- +39 0984 1758030
- CONTATTACI
Il servizio di ricostruzione subacquea 3D sfrutta l'integrazione di tecniche ottiche ed acustiche per ottenere modelli 3D texturizzati e in multi-risoluzione dei siti archeologici sommersi.
I sistemi acustici, come gli Ecoscandagli multibeam (MBES), di solito impiegati per la generazione di mappe batimetriche in contesti archeologici, consentono di acquisire una grande quantità di dati a lunghe distanze ed in presenza di scarsa visibilità, ma i risultati sono depotenziati dalla bassa risoluzione e dalla mancanza di informazioni cromatiche. I sistemi ottici, al contrario, sono più adatti per le acquisizioni a corto raggio e consentono la raccolta di dati 3D ad alta risoluzione, accurati e texturizzati, ma i risultati sono fortemente influenzati dalle condizioni di visibilità.
L'incrocio dei dati ottenuti da entrambi i sistemi, consente di bilanciarne le caratteristiche e i difetti, permettendo la generazione di modelli tridimensionali che uniscono la risoluzione dei sensori ottici con la precisione delle tecniche di rilevamento acustico. In tal modo è possibile modellare ambientazioni grandi e complesse in tempi relativamente brevi, ottenere una rappresentazione completa della scena subacquea e geo-localizzare il modello 3D ottico utilizzando la mappa batimetrica acustica come riferimento.
Le fasi principali del metodo proposto sono mostrate in Figura 2:
Figura 2: Processo di creazione dei dati acustici ed ottici.
Dopo una prima ispezione del sito, al fine di localizzare le aree di maggiore importanza dal punto di vista archeologico (le uniche che verranno acquisite con i sensori ottici), viene effettuato il rilevamento integrato (ottico ed acustico).
In seguito, i dati ottenuti vengono incrociati, facendo riferimento a dei target preventivamente disposti durante l'acquisizione. Si tratta di bersagli artificiali, caratterizzati da figure geometriche, che permettono al software di ottenere dei punti di riferimento per l'allineamento dei dati ottici ed acustici, attraverso il riconoscimento delle omologie geometriche (features) tra di essi, all'interno delle due ricostruzioni. Tenendo conto che le caratteristiche di riflessione dei segnali ottici ed acustici variano in funzione dei materiali impiegati, i target sono realizzati in alluminio, rivestito di pluribal, in modo da sfruttare l'alta riflettività dell'aria in acqua e ottenere dei dati quanto più precisi possibile per l'allineamento successivo. Da questa operazione, la nuvola di punti ottica risulta automaticamente geo-referenziata, anche grazie ad una serie di misurazioni molto precise sulla profondità (nell'ordine del centimetro di errore), ottenute grazie ad attrezzature MBES ad alta frequenza.
Le ultime fasi del processo sono il meshing ed il texturing della nuvola di punti opto-acustica, ottenuta dalla doppia acquisizione del sito archeologico. La fase di meshing consiste nel creare una maglia geometrica (mesh) a partire dalla nuvola di punti; questo è reso possibile da un software dedicato che utilizza a tale scopo un algoritmo multirisoluzione efficiente, e permette inoltre di effettuare miglioramenti nelle geometrie del modello, tenendo sempre la nuvola di punti come riferimento. La mesh del fondale, generata dalla nuvola di punti acquisita tramite batimetria acustica, avrà una risoluzione inferiore a quella dei reperti, per i quali è necessario ottenere un modello più accurato.
La fase di texturing consiste, invece, nell'applicare le informazioni cromatiche (texture) alla maglia geometrica. Per i reperti, si utilizza a tale scopo una tecnica basata sulla proiezione e unione di immagini 2D sulla superficie 3D. In particolare, poiché in ogni momento dell'acquisizione ottica è nota la posizione esatta della fotocamera, le foto ad alta risoluzione relative ad una data porzione di superficie acquisita, vengono mappate direttamente sul modello 3D della stessa porzione. Il software preposto all'elaborazione della texture realizza quindi un'operazione di merging di più immagini (opportunamente selezionate dall'operatore in modo che tra di esse esista un certo grado di sovrapposizione), facendo riferimento alle features delle immagini stesse e generando, così, una texture completa ed esatta dell'intero modello. Per il texturing del fondale è sufficiente, invece, utilizzare delle immagini "seamless" (ovvero immagini che, affiancate, non mostrano alcuna soluzione di continuità) a bassa risoluzione e ripetute sull'intera superficie.
Uno dei principali obiettivi del progetto VISAS è quello di sviluppare sistemi di Realtà Virtuale capaci di rendere più accattivante ed efficace l'esperienza di visita dei siti archeologici subacquei da parte del pubblico, fornendo ad esso informazioni ed indicazioni di taglio educativo, in maniera ludica e interattiva.
