Matteo Dellepiane

Grafica 3D per i beni culturali

Laurea magistrale in Informatica Umanistica, anno accademico 2012/2013

Docente: Matteo Dellepiane e lo staff del Visual Computing Lab, ISTI-CNR

AVVISO: il compitino scritto si terrà il giorno 6 giugno
APPELLO ESTIVO 1: 25 Giugno, ore 9, Aula N1
APPELLO ESTIVO 2: 18 luglio, ore 9, Aula N1


INIZIO CORSO: 28 Febbraio 2013 ore 12, Aula I

Orario:
Giovedì, 12.00-13.30, Aula I, Polo Fibonacci
Venerdì, 12.00-13.30, Aula I, Polo Fibonacci


Edizione 2011/2012 del corso

Le tecnologie 3D hanno avuto un grande sviluppo negli ultimi 10 anni: uno dei principali campi di applicazione è da sempre il settore dei Beni Culturali. L'obiettivo del corso è fornire agli studenti una panoramica dei diversi approcci possibili per ottenere modelli tridimensionali partendo da dati "reali" (come misurazioni o fotografie). Gli studenti verranno a contatto con le tecnologie di alto livello (Scansione 3D) e con le emergenti alternative "low-cost" (modellazione e generazione di geometria da immagini). Il corso sarà principalmente applicativo: insieme a nozioni di tipo teorica saranno sperimentati una serie di strumenti software (principalmente freeware e open-source) che permetteranno agli studenti di poter continuare a usare parte delle tecnonlogie anche a corso ultimato. Il corso si occuperà di ricostruzione 3D automatica o assistita: non saranno trattate pertante le tecniche di modellazione 3D classica.

Requisiti per il corso

- Discreta conoscenza dell'inglese: i software utilizzati e parte del materiale per le lezioni sarà in lingua inglese.
- Laptop o desktop personale: parte delle lezioni sarà dedicata a tutorial e laboratori sul processamento dei dati. E' pertanto consigliabile avere un portatile o un computer a casa su cui poter installare i software.
- Nozioni base di informatica, conoscenza base dell'html per il progetto finale.
- Voglia di "smanettare" sui dati...

Programma del corso

Qui di seguito ecco le lezioni già concluse:

28 Febbraio 2013: Introduzione. Presentazione del corso e primi concetti Slides

1 Marzo 2013: 3D e rendering: concetti generali, global illumination, la pipeline di rendering (by Daniele Bernabei) Slides

7-8 Marzo 2013: 3D Scanning Slides

14 Marzo 2013: 3D Scanning, tre esempi Slides

15 Marzo 2013: MeshLab Basics Slides

21 Marzo 2013: 3D Scanning pipeline in MeshLab Slides

22 Marzo 2013: MeshLab mesh processing and features Slides

11 Aprile 2013: ReLightable Images, teoria ed esempi (by Gianpaolo Palma) Slides

12 Aprile 2013: PTM Best Practice Slides

18-19 Aprile 2013: User-assisted image based modeling (by Marco Callieri) Slides

2 Maggio 2013: Dense Stereo Matching intro + Progetti d'esame Slides Slides

3 Maggio 2013: Dense Stereo Matching: Arc3D and Photosynth Toolkit Slides Slides

9 Maggio 2013: Dense Stereo Matching intro: making the model Slides

10-17 Maggio 2013: Color acquisition and projection Slides

18 Maggio 2013: Advanced visualization + WebGL Slides + Slides

30 Maggio 2013: Wrap up! Slides


I principali argomenti trattati saranno:

Introduzione, presentazione, overview

Introduzione alla grafica 3D

3D vs 2D; modelli di rappresentazione; la pipeline di rendering

Modellazione assistita da immagini: teoria e pratica

Basi di fotogrammetria; Image based modeling; Overview sui software commerciali; L’approccio Sketch-up; Laboratorio pratico Sketch-up

Scansione 3D: intro, teoria e pratica

Cosa è; sistemi di 3D scanning; teorie e tecniche di acquisizione; processing dei dati

Concetti di mesh processing: teoria e pratica

Navigazione; cleaning; re-meshing; coloring...; laboratorio pratico con MeshLab

Ricostruzione 3D da immagini; intro teoria e pratica

Dense stereo matching

Arc3D e Bundler; Processare i dati; Laboratorio pratico

Il colore in acquisizione: intro, teoria e pratica

Cos’è il colore; BRDF e simili; Image alignment; Color projection; Texture mapping and color per vertex; Laboratorio con MeshLab

