IL CASTELLO DI GRAINES: NUOVE METODOLOGIE PER IL RILIEVO DELLE MURATURE

Paolo ARDISSONE (*), Leandro BORNAZ (*)

(*) Politecnico di Torino - Dipartimento di Georisorse e Territorio C.so Duca degli Abruzzi, 24 – 10129 Torino

Tel. +39.011.564.7719 / 7687 Fax. +39.011.564.7699 Email: paolo.ardissone@polito.it; leandro.bornaz@polito.it

Abstract Il castello di Graines, nel comune di Brusson, domina da un’altura la media Val d’Ayas. Questo sito si rivela interessantissimo, non solo per il ruolo di primo piano avuto nel medioevo, ma anche per la mancanza di massicci rimaneggiamenti nei secoli. Un’analisi archeologica delle strutture murarie del castello potrebbe dare importanti risultati, non solo per la ricerca archeologica, ma anche per la valorizzazione turistica del sito. Il rilevamento dei beni culturali, finalizzato ad un’analisi dimensionale e stratigrafica dell’oggetto, è oggi in grado di ottenere notevoli vantaggi dalla ricostruzione di modelli 3D degli oggetti stessi e dalla creazione di ortofoto. All’interno del progetto europeo INTERREG IIIB “Vie Romane nel Mediterraneo”, Coordinato dal Dipartimento Soprintendenza per i Beni e le Attività Culturali, Direzione Beni Archeologici e Paesaggistici della Regione Autonoma Valle d’Aosta, sono state applicate differenti metodologie di rilevamento di una parte del castello, considerata di particolare interesse dal punto di vista dell’analisi archeologica delle murature. Abstract The castle of Graines, near Brusson (AO), overlooks the Ayas Valley. This site had an important role in the history of the middle ages and it seems to have had few changes during the centuries. A complete archaeological analysis of the walls should carry out important results, not only for the archaeological research, but also for the tourist valorisation of the site. The relief of cultural Heritage today can obtain an important aid from 3D models and from orthophotos of the objects. In the European project INTERREG IIIB “Roman routes in the Mediterranean”, coordinated by the Cultural Heritage Safeguard Office of Valle d’Aosta, we have carried out different methodologies for the relief of a part of the boundary wall, particularly interesting from archaeological point of view. Introduzione Il progetto europeo INTERREG IIIB MEDOCC “Vie Romane nel Mediterraneo” ha l’obbiettivo di creare una rete a sostegno di progetti pilota di tutela e valorizzazione di un patrimonio storico culturale comune a diverse regioni d’Europa: il sistema stradale romano. La Sovrintendenza per i Beni e le Attività Culturali, Direzione Beni Archeologici e Paesaggistici della Regione Autonoma Valle d’Aosta, ha coordinato diversi gruppi di ricerca formati da esperti con competenze specifiche: archeologi classici, archeologi medioevisti, storici istituzionali e geologi. Si è scelto la Valle d’Ayas (AO) come area di studio, e come tema storico le trasformazioni nella viabilità avvenute tra età romana e medioevo. Le linee guida del progetto richiedevano inoltre di dedicare particolare attenzione alla divulgazione dei risultati ad un pubblico vasto e con esigenze diverse. Gli esperti coinvolti hanno condotto studi e analisi di settore, che hanno prodotto dati che sono stati poi raccolti e organizzati in un SIT per la loro manutenzione, consultazione ed aggiornamento.

In più un gruppo di lavoro del Dipartimento di Georisorse e Territorio del Politecnico di Torino, in collaborazione con il Centro Studi Cultura e Territorio Cest-Marcovaldo, ha condotto un rilievo di dettaglio del Castello di Graines. Le finalità di questo rilievo erano: 1) sperimentare diverse tecniche di rilievo, facendo particolare attenzione alle esigenze degli utilizzatori finali, in questo caso degli archeologi; 2) valutare i diversi prodotti ottenuti, in termini di precisione, qualità e di competenze richieste; 3) proporre un’integrazione delle diverse tecniche del rilievo per la documentazione di un edificio storico. Il castello di Graines è stato scelto perché rappresenta una realtà interessantissima per lo studio storico archeologico, e perché è un sito che può essere un’importante risorsa per la valorizzazione turistica della Valle d’Ayas. Del Castello abbiamo poche notizie ricavabili da fonti documentarie, ma da una prima analisi autoptica delle strutture del castello si vede abbastanza chiaramente che la cinta muraria è stata rinforzata in diversi momenti (fig. 1). Il tipo di indagine che gli archeologi propongono in questi casi è l’analisi stratigrafica delle murature. Essa sostanzialmente si basa su tre passaggi: un rilievo delle diverse unità stratigrafiche murarie (USM), che sono le diverse azioni sia di costruzione che di distruzione identificabili sulla muratura; la compilazione, per ognuna di esse, di una scheda USM, che generalmente sono divise in due parti, una più descrittiva con voci come “criteri di distinzione” o “caratteristiche del legante” e una più tecnica in cui vengono descritti i rapporti con le USM vicine. Infine si passa alla costruzione del “matrix”, ovvero la sequenza cronologica relativa delle USM, dalla più recente alla più antica.

