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Reverse Engineering

Reverse Engineering - 4.0 - Nuvola di punti e Processamento

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Scritto da fiorella Venerdì 25 Settembre 2009 17:10

Si tratta della fase più critica del Reverse Engineering dal momento che è quella che impegna le maggiori risorse in termini di ore uomo e macchina, inoltre a differenza della fase di digitalizzazione o scansione, è una fase che presuppone un ampio intervento manuale dell’operatore (spesso non dettato da “regole” oggettive).

Qualunque sia il sistema utilizzato per la fase di rilievo delle superfici il risultato è una nuvola di milioni di punti che  sarà tanto più densa, e quindi migliore il dettaglio della rappresentazione, quanto maggiore sarà la risoluzione impostata. La precisione e l’estrema densità di punti consentono di rilevare ogni dettaglio della superficie ma anche di aumentare esponenzialmente il peso del file.

Il filtraggio, l’eventuale sfoltimento del numero dei punti (diminuendo in maniera intelligente il numero di essi), la pulizia del rumore (noise) e l’eliminazioni di parti non interessati per il rilievo sono il primo  fondamentale passo per rendere il file più leggero e quindi più gestibile.

Le principali operazioni possono essere schematizzate come segue:

  • Rimozione di punti in posizione errata a causa di errori di misura. Operazione che può essere gestita manualmente oppure automaticamente (mediante appositi algoritmi).
  • Rimozione di punti che si sovrappongono, a distanza inferiore rispetto alla media degli altri punti della nuvola.
  • Eliminazione intelligente di una certa percentuale di punti.
  • Riduzione della rugosità mediante lo “spostamento” (senza cancellazione) di alcuni punti, controllando però dopo tale operazione che non ci sia stato uno “stravolgimento” del modello originale.

Spesso è necessario unire più scansioni (registrazione della nuvola) utilizzando le misurazioni topografiche riconoscendo almeno tre punti omologhi tra due viste. Spesso i punti omologhi (punti in comune tra le nuvole) vengono materializzati attraverso targer riflettenti, elementi cartacei plastificati (solitamente quadrati 6x6 cm o 3x3 cm) che il software di gestione riconosce automaticamente.

La maggior parte dei software permettono anche di tagliare la nuvola di punti secondo gli assi cartesiani o piani, ottenendo sezioni orizzontali/verticali della nuvola o delle mesh poligonali create in maniera completamente automatica dal programma stesso.

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Reverse Engineering - 3.0 - Acquisizione

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Scritto da fiorella Lunedì 27 Luglio 2009 09:25

Ci sono diversi tipi di strumentazione per poter attuare un rilievo, che si differenziano per un diverso metodo di acquisizione, scopo, costo, portabilità dello strumento, precisione.

Diagramma acquisizione R.E.

I laser a scansione (o laser scanner) sono dispositivi ottico-meccanici capaci di emettere un impulso elettromagnetico (il laser) e di ricevere il segnale riflesso, misurando l'intervallo di tempo trascorso e, quindi, la distanza tra lo strumento ed il punto rilevato; sicuramente i più indicati per l’acquisizione dati nei campi architettonici, artistici e di restauro.

Il risultato dell’acquisizione è un insieme di punti sparsi con coordinate relative note più o meno regolare (in base alla precisione impostata) che comunemente viene chiamata “point cloud” (nuvola di punti).

Esistono sul mercato, diversi tipi di laser scanner ognuno con caratteristiche ben precise: tra le aziende leader fabbricatrici di Laser Scanner: Faro, iQvolution, Riegl, Leica geosystem, Konicaminolta, Trimble.

Laser scanner Leica HD S6100 Laser scanner Faro Photon120

 

Una prima importante classificazione dei laser scanner può essere effettuata in base al principio di acquisizione:

- laser scanner distanziometrici: la misura avviene in coordinate sferiche; per ogni punto acquisito si avrà un angolo orizzontale, uno verticale ed una distanza inclinata.

- laser scanner triangolari: utilizzano per la misurazione del punto il principio dell’intersezione in avanti.

Per l’uso del laser scanner, per prima cosa bisogna mettere in stazione  (o “in bolla”) lo strumento, poi si procede con l’acquisizione dei dati, attraverso unafinestra” di scansione (si può arrivare a circa 360° in orizzontale e 320° in verticale). Nel caso una sola scansione non fosse necessaria per l’acquisizione completa dell’oggetto da rilevare, si procede ad effettuare altre scansioni che dovranno essere legate con la precedente (ed eventualmente alla successiva) attraverso punti in comune (per poter facilitare l’operazione di unione delle nuvole si possono usare target o mire) e con una sovrapposizione almeno del 30%. Nei nuovi modelli di laser scanning c’è la possibilità di acquisire non solo le coordinate X,Y,Z di ogni punto ma di acquisire anche i valori RGB relativi al singolo punto, grazie all’assemblaggio in modo solidale al laser-scanner di una fotocamera digitale pre-calibrata.

