilievo d'insieme che restituisca in scala le caratteristiche geometriche e materiche del sito.
Vale a dire: un rilievo oggettivo e multinformatore che possa fornire elementi indispensabili per un giudizio motivato, atto a giustificare o meno una continuità d'uso dei componenti del manufatto e di fruizione delle loro qualità artistico-monumentali.
Le finalità di un tale rilievo giustificano la tendenza a indurre al minimo la soggettività interpretativa per conseguire la massima oggettività informativa e richiede l'impiego diretto di tecniche di rilevamento fotogrammetrico che assicurano un gradiente di scientificità molto elevato, quale è richiesto per affrontare problemi di conoscenza.
La macchina fotografica a differenza dell'occhio umano non interpreta l'apparente bensì registra una apparenza prospettica del percepibile geometrico.
La sola esecuzione delle operazioni di presa consente di acquisire tutte le informazioni che offre la documentazione fotografica e i fotogrammi costituiscono già un archivio di dati pronti ed immediati atto a comprovare lo stato di fatto esistente in un determinato momento storico.
Appare, quindi, estremamente utile oltre che interessante poter disporre di una documentazione idonea a conservare ed a trasmettere per le più svariate utilizzazioni (tecniche, amministrative, legali, etc.) oltre i dati metrici anche tutti i dati apparenti di un manufatto architettonico.
Tale documentazione consente inoltre di svolgere indagini e ricerche in "laboratorio" evitando i disagi del sito, in qualsiasi momento, con tempi di lavoro notevolmente limitati, e soprattutto, offre la possibilità di procedere ad un esame conoscitivo dal particolare al generale, favorendo processi di sintesi e di globalità.
Altro motivo, e non certo secondario, che giustifica il ricorso ad un tale tipo di rilievo, è la rilevante quantità di informazioni ottenibili, la quale con la tradizionale metodologia di misurazione diretta richiederebbe un numero molto più elevato di operatori e tempi di lavoro notevolmente più lunghi.
Fino ad oggi, la restituzione fotogrammetrica ha fornito in genere elaborati grafici al tratto che dovevano poter comunicare almeno un messaggio inequivocabile. Ciò ha comportato necessariamente delle semplificazioni linguistiche e quindi l'esigenza di una codifica idonea a garantire la leggibilità.
Oggi però lo sviluppo delle tecniche di rilevamento, fotogrammetrico e pseudo-fotogrammetrico, attraverso l'elaborazione digitale, consente il superamento del tradizionale prodotto vettoriale e una sua integrazione con le potenzialità proprie dell'immagine fotogrammetrica.
L'immagine può costituire la base per una forma di rappresentazione realizzabile in tempi più brevi a costi contenuti, capace di descrivere la fisicità, i suoi materiali, lo stato di degrado.
Geometricamente corretta e georeferenziata l'immagine assume, dunque, il ruolo di contenitore delle informazioni generali, potenzialmente estraibili in ogni momento, mentre la descrizione vettoriale, che può essere usata assieme all'immagine raster, consente di sovrapporre la documentazione specifica di settore.
Il restauratore, lo strutturista, lo storico, il tecnologo e tutti gli altri specialisti coinvolti in un eventuale progetto di conservazione, possono leggere attraverso la propria lente di ingrandimento i fenomeni di cui sono esperti, predisponendo le carte tematiche su opportuni livelli informativi.

Note Storiche 2. Messina-Resti di Santa Maria di Gesù Superiore Nel 1989 durante i lavori d'ampliamento della carreggiata stradale di Viale Giostra a Messina sono stati fortuitamente rinvenuti i resti dell'antico cenobio di Santa Maria di Gesù Superiore. A seguito del ritrovamento la Sezione per i beni archeologici ha avviato una campagna di scavi che ha portato alla luce la chiesa ad unica navata con retrostante cripta e parte dell'attiguo chiostro con al centro un pozzo. Secondo le fonti storiche locali, la fondazione del complesso abbaziale risalirebbe alla metà del secolo XII (1166?) ad opera di alcuni monaci dell'Ordine dei Carmelitani che, di ritorno dalla Palestina, si stabilirono lungo il torrente San Michele, circa due chilometri a monte della contrada "Giostra", dove edificarono un cenobio ed una chiesa, dedicata a Santa Maria del Carmelo. La località, per la presenza del monastero, venne denominata "Ritiro" ed il toponimo è tutt'oggi d'uso corrente. A seguito della scoperta del testamento di Antonello da Messina (1903), sulla base delle disposizioni in esso contenute, Gaetano La Corte Cailler, ipotizzò che la chiesa - dove peraltro nel corso del quattrocento avevano trovato sepoltura insigni personalità cittadine quali: Galeotto Bardaxi, Andreota Staiti e Antonio La Rocca - custodisse la tomba del pittore, morto nel 1479. Nel corso della campagna di scavi effettuata non si sono però ritrovati reperti che confermassero la tesi sostenuta da Gaetano La Corte Cailler.