Figura 1 - particolare del muro Sud

Il rilievo E’ stato scelto come caso di studio una porzione del muro ovest, che sembrava particolarmente interessante per quanto riguarda l’analisi delle trasformazioni subite dal castello. Sono state utilizzate alcune tra le più moderne metodologie del rilevamento. In particolare sono stati effettuati un rilevamento laser scanner ed uno fotogrammetrico. A questi è stato associato un completo rilevamento topografico utile per la georeferenziazione dei modelli laser scanner e l’appoggio del modello fotogrammetrico. Prima di ogni fase di acquisizione, una serie di mire topografiche riflettenti sono state uniformemente distribuite lungo tutta l’opera muraria, con la funzione di punti di appoggio sia per la fotogrammetria sia per il modello laser. Il rilievo fotogrammetrico è stato condotto utilizzando una macchina fotografica di tipo reflex digitale Kodak pro 14N, avente ~13.5 Mpixel ed un sensore CMOS 24x36. La calibrazione delle immagini è stata effettuata utilizzando un software realizzato dal nostro gruppo di ricerca, utilizzando un apposito reticolo in laboratorio [Rinaudo et alii]. Il rilievo fotogrammetrico ha previsto la realizzazione di 4 immagini aventi un ricoprimento longitudinale dell’80% circa, con un rapporto base di presa – distanza di circa 1:4 ed una distanza di presa di circa 12 m. Contemporaneamente al rilievo fotogrammetrico è stato condotto un rilevamento laser scanner. Lo strumento utilizzato è un RIEGL LMS-Z420, al quale è solidamente connessa una fotocamera digitale Nikon D1x. E’ stata effettuata una sola scansione del tratto di muro, ad un passo di acquisizione di 20 mgon, in quanto sufficiente a ricoprire l’intera area di interesse.

A sostegno delle altre tecniche di rilevamento è stato condotto un rilievo topografico classico con una stazione motorizzata Topcon 8001.

Il trattamento dei dati Lo scopo del lavoro è confrontare differenti prodotti del rilievo per lo studio e l’analisi delle murature. I dati rilevati sono stati trattati per ottenere 4 prodotti differenti:

Raddrizzamento Ortofoto Modello 3D a colori Immagine solida

Il fine è stato quello di mostrare le diverse opportunità offerte ed i limiti imposti dalle singole tecniche, in rapporto allo studio archeologico di una struttura muraria. Particolare attenzione è stata posta, oltre che alla precisione e alla qualità di ogni singolo prodotto, anche alla sua applicabilità e fruibilità in termini di tempi, costi e competenze richieste. 1) Raddrizzamento La prima operazione che è stata effettuata è stato il semplice raddrizzamento delle immagini digitali. Il software utilizzato è RDF, programma sviluppato da un gruppo di ricerca dell’Università di Venezia, distribuito gratuitamente per scopi didattici e di ricerca. Si tratta di un software che consente di ottenere un risultato in tempi molto brevi e in modo economicamente conveniente (non è infatti necessario utilizzare particolari attrezzature per il rilievo). Bisogna però tenere presente che il raddrizzamento è adatto solo in quei casi in cui l’oggetto fotografato è assimilabile ad una superficie piana (situazione relativamente rara, quando si ha a che fare con edifici di interesse storico-archeologico). Nel nostro caso, sebbene il tratto di muro abbia una geometria abbastanza semplice, le deformazioni indotte dal suo andamento irregolare risultano dell’ordine di 15 cm. Deformazioni di questo tipo non sono compatibili con rilievi che richiedono un’accuratezza elevata. Il raddrizzamento può essere uno strumento utile per una prima analisi dell’oggetto, o nei casi in cui vi è la necessità di un rilievo speditivo e a basso costo. 2) Ortofoto L’ortofoto è un prodotto più complesso rispetto al semplice raddrizzamento. Si tratta di un’immagine digitale all’interno della quale sono state eliminate le deformazioni prospettiche dovute alla geometria di presa. Per fare questa operazione è necessario utilizzare una o più immagini digitali ed un modello di forma 3D dell’oggetto. Naturalmente l’ortofoto è tanto più precisa ed accurata quanto più dettagliato è il modello digitale dell’oggetto utilizzato per la sua produzione. Un modello digitale può essere facilmente derivato attraverso le classiche tecniche fotogrammetriche o attraverso l’utilizzo dei moderni sensori laser scanner. La differenza tra i due casi è legata essenzialmente a

Figura 2 - Ortofoto

due aspetti: velocità di produzione del modello digitale e densità di punti in esso presenti. La tecnica laser scanner permette di raggiungere risultati migliori sia in termini di tempi, che di punti acquisiti, ma determina costi più elevati nella produzione. E’ noto che le ortofoto classiche sono affette da deformazioni locali nel caso di zone defilate. Per risolvere questo problema in futuro si pensa di realizzare, oltre all’ortofoto classica, un ortofoto di precisione, utilizzando il software ACCORTHO, sviluppato dal nostro gruppo di ricerca. L’ortofoto (classica o di precisione) può rappresentare un ottimo supporto per sistemi informativi spaziali. In questo modo diventa possibile associare al rilievo dei dati alfanumerici, quali ad esempio le schede USM (fig. 2).

