Santa Maria di Cerrate. RELAZIONE DELL’ATTIVITÀ SVOLTA NELL’AMBITO DEL PROGETTO BYHERINET

Progetto BYHERINET – Relazione settembre 2007 Arch. Francesco Gabellone

IBAM - CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE - VIA MONTERONI C/O CAMPUS UNIVERSITARIO – 73100 LECCE TEL. ++39.0832.422212 FAX ++39.0832.422225

CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE ISTITUTO PER I BENI ARCHEOLOGICI E MONUMENTALI

LABORATORIO DI INFORMATA APPLICATA AI BENI CULTURALI RESPONSABILE SCIENTIFICO ARCH. FRANCESCO GABELLONE

RELAZIONE DELL’ATTIVITÀ SVOLTA NELL’AMBITO DEL PROGETTO BYHERINET

1. Metodologie utilizzate

Il laboratorio di informatica applicata ai Beni Culturali dell’IBAM di Lecce (IbamITLab) si

rivolge ai settori della conoscenza, valorizzazione e fruizione del Cultural Heritage, attraverso

l’uso delle tecnologie informatiche, seguendo prioritarie linee di attività che possono così

riassumersi:

1. Sviluppo di piattaforme on-line e off-line per la fruizione a distanza dei Beni Culturali (Vir-

tual Archaeology, Augmented Reality);

2. Modellazione tridimensionale e implementazione dei nuovi algoritmi di resa per lo studio

ricostruttivo di monumenti antichi;

3. Rilievo e rappresentazione del costruito attraverso i metodi diretti ed indiretti

4. Authoring di CD-ROM e DVD Video.

Le esperienze maturate nell’ambito di queste attività hanno permesso lo sviluppo di piattafor-

me per la fruizione a distanza dei Beni Culturali, la definizione di metodologie Low-Cost per

il rilievo e la documentazione dei beni mobili ed immobili, nonché la messa a punto di una

pipeline produttiva per applicazioni divulgative in cui si prioritario l’uso della Realtà Virtuale

come strumento di rara potenza per lo studio e la rappresentazione dei contesti antichi e mo-

derni.

Obiettivo prioritario dell’attività svolta dall’IbamITLab nell’ambito del progetto

ByHeriNet è lo sviluppo di metodologie integrate per la realizzazione di modelli tridimensio-

nali eseguiti con tecniche di laser scanner, fotogrammetria e fotomodellazione 3D, applicati a

contesti di età bizantina della provincia di Lecce e della Basilicata, con particolare riferimento

a quei monumenti che denotano elementi di particolare interesse e/o particolarmente rappre-

sentativi del periodo oggetto di studio. I modelli tridimensionali definiti attraverso le metodo-

logie intergrate di seguito descritte, costituiscono una base informativa privilegiata in grado di

rappresentare con estrema accuratezza sia la morfologia architettonica alle diverse scale,

comprendendo sia gli elementi di dettaglio che l’articolazione monumentale nel suo comples-



so, nonché le caratteristiche tessiturali delle superfici interne ed esterne. I risultati di questo

lavoro sono stati conseguiti ricorrendo in gran parte alle tecnologie image-based seguendo un

approccio induttivo che dal particolare volge al generale, dall’oggetto al territorio, nel tentati-

vo di rispondere ad uno degli scopi principali dell’archeologia moderna: ricostruire sempre

più ampi scenari delle antiche civiltà, nel tentativo di capire ed interpretare il passato. Ogni

monumento è stato rappresentato in rapporto al contesto ambientale in cui è collocato, rimar-

cando i sistemi di relazione che lo caratterizzano e che spesso costituiscono l’elemento prima-

rio necessario per fornire risposte alle soluzioni architettoniche adottate. La finalità principale

di questa ricerca rimane però nella possibilità di rendere fruibili attraverso il web o attraverso

prodotti stand-alone i risultati conseguiti, consentendo agli utenti di visitare i monumenti sia

attraverso sistemi di visita 3D RealTime che attraverso panorami 3D sferici ed interattivi. O-

gni modello tridimensionale viene quindi integrato nel sistema di authoring multimediale, in

cui tutti i media disponibili sul bene in oggetto (audio, video, VRML, QTVR, VR Object,

immagini, tabelle, ecc.) possono integrarsi in un ambiente di fruizione unico, che aggrega le

descrizioni di carattere storico-critiche (inquadramento storico, rapporti con i contesti antichi,

analisi esegetica, ecc.) alle metodologie tecnico-scientifiche di analisi e diagnosi (analisi dei

materiali costituenti, stato di conservazione, studio delle caratteristiche architettoniche, ecc.).

Nell’ambiente interattivo è possibile interagire con le strutture dei siti studiati ed interrogare i

DataBase collegati per consultare planimetrie, dati topografici, ortofoto e documenti storici.