Raddrizzamento delle immagini fotografiche Il raddrizzamento delle immagini fotografiche è un metodo per la correzione della deformazione prospettica prodotta dall'inclinazione dell'asse della camera di presa. è applicabile nel caso di superfici piane o assimilabili ad un piano, e può essere effettuato con procedure fotografiche, oppure analitiche. In quest'ultimo caso, 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. è così possibile scrivere otto equazioni, per la determinazione delle otto incognite. La conoscenza delle coordinate doppie di un numero di punti superiore a quattro permette la determinazione della precisione del sistema, mediante soluzione ai minimi quadrati.

3. Planimetria generale del sito

Durante la peste del 1743 il convento, a causa della sua ubicazione decentrata, venne adibito a lazzaretto.
Nella seconda metà dell'ottocento due violente alluvioni travolsero il complesso abbaziale e la chiesa, nel 1863, venne completamente seppellita dai detriti del torrente San Michele.
Tre anni dopo, a causa delle leggi di confisca dei beni ecclesiastici, l'abbazia, benché parzialmente interrata, fu trasformata in ospedale d'isolamento per malattie infettive e, nel 1886, il refettorio fu ristrutturato ed aperto al culto.
Le strutture ancora fruibili dell'antico complesso conventuale, già seriamente compromesse dalle alluvioni e dal sisma del 1894, furono completamente distrutte dal terremoto del 28 dicembre 1908.
I caratteri distributivi dei resti rinvenuti rimandano ad una ristrutturazione quattrocentesca ad opera del vescovo di Agrigento Matteo Gallo, che acquistando il convento vi insediò l'Ordine dei Minori Osservanti di San Francesco, e a rimaneggiamenti più tardi. In particolare la chiesa, ad unica navata con cappelle laterali ricavate negli spessori murari, è una tipica espressione architettonica francescana che si allinea coerentemente con quanto riferito dalle fonti storiche. Relativamente alla cripta, la sua ubicazione nell'area posteriore all'altare maggiore fa fondatamente supporre che la stessa sia stata ricavata dall'adattamento del coro francescano eseguito forse in occasione del trasferimento dei monaci (1643) e in ogni caso non oltre al secolo XVIII.
L'interesse storico ed architettonico dei resti del convento e della chiesa di Santa Maria di Gesù Superiore è prevalentemente documentario e non viene quindi sostanzialmente intaccato dalla loro frammentarietà. Il portato testimoniale del complesso, esaltato dalle particolari vicende messinesi, svolge un importante ruolo in rapporto alla memoria collettiva cittadina traumaticamente sradicata dalle sue matrici culturali e, in quest'ottica, esso deve essere tutelato e recuperato alla fruizione.

4. Modello tridimensionale del sito

Le fasi del rilievo 5. Sezioni con immagini raster raddrizzate Come si è detto ampiamente finora, il contributo che la fotogrammetria è oggi in grado di offrire alla documentazione di edifici storici può considerarsi determinante e qualificante. E della "fotogrammetria" ci si è serviti, anche se non in senso stretto, nella realizzazione del rilievo del complesso monumentale Santa Maria di Gesù Superiore a Messina. Utilizzando metodologie speditive (raddrizzamento di immagini digitali), non propriamente fotogrammetriche, è possibile ottenere un archivio di immagini digitali dell'edificato storico, che hanno il vantaggio, rispetto alla sola rappresentazione grafica di contenere tutta una serie di informazioni utilizzabili da chiunque debba operare su un manufatto esistente. Le finalità del rilievo erano di ottenere oltre che una rappresentazione geometrica e metrica dello stato di fatto, anche una rappresentazione delle tecnologie dei materiali impiegati e dello stato di conservazione dell'organismo edilizio, classificato e graficizzato secondo le norme contenute nel documento emanato dall'Istituto Centrale per il Restauro NORMAL 1/88; inoltre obbiettivo finale era di realizzare una simulazione tridimensionale del sito.

Dati vettoriali e dati raster Ricorrendo alle tecniche informatiche, le immagini grafiche possono essere memorizzate su supporto magnetico in forma vettoriale, ossia mediante coordinate organizzate in sequenza per punti giacenti sulla stessa linea. è possibile così rappresentare qualsiasi elemento attraverso punti, linee, poligoni. Le immagini fotografiche sono acquisite in forma raster, ossia discretizzate in aree elementari, denominate pixel, alle quali corrispondono valori numerici relativi alla densità di grigio nel caso di immagini in B/N, e alla colorazione dei tre strati rosso, verde, blu, nel caso di immagini a colori. I pixel sono ordinati secondo una matrice quadrata o rettangolare; la risoluzione dell'immagine è determinata dalla loro dimensione, e quindi dal numero di pixel nell'unità di misura, il pollice (ppp). Poiché un pollice è pari a 2,56 cm, nel caso di pixel di 80, la risoluzione dell'immagine è di 300 ppp. L'acquisizione su supporto magnetico può avvenire tramite impiego di macchine fotografiche digitali al momento della presa, o, per foto ottenute con macchine fotografiche tradizionali, mediante scanner.