Successivamente alla scansione in loco si dovrà procedere alla fase di “pulitura” (basta pensare che un buon laser scanner acquisisce circa 8-700 milioni 3-D pixel/scansione, circa 508.000 punti/sec.), attuando un filtraggio del rumore presente nella nuvola di punti (ma ne parleremo nella prossima puntata!).

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Reverse Engineering - 2.0 - Oggetto fisico

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Scritto da fiorella Domenica 19 Luglio 2009 22:18

Sono molte le applicazioni del R.E, sviluppatesi negli ultimi anni, nei campi più svariati: dall’architettura, al settore medico (soprattutto settore dentale, ortopedico e biomedico), passando al settore archeologico, fino alla ricostruzione di scene del crimine e simulazioni militari.

Il Grande  Kyz Kala a Merv in Turkmenistan Interno di un'abitazione

Le foto sopra sono di Justin Barton e illustrano la prima una nuvola di punti del Grande Kyz Kala a Merv in Turkmeninstan e la seconda quella di un interno di un'abitazione.

Molte anche le iniziative atte a valorizzare il patrimonio culturale e storico-artistico del nostro “bel paese”.

Sicuramente, una delle attività degne di nota è Toccare l'Arte, un’iniziativa atta alla fruizione delle opere d’arte per non-vedenti. Un progetto promosso dal Centro Servizi Educativi della Direzione Generale per il Patrimonio storico, artistico ed etnoantropologico e dall’ISCR. Il fine è quello della creazione di modelli fisici di statue antiche in differente materiale (gesso, resina e bronzo) e a differenti scale dimensionali, da mettere a disposizione per l’esperienza tattile dei non vedenti, che si propone di estendersi in maniera analoga e sistematica alle Gallerie ed ai Musei italiani, dove si trovano esposte le sculture originali.

Nel campo architettonico, la ricerca sul R.E. e sulla conservazione del bene continua incessantemente e molti sono gli esempi, tra i quali il progetto La Cattedrale di Pisa: Un rilievo 3D per l'integrazione con i sistemi informativi di documentazione storica e di restauro.

Ed ancora, unico per il suo genere il progetto Ramses, il primo rilievo tridimensionale di Venezia, promosso dal Comune di Venezia e attuato grazie a Insula spa.

Il Laser scanner viene usato non solo per la valorizzazione del patrimonio artistico ma anche per il monitoraggio ambientale, come per esempio, in seguito al catastrofico sisma che ha colpito la Provincia de L'Aquila il 6 aprile 2009. Il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) di Torino ha messo a disposizione uomini e attrezzature all’avanguardia per valutare i danni già prodotti e quelli che potrebbero ancora verificarsi a causa di ulteriori scosse nel Comune di Paganica, su un fronte roccioso, così da permettere la simulazione  delle traiettorie di eventuali massi che dovessero staccarsi dalla montagna.

L’oggetto da rilevare può essere, quindi, di varia natura e forma, nonchè di qualsiasi materiale (anche se ci sono dei materiali che per le loro proprietà poco si prestano).


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Reverse Engineering - 1.0 - Introduzione

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Scritto da fiorella Mercoledì 17 Giugno 2009 09:06

Il Reverse Engineering (R.E.) analizza la forma superficiale di un oggetto reale per poter successivamente generare il modello digitale in ambiente CAD/CAM con successiva, eventuale, prototipazione (una sorta di "plottaggio" tridimensionale).

Nato per le applicazioni industriali, negli ultimi anni, il R.E. sta entrando nel mondo dell’architettura e dei beni culturali trovando applicazione spesso nell’architettura storica, che mal si presta alla descrizione attraverso elementi geometrici standard. Il R.E. spesso può aiutare il recupero di forme ed elementi spesso molto complessi che appartengono ai nostri beni architettonici.

Questo il processo:

Oggetto Fisico > Acquisizione > Nuvole di punti (Point cloud) > Processamento > Modello 3D > Prototipazione

Il punto di partenza è l’acquisizione (o digitalizzazione) di nuvole di punti (point cloud), per mezzo di sensori che registrano le coordinate di milioni di punti appartenenti alla superficie da rilevare, con due tecniche opposte: a contatto (tramite pantografi digitali costituiti da un braccio snodato la cui punta, passando sulla superficie dell'oggetto da scansionare, trasmette le coordinate dei punti della superficie al calcolatore) e non a contatto (attraverso sensori ottici che rilevano i riflessi di luce generati da un raggio laser che rimbalza sulla superficie).

La nuvola di punti che ne scaturisce, opportunamente processata dal software di gestione, rende possibile l’estrazione di profili e sezioni in corrispondenza di n piani significativi oppure può essere trasformata in un modello mesh (poligoni adiacenti) o patch (superfici continue dette NURBS) per la realizzazione dei modello digitale della superficie.

Nei prossimi articoli approfondiremo gli argomenti attinenti il Reverse Engineering.

Tags: Reverse Engineering

 
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