La visita virtuale è inoltre integrata da ricostruzioni in CG (Computer Graphics) che consenti-

ranno all’utente di effettuare una lettura diacronica del monumento e di comprendere meglio

le trasformazioni che lo hanno interessato.

Potremmo sintetizzare il WorkFlow di ogni singolo monumento studiato nel modo seguente:

1. Raccolta della documentazione storica disponibile;

2. Rilievo architettonico delle strutture architettoniche, eseguito con metodi appro-

priati alle caratteristiche peculiari di ogni monumento;

3. Restituzione tridimensionale ed ottimizzazione dei modelli in funzione degli

output previsti;

4. Estrazione degli elaborati bidimensionali e dei contributi video da integrare nei si-

stemi di computer vision o nei prodotti divulgativi stand-alone (DVD Video, mo-

delli VRML, ecc.)

5. Realizzazione di panorama virtuali sferici (QTVR);

6. Implementazione dei modelli 3D e dei contributi QTVR in piattaforme di cono-

scenza nel VR basate su motore RealTime.



2. SANTA MARIA DI CERRATE

2.1 Cenni storici

L’abbazia di Santa Maria di Cerrate, situata in aperta campagna, nel territorio di Squinzano,

pochi chilometri a Nord di Lecce, venne fondata agli inizi del XII secolo dai conti normanni

ed ebbe una storia comune a molte altre abbazie salentine italo-greche. Ciò che resta oggi di

quello che fu un importante monastero basiliano, tra l’altro sede di un celebre scriptorium, è

un edificio molto rimaneggiato nelle epoche successive, con un’ala porticata addossata al cor-

po originale, un sontuoso pozzo cinquecentesco ed altre pertinenze tarde. Tipica della zona

salentina è la decorazione esterna della chiesa a lesene sottili e ad archetti, mentre di gusto

francese è il ricco portale duecentesco; all’interno la basilica fu rivestita di affreschi tra il XIII

e il XVI secolo, secondo una lunga e continua attività di abbellimento di quello che almeno

fino al Cinquecento fu un importantissimo centro di vita religiosa e culturale. Successivamen-

te il complesso venne trasformato in masseria, tornando solo di recente ad essere un punto di

riferimento culturale per la zona; il restauro della chiesa e degli ambienti circostanti ha per-

messo infatti l’allestimento e la sistemazione di un interessante Museo delle Arti e delle Tra-

dizioni popolari del Salento, dipendente dal museo provinciale.

L’interno della chiesa si presenta come una basilica a tre navate, delle quali la minore sinistra

raccordata al portico duecentesco. La facciata è ritmata da archetti pensili che ne scandiscono

la tripartizione, inquadrando due finestre monofore in corrispondenza delle navatelle e sepa-

rando, in corrispondenza della navata centrale, il piccolo rosoncino dal ricco portale istoriato.

Fig. 1. S. Maria di Cerrate, esterno



2.2 Il rilievo

Il rilievo architettonico dell’abbazia di Santa Maria di Cerrate è finalizzato alla documenta-

zione dello stato attuale e alla costruzione dei modelli tridimensionali necessari allo sviluppo

delle piattaforme di conoscenza descritte in precedenza. In conseguenza di questo, le opera-

zioni di rilievo hanno riguardato non solo le singole facciate della chiesa, ma anche l’insieme

degli edifici che, ad oggi, cingono l’edificio centrale in un ‘recinto’ fortificato, costituendo

con esso un complesso monumentale inscindibile. Partendo da queste premesse, il lavoro si è

indirizzato, nelle prime fasi, sull’acquisizione della documentazione fotografica di base e sulla

ricerca delle tecniche appropriate per realizzare una restituzione del complesso monumentale

ad alto livello di dettaglio e buona precisione.

Fig.2 Il pozzo ed alcuni degli edifici intorno alla basilica

Come gia detto, considerando le finalità del prodotto di comunicazione ed i problemi specifici

di rilievo, tali requisiti di base sono stati facilmente individuati nelle tecniche di restituzione

basate sulla fotogrammetria digitale ed in particolare nella fotomodellazione. Le motivazioni

alla base di tale scelta vanno sicuramente ricercate nella maggiore flessibilità e facilità d’uso

rispetto alle normali tecniche fotogrammetriche, ma soprattutto nella possibilità di ottenere,

ad un costo estremamente contenuto, modelli tridimensionali di grande precisione (rif. Low

cost met, CIPA). Nel caso specifico, è utile sottolineare che le difficoltà di rilievo dovute

all’altezza complessiva degli edifici unitamente ai problemi di accessibilità su alcuni elementi

architettonici (rosone, tetti, finestre ai piani superiori, ecc.), avrebbero sicuramente richiesto



notevoli sforzi (e costi aggiuntivi) per la predisposizione delle attrezzature necessarie ad un

rilievo fotogrammetrico tradizionale. È d’altro canto da escludersi a priori, date le premesse,

l’adozione di un sistema basato sulla scansione laser in quanto questo avrebbe richiesto tempi

di rielaborazione maggiori e dati ridondanti sulle superfici piane.