Tali sistemi si dividono in due tipologie, distinguibili in base al dispositivo che utilizzano e al grado di immersione, interazione e presenza che l'utente ha rispetto ad essi:
La prima consente agli utenti di vivere un'esperienza semi-immersiva mediante un monitor basato sulla tecnologia HD e 3D passiva. La tecnologia passiva è stata preferita a quella attiva perché gli occhiali 3D attivi sono costosi e hanno bisogno di batterie per funzionare; gli occhiali 3D passivi sono invece poco costosi e relativamente più leggeri e confortevoli. Gli utenti interagiscono con il sistema per mezzo di un tablet multi-touch, dotato di interfaccia utente che fornisce tutte le funzionalità di input necessarie per esplorare l'ambiente 3D e ottenere l'accesso ai dati multimediali.
La seconda tipologia trasporta l'utente in una esperienza immersiva attraverso la tecnologia HMD (head mounted display), che lo isola dalle distrazioni dell'ambiente fisico e abbraccia l'intero campo visivo, incluso lo spazio periferico. La navigazione nell'ambiente virtuale viene eseguita semplicemente muovendo il corpo e interagendo, eventualmente, con un joystick. In questo caso le informazioni vengono recepite dall'utente in formato audio, nel momento in cui questo interagisce direttamente con gli oggetti 3D ed i Punti di Interesse (POIs), collocati nell'ambiente virtuale.
In aggiunta al sistema di Immersione Virtuale è stato inoltre implementato un software specifico per i subacquei, che permette di realizzare una programmazione dettagliata dell'itinerario e delle operazioni che si andranno a svolgere durante l'immersione reale. Si tratta di una reinterpretazione molto efficace e innovativa di una procedura normalmente utilizzata dai sub, prima di ogni immersione subacquea, utile soprattutto a fornire istruzioni importanti da un punto di vista tecnico e per la sicurezza ma che spesso viene percepita come noiosa e poco attraente. Attraverso la navigazione in realtà virtuale, tale attività assume una dimensione ludica in grado di coinvolgere anche i sub più reticenti, prestandosi, allo stesso tempo, ad attività di tipo didattico.
Figura 3: Esperienza di Immersione subacquea virtuale di tipo semi-immersivo.
Questo servizio è destinato ai sub che intendano visitare un sito archeologico sommerso, costituendo una guida virtuale "aumentata" in grado di accompagnarli nell'esplorazione dell'area e fornire loro informazioni specifiche sui reperti, la flora e la fauna dell'area. Questo è reso possibile dall'utilizzo di un tablet, opportunamente attrezzato con uno scafandro impermeabile e dotato di un sistema integrato per la localizzazione acustica e la navigazione inerziale.
Gli strumenti di posizionamento subacquei attualmente disponibili sul mercato si basano su sistemi di comunicazione acustica molto costosi, che stimano la posizione del ricevitore calcolandone la distanza da almeno tre trasmettitori fissi (LBL - Long Baseline) o tramite l'utilizzo di un singolo trasmettitore ed un array di ricevitori (SBL / USB - breve / Ultrashort Baseline).
Il progetto VISAS ha permesso di realizzare un sistema subacqueo di posizionamento e orientamento a basso costo, composto da uno o più beacon fissi (posti sul fondale marino) e da un tablet subacqueo dotato di un modem acustico (tecnica LBL, vedi Figura 4). Al fine di migliorarne la precisione ed aumentarne l'affidabilità in caso di perdita di segnale da uno o più beacon, il tablet è anche dotato di una piattaforma inerziale ed un sensore di profondità. I dati provenienti dai vari sensori vengono elaborati tramite algoritmi di data-fusion e di stima degli errori.
Il sistema di tracciamento del tablet invia una query ai beacon e calcola la propria distanza da ciascuno di essi. I dati ottenuti vengono poi utilizzati dall'algoritmo di data-fusion per correggere la stima della posizione ottenuta, attraverso il sistema inerziale ed il sensore di pressione. Il software di navigazione riceve queste informazioni e, tramite una semplice interfaccia, mostra la posizione del tablet su una mappa 3D del sito archeologico, guidando il visitatore lungo un percorso prescelto. Oltre alla posizione e alle informazioni sui reperti e l'ambiente marino, il software fornisce molte altri dati, utili alla navigazione, come lo stato del sistema, la carica della batteria, la temperatura dell'acqua e la profondità. É anche possibile cambiare la modalità di visualizzazione o aprire il la fotocamera integrata per scattare foto, che verranno automaticamente georeferenziate dal sistema.
Figure 4: Sistema di immersione subacquea in realtà aumentata di VISAS.