Figura 3 - Trattamento dei dati laser scanner

Per quanto detto, la realizzazione di ortofoto risulta più onerosa e richiede un’elaborazione maggiore rispetto al semplice caso del raddrizzamento ma, a fronte di questi aspetti, si ottiene un prodotto qualitativamente migliore. Nel caso in esame il modello digitale di forma (DDSM) è stato realizzato utilizzando il sensore laser scanner di tipo terrestre. Questi sensori hanno, come già detto in precedenza, la capacità di fornire un modello digitale di tipo denso in pochi istanti. Un modello digitale così completo e complesso offre la possibilità di ottenere un prodotto finale di ottima qualità. L’ortoproiezione è stata effettuata utilizzando il software commerciale PCI orthoengine. 3) Modello 3d Uno dei prodotti, che è possibile ottenere utilizzando un sensore laser scanner, è il modello 3D a superfici dell’oggetto acquisito. Se dell’oggetto si hanno a disposizione anche delle immagini digitali, è possibile ottenere un modello 3D a colori. Questo è ricavabile attraverso alcune ormai note operazioni di trattamento dei dati (figura 3). Un modello 3D a colori (fig. 4) è utile in quanto permette la comprensione immediata dei volumi dell’oggetto e ne permette una visione d’insieme. Può avere una funzione importante nella valorizzazione del sito, e forse anche nella sua tutela, dal momento che può essere inserito negli archivi come rilievo dello stato di fatto, per l’anagrafe delle opere archeologiche di elevato interesse.

Figura 4 – Il modello 3D colorato

Naturalmente le operazioni e le strumentazioni necessarie all’ottenimento, alla visualizzazione e alla manipolazione per l’estrazione di informazioni di un modello di forma di questo tipo sono più

lunghe e soggette a costi molto elevati. Inoltre come supporto alla ricerca i modelli 3D scontano una difficile fruibilità, sia per quanto riguarda l’integrazione con i sistemi informativi spaziali, sia per l’estrazione di misure tridimensionali. 4) Immagine solida Un prodotto, che sembra promettere sviluppi interessanti per l’indagine archeologica, è l’immagine solida. Si tratta di un prodotto derivante dall’integrazione delle classiche tecniche di fotogrammetria digitale con modelli digitali di tipo denso. In sintesi l’immagine solida è un’immagine digitale ad alta risoluzione all’interno della quale si trovano le informazioni tridimensionali relative all’oggetto fotografato. E’ sufficiente visualizzare a video l’immagine solida e posizionare il cursore del mouse su di essa per conoscere le coordinate del punto oggetto fotografato sul quale si trova il cursore stesso, senza bisogno di ricorrere ai classici metodi di visione stereoscopica. Quella descritta è una sola delle possibilità offerte dall’immagine solida. E’ possibile ad esempio effettuare misure tridimensionali di distanze e angoli selezionando semplicemente qualche punto oggetto sull’immagine.

Figura 5 – Immagine Solida

L’immagine solida è ormai ottenibile in modo semplice e in tempi brevi se si utilizza il laser scanner terrestre. Nel caso in esame è stata realizzata l’immagine solida della parete in esame utilizzando il software LSR sviluppato dal nostro gruppo di ricerca. Conclusioni In fase di gestione di uno studio archeologico, un prodotto molto apprezzato è l’ortofoto, intesa soprattutto come base di un SIT, nel quale strutturare anche le informazioni alfanumeriche (schede USM, dati sui materiali da costruzione, ecc...). Ad oggi, però, la creazione di ortofoto ed ortofoto di precisione risulta essere ancora in alcuni casi un processo elaborato. L’immagine solida è un prodotto che in futuro potrà essere utilizzato in modo efficace nell’analisi archeologica della stratigrafia muraria, per il grado di automazione raggiunta dal processo di produzione, per la semplicità di uso e per la completezza dell’informazione 3D. Inoltre è in fase di valutazione lo sviluppo di un software per la connessione diretta di un’immagine solida con un software di gestione di un sistema informativo spaziale.

Bibliografia DEQUAL S., LINGUA A., 2001. True orthophoto for Architectural Surveys. Proc. “XVIIIth International Symposium of CIPA –Postdam (Germany)”, pp. 269-276. BORNAZ L., RINAUDO F., Terrestrial laser scanner data processing - XXth ISPRS Congress Istanbul - July 2004 BORNAZ L., DEQUAL S., The solid image: an easy and complete way to describe 3D objects - XXth ISPRS Congress Istanbul - July 2004 Ringraziamenti Si ringraziano tutti i gruppi di ricerca che hanno partecipato al progetto “Vie Romane nel Mediterraneo” e la Sovrintendenza per i Beni e le Attività Culturali, Direzione Beni Archeologici e Paesaggistici, della Regione Autonoma Valle d’Aosta per la fruttuosa collaborazione e disponibilità. Il progetto è stato diretto dalla dottoressa Maria Antonina Cavallaro, a cui va un particolare ringraziamento.