Fig.3 Il pozzo ed il portico duecentesco

Nel rilievo architettonico ‘finalizzato’ ci sembra invece alquanto determinante l’intervento

critico del rilevatore, il quale dovrà individuare, attraverso un’attenta analisi degli elementi

architettonici, i soli punti notevoli necessari alla restituzione. Questa operazione critica del ri-

conoscimento dei punti corrispondenti su riprese fotografiche diverse è anche l’operazione

fondamentale di un rilievo in fotomodellazione. Operativamente è sufficiente individuare i

vertici di ogni elemento architettonico, oppure inserire sulla facciata alcuni target nelle zone

scarsamente caratterizzate, per ottenere modelli tridimensionali completi delle textures map-

pate in proiezione UVW. L’utilizzo di software commerciale e di una semplice fotocamera

digitale per la produzione dell’unico media di base (la fotografia digitale), necessario alla rea-

lizzazione dei vari contributi (modelli 3D, QTVR), può sicuramente rappresentare una meto-

dologia di riferimento anche i realtà operative medio-piccole, con bassi budget a disposizione.

Al di là delle facilità d’uso e dei notevoli risultati che qualsiasi operatore mediamente esperto

potrà trovare nel rilievo basato sulla fotomodellazione, tale tecnica consente, com’è già stato

detto, di ottenere dei modelli tridimensionali a basso numero di poligoni completi di texture.

Questa caratteristica è di non poco conto, se si considera l’utilizzo di questi modelli come ba-



se operativa per lo sviluppo di prodotti di comunicazione basati su metafore 3D. Ogni solu-

zione ‘desktop’, ma ancora di più ogni utilizzo sul web, richiederebbe modelli ottimizzati per

una gestione ottimale su macchine con dotazione hardware nella media.

Fig.4 Particolari costruttivi. Il rosone con i pilastrini mancanti ed un capitello pertinente al portico

Fig.5 Particolare dell’interno della basilica



2.3 Le ricostruzioni tridimensionali

Il lavoro ricostruttivo ha interessato contemporaneamente gli esterni del complesso e gli in-

terni della chiesa, prestando particolare attenzione al problema del Restauro Virtuale degli af-

freschi oggi visibili sulle pareti delle navatelle. Questi affreschi mostrano evidenti i segni del-

le picchettature operate per far aderire lo strato di intonaco oggi rimosso, il quale era

anch’esso ricoperto da un altro ciclo di affreschi, oggi conservati e visitabili nelle sale

dell’adiacente museo. Attraverso i metodi dell’archeologia virtuale, o meglio del Restauro

Virtuale, queste pitture sono state ricollocate nella loro posizione originaria, al di sopra degli

affreschi più antichi; l’utente potrà così visualizzare in un unico prodotto la cronologia delle

fasi storiche documentate e conoscere in pochi minuti un’evoluzione storica durata secoli.

Fig.6 Restituzione in fotomodellazione della chiesa

Sono state sviluppate due tecniche distinte di restauro digitale: la prima è stata impiegata per

la ricomposizione di un affresco del XIII secolo posto lungo la parete sud dell’aula della chie-

sa il quale, a seguito di diverse attività edilizie che hanno comportato lo smontaggio e il suc-

cessivo rimontaggio di una parete dell’edificio sulla quale era dipinto, si presenta attualmente

privo di coerenza iconografica caratterizzato da un riassemblaggio che conferisce a questo af-



fresco un effetto di puzzle. Nella problematica specifica del restauro dei cicli pittorici il re-

stauro digitale è intimamente legato a tutte quelle operazioni preliminari alla stesura di un

progetto di conservazione, secondo l’approccio del cosiddetto “restauro guidato” che consen-

te, in primo luogo una pre-visualizzazione di ipotetici interventi, ma soprattutto di ripristinare

la leggibilità e l’unità formale dell’opera d’arte nella sua figuratività, nel rispetto dei principi

acquisiti del moderno restauro: distinguibilità, reversibilità, minimo intervento e compatibili-

tà. Per la restituzione dell’affresco si è in primo luogo proceduto alla ripresa fotografica attra-

verso una base d’appoggio con target delle singole parti dell’affresco impiegando tecniche di

fotogrammetria. Successivamente si è provveduto a ricollocare in digitale, tutte le parti su

un’unica base fotografica ad alta definizione. Il risultato ottenuto ha consentito, da una parte,

la parziale restituzione dell’affresco e, dall’atra parte, la creazione di una texture successiva-

mente applicata al modello 3d della chiesa nella fase duecentesca.