RTI, intro teoria

Relightable Images; Polynomial Texture Maps; Acquisizione ed esempi

Advanced visualization

Shaders; multirisoluzione

WebGL e 3D su web

Presentazione casi di studio e risultati

Photocity; 3D Warehouse di Google; Cenobium; Overview dei progetti del Visual Computing Lab

Risorse software

MeshLab Release Sito
OKKIO per la versione x64, il redistributable package da installare dovrebbe essere qui
PTM Builder Download
RTI Viewer Sito
Photosynth toolkit 11 32Bit 64Bit
Photocloud Sito

Dataset vari

3D Scanning 1 Laurana_scan
3D Scanning 2 Tartaruga_scan
Mesh Processing Esempi per mesh processing
Mesh Processing - 2 Esempi per mesh processing - 2
La PTM del Sole acquisito in aula: immagini, file lp Download
Esempi per Arc3D Download
Esempi per Dense Stereo Matching Download
Esempi per Dense Stereo Matching2 Download
Esempi per Image alignment and color projection Download
Componente WebGL per visualizzazione modello 3D Download
Componente WebGL per visualizzazione PTM Download

Modalità di esame

Alla fine delle lezioni del corso, si svolge solitamente un compitino (facoltativo ma consigliato) che copre tutti gli argomenti del corso e assicura un punteggio di bonus/malus da applicare al voto d'esame.
L'esame consiste nell'applicazione di una delle tecniche di acquisizione viste nel corso (3D Scanning, Modellazione assistita, Dense Stereo Matching, PTM) su un oggetto di interesse per i beni culturali. Per la presentazione del progetto è necessario portare una chiavetta USB (o CD o disco esterno) contenente:
- una cartella con i dati utilizzati per il progetto (dati originali, file intermedi, qualsiasi dato che dimostri il lavoro fatto)
- una piccola pagina web contenente almeno tre sezioni: una pagina di presentazione (con visualizzazione del modello o snapshot accattivanti), una pagina che descriva (in dettaglio) la procedura di acquisizione, una pagina relativa al valore storico-artistico dell'oggetto acquisito, con motivazioni (anche pseudo-inventate) sulla necessità di un'acquisizione 3D.

L'esame consisterà in una breve presentazione della pagina web, e nella risposta ad eventuali domande chiarificatrici da parte mia. Raccomando la descrizione particolareggiata della vostra esperienza di acquisizione: anche gli errori e i diversi tentativi dimostrano il vostro impegno e lavoro. L'utilizzo "avanzato" degli strumenti visti durante il corso (MeshLab, WebGL, Proiezione colore...) è titolo di merito. Nel caso che non sia stato effettuato o superato il compitino, ci saranno alcune domande sul resto degli argomenti del corso.
Qualsiasi proposta dello studente per l’acquisizione è più che ben accetta, però vi propongo una breve lista di monumenti pisani che sono papabili per l’acquisizione. Sono più o meno in ordine di preferenza, e vale la regola del “chi primo arriva...”:

- Pal. Medici sul Lungarno
- Torre Campanaria S. Michele degli Scalzi
- Capitelli di Borgo Largo
- Statua Cosimo De' Medici in P.zza Cavalieri
- San Pietro in Vinculis
- S. Sepolcro
- San Francesco
- San Frediano

Materiale e link

Le dispense dell'esame dovrebbero essere sufficienti a superare l'esame. Ulteriori indicazioni per articoli o risorse web di possibile utilità saranno fornite durante il corso.
Ecco alcuni link utili relativi alle tecnologie e ai software usati nel corso:
- MeshLab, a freeware tool for mesh processing
- MeshLab stuff, utile blog
- Il sito del Visual Computing Lab, con contatti e descrizione delle attività
- Arc3D, webservice per la ricostruzione 3D a immagini
- Bundler: Structure from Motion (SfM) for Unordered Image Collections
- Photocity: capture the world one photo at a time
- Cenobium: i capitelli dei chiostri Romanici in Europa
- Matteo Dellepiane, sito personale: ci siete già dentro!

Contatti

Matteo Dellepiane
Visual Computing Lab, ISTI-CNR
Via G. Moruzzi 1, 56124 Pisa (PI)
Tel: 0503152925
Mail: dellepiane@isti.cnr.it