6. Restituzione vettoriale delle sezioni

La prima operazione è consistita nel rilievo celerimetrico del sito, utilizzando una stazione totale, cioè teodolite con distanziometro integrato, in grado di assicurare una incertezza dell'ordine di 3" per le direzioni angolari e di 3 mm per le distanze; ciò ha permesso di ottenere la restituzione grafica della planimetria del sito, la modellazione tridimensionale del terreno e delle masse murarie, nonché, la determinazione delle coordinate dei punti di appoggio fotografici materializzate sulle pareti da mire in forex.
Successivamente sono state eseguite le prese fotografiche dei prospetti delle masse murarie utilizzando una camera semi-metrica, Rolleiflex 6006 metric (formato pellicola 60x60 mm2) con focale 50 mm. La scala media dei fotogrammi oscillava da un rapporto di 1:60 ad 1:80, perfettamente congrua con la scala di restituzione richiesta di 1:50. Dai negativi sono state ricavate stampe su carta fotografica a colori nel formato 20x20 cm2 che sono state rasterizzate con uno scanner piano formato A4 ad una risoluzione ottica di 150 dpi, tale da ottenere sull'oggetto reale una risoluzione di circa 1 cm. Tutte le stampe su carta sono state acquisite con una profondità di colore di 24 bit. Il software utilizzato per le operazioni di raddrizzamento digitale è il sistema MSR della Rollei. Il programma fornisce un'immagine digitale raddrizzata, ricampionata in modo completamente automatico. La dimensione del pixel dell'immagine ricampionata può essere fissata a piacere in dimensioni coerenti con il sistema di riferimento dei punti di appoggio. Nel caso specifico è stato scelto di adottare una dimensione del pixel pari ad 1 cm nella realtà, dimensione sufficiente per ottenere risultati soddisfacenti in fase di restituzione.
Le immagini raddrizzate ed archiviate in formato raster, sono state vettorializzate con un sistema CAD integrato in grado di trattare l'immagine raster come layer di fondo. La vettorializzazione delle immagini digitali ha permesso di conseguire la rappresentazione geometrica e metrica dello stato di fatto, la rappresentazione delle tecniche di esecuzione e dello stato di conservazione dell'organismo edilizio.

7. Rappresentazione dello stato di conservazione secondo le norme NORMAL 1/88

Il modello tridimensionale, realizzato posizionando sul DTM (modello digitale del terreno) elaborato con passo N=E=m 0.5, le masse murarie tridimensionali elaborate mediante modellazione solida, ha messo in relazione il rilievo cartografico ed il rilievo architettonico fotografico. Partendo, infatti, dalla vettorializzazione dei contorni delle masse murarie, si è ottenuta l'immagine volumetrica a linee delle stesse. Il modello numerico così prodotto permette di studiare lo spazio tridimensionale come relazione tra volumi. è sprovvisto tuttavia delle informazioni relative ai prospetti. Volendo visualizzare queste informazioni si possono utilizzare le immagini raster raddrizzate, utilizzate come texture-mapping dei blocchi tridimensionali delle masse murarie in un rendering fotorealistico del modello. Ma tutto ciò non era oggetto dell'incarico.
Le precisioni conseguite appaiono significative nell'ambito delle necessità di un rilievo architettonico, e vanno comunque rapportate alla semplicità di realizzazione ed alla economicità dell'intero procedimento.
I1 prodotto ottenuto unisce alle caratteristiche di precisione metrica una indubbia significatività tematica, consentendo quindi una esauriente documentazione del bene architettonico.
Dalle operazioni di rilevamento compiute, appare evidente che integrando e arricchendo la metodologia di lavoro utilizzata con mezzi informatici e con mezzi fotogrammetrici aerei e terrestri, si possono ottenere degli elaborati sofisticati e molto esaurienti per le necessità della critica storica e per la conservazione dei beni architettonici ed ambientali.
Un complesso di documenti di facile ed immediato aggiornamento, utile non soltanto a futura memoria per registrare gli stati di consistenza dei beni interessati ma anche per il loro razionale restauro o recupero.

Riferimenti Bibliografici

-AA.VV., Costituzione di una base di dati dell'edificato storico:metodi operativi. Applicazioni nel centro storico di Mazara del Vallo. Scuola diretta a fini speciali in "Topografia Applicata", Firenze A.A.93-94, tesi di diploma di Biagio Maurizio Foderà.

-AA.VV., Relazione tecnica allegata al decreto di vincolo del Complesso Conventuale Santa Maria di Gesù Superiore-Messina. Arch. E. Barbaro Poletti - Soprintendenza ai Beni Culturali ed Ambientali di Messina.

-L.Colombo, C.Scalese, G.Sansone, Analisi Morfologica di elementi costruttivi della Cattedrale di San Matteo a Salerno. Articolo su bollettino SIFET n.2/1996.

-P.Midulla, Applicazioni informatiche all'integrazione tra cartografia e prospetti raddrizzati. Articolo su bollettino SIFET n.1/1995.

Si ringrazia la Soprintendenza ai Beni Culturali ed Ambientali di Messina per aver concesso l’autorizzazione a pubblicare gli elaborati tecnici riprodotti in questo articolo.

Si ringrazia l’Arch. Emanuela Barbaro Poletti della Soprintendenza ai BB.CC.AA di Messina per il contributo offerto nella stesura delle note storiche.

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