Altri casi di restauro digitale di cicli pittorici hanno interessato la ricollocazione di due affre-

schi tardo-medievali staccati durante i lavori di restauro della chiesa del 1970 e oggi conser-

vati nell’adiacente museo. Anche in questo caso sono state eseguite prese fotogrammetriche

ad alta risoluzione delle pitture e in seguito, attraverso l’utilizzo di fonti d’archivio quali vec-

chie fotografie e incisioni a stampa sono stati ricollocati nella loro posizione originaria

all’interno di nuovo modello 3d, relativo alla fase ‘800. La realizzazione di modelli 3d relativi

alle singole fasi storiche della chiesa conduce ad una definizione di ‘restauro digitale 3d’, in-

teso non come modalità di ricostruzione ideale di un manufatto architettonico, ma come me-

todologia per la verifica e la sintesi dei dati analitici, finalizzati allo studio della logica fun-

zionale e strutturale di un edificio attraverso innovativi metodi di visualizzazione.

Tecniche di simulazione della luce attraverso radiance map o HDRI, displacement sub-

poligonale per la resa delle murature, generazione di filamenti per le distese di erba e subdivi-

sion surfaces a controllo manuale per la modellazione delle superfici complesse (capitelli, e-

lementi scultorei, ecc.), sono solo alcune tra le tante features applicate nello studio ricostrutti-

vo di S. M. di Cerrate. Lo studio ricostruttivo di un monumento può oggi utilizzare produtti-

vamente le tecnologie 3d ed i sistemi avanzati per la visualizzazione raggiungendo risultati

solo pochi anni fa inimmaginabili. Studiare un monumento in ogni dettaglio visualizzandone

forma e colore nelle tre dimensioni è ormai un’insostituibile aiuto per i ricercatori, ma il com-

puter e le tecnologie avanzate sono solo strumenti ed in nessun caso possono diventare il fine

della ricerca. Il caso di studio proposto in questa sede permette, grazie all’uso delle tecnolo-

gie, di aprire una finestra sul nostro passato, ma il vero obbiettivo è, e rimane ancora una vol-



ta, la ricerca storico-archeologica, che grazie alla Realtà Virtuale può essere raccontata e rap-

presentata come mai prima d’ora.

Fig.7 Restituzione parziale ed estrazione delle ortofoto necessarie al texturing

Fig.8 Post processing nel sw di modellazione 3D

1 2 3 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 850

90 95 100 105 110 m

5432

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

PLANIMETRIA

AA

E

B

E

B

CC

DD

PIANTA

1

15

10

5

4

3

2

12 3 4 5 10 15 20 25 m1,5 2,5 3,5 4,50

1,5

2,5

3,5

4,5

PROSPETTO EST

1

15

10

5

4

3

2

12 3 4 5 10 15 20 25 m1,5 2,5 3,5 4,50

1,5

2,5

3,5

4,5

PROSPETTO SUD

1

15

10

5

4

3

2

12 3 4 5 10 15 20 25 m1,5 2,5 3,5 4,50

1,5

2,5

3,5

4,5

PROSPETTO OVEST

1

15

10

5

4

3

2

12 3 4 5 10 15 20 25 m1,5 2,5 3,5 4,50

1,5

2,5

3,5

4,5

PROSPETTO NORD

1

15

10

5

4

3

2

12 3 4 5 10 15 20 25 m1,5 2,5 3,5 4,50

1,5

2,5

3,5

4,5

SEZIONE A-A

1

15

10

5

4

3

2

12 3 4 5 10 15 20 25 m1,5 2,5 3,5 4,50

1,5

2,5

3,5

4,5

SEZIONE B-B

1

15

10

5

4

3

2

12 3 4 5 10 15 20 25 m1,5 2,5 3,5 4,50

1,5

2,5

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SEZIONE C-C

1

15

10

5

4

3

2

12 3 4 5 10 15 20 25 m1,5 2,5 3,5 4,50

1,5

2,5

3,5

4,5

SEZIONE D-D

1

15

10

5

4

3

2

12 3 4 5 10 15 20 25 m1,5 2,5 3,5 4,50

1,5

2,5

3,5

4,5

SEZIONE E-E

1

15

10

5

4

3

2

12 3 4 5 10 15 20 25 m1,5 2,5 3,5 4,50

1,5

2,5

3,5

4,5



Modellazione 3D, rilievo e rendering a cura dell’ITLab di Lecce.

Francesco Gabellone (responsabile scientifico)

Marcello Corrado

Ivan Ferrari

Francesco Giuri

Massimo Limoncelli

Ogni riproduzione deve essere preventivamente autorizzata.

© IBAM ITLAB 2007-2008

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