Il 3D per la diagnostica dell’Adorazione di Leonardo

Il Visual Computing Lab dell'ISTI-CNR ha realizzato, in collaborazione con l'Opificio delle Pietre Dure, un modello 3D ad alta risoluzione dell'Adorazione dei Magi di Leonardo da Vinci di supporto alla diagnostica e al monitoraggio del suo stato di conservazione nell'ambito di un intervento di restauro durato cinque anni (2012-2017). Il capolavoro non finito è tornato alla Galleria degli Uffizi il 27 marzo come star dell'esposizione ‘Il cosmo magico di Leonardo da Vinci: l’Adorazione dei Magi restaurata', allestita nella Galleria delle Statue e delle Pitture dal 28 marzo al 24 settembre 2017.

L'Adorazione dei Magi (ca. 2,40 x 2,40 metri) fu commissionata a Leonardo nel 1481 e la sua complessità consiste in gran parte proprio nel suo essere un dipinto incompiuto. Leonardo da Vinci, infatti, partendo nel 1482 da Firenze alla volta di Milano, lasciò la pittura a diversi livelli di avanzamento: "alla stesura appena accennata dell'azzurro del cielo si affiancano aree quasi di solo disegno, figure più costruite e rilevate con colori scuri, immagini che si sovrappongono ad altre, cancellandole e cambiando l’intenzione precedente, e, anche, zone di ricerca spaziale e volumetrica". L'opera, inoltre, fu realizzata su un supporto ligneo costituito da 10 tavole verticali di larghezza variabile, tenute insieme da tre traverse orizzontali e da diversi elementi di collegamento che nel tempo hanno subìto delle curvature e deformazioni con naturali ripercussioni sullo strato pittorico.

L'obiettivo del progetto è dunque consistito nella realizzazione di un modello 3D ad alta risoluzione dell'intera opera al fine di fornire ai restauratori uno strumento in grado di evidenziare e misurare una mappa di deviazioni della planarità causata dalla curvatura e deformazione delle tavole lignee, consentendo di documentare la deformazione spaziale subìta dalla pittura e monitorare il suo stato attuale di conservazione.

I risultati sono stati presentati per la prima volta al Salone dell'Arte e del Restauro di Firenze 2018 nella conferenza “Storia, tecnica, e scienza per il restauro dell’Adorazione di Leonardo”.

Acquisizione dati 3D dell'Adorazione dei Magi

La campagna di acquisizione 3D dell’intera opera è stata eseguita in più giorni nel dicembre 2015. L’opera si presentava già in una fase avanzata di pulitura della superficie pittorica e grande era la necessità da parte dei restauratori dell’Opificio delle Pietre Dure di avere nuovi dati geometrici sullo stato di conservazione rispetto alle acquisizioni eseguite prima del restauro (2002 e 2012).
L’acquisizione 3D dell’opera è stata effettuata con un sistema di scansione a luce strutturata (ATOS Compact Scan 5M prodotto da GOM) composto da un proiettore e da due telecamere ad alta risoluzione (5 megapixel). Per la scansione 3D è stata utilizzata un’ottica da 8 mm.
L’opera era posizionata in verticale, permettendo così di documentare il fronte e il retro, i due lati e l’estremità superiore.
Nel complesso sono state acquisite 96 range map per la parte frontale (superficie pittorica) e 111 range map per il retro (supporto ligneo). Ogni scansione copre un'area di 1100mm x 900mm e presenta una sovrapposizione di circa il 50% con ciascuna scansione adiacente.
L'elevato numero di scansioni sul fronte è dovuto alla caratteristica ottica di alcuni pigmenti utilizzati nell'opera da Leonardo, in particolare a quelli più scuri emersi dopo la pulitura della superficie

Il modello 3D prodotto e l'analisi del supporto

Il risultato finale è un unico modello 3D ad alta risoluzione costituito dal fronte, dal retro e dai bordi, e composto da 132 milioni di punti con un campionamento di circa 10 punti per mm2.
Esso rappresenta un ottimo strumento di supporto alla documentazione dell’attuale stato di conversazione e al monitoraggio dell’opera attraverso una serie di analisi e misurazioni geometriche.
Per stimare numericamente la deformazione è stato necessario calcolare la distanza che separa i campioni che compongono il modello 3D da un piano virtuale. Il piano di riferimento è stato calcolato come piano medio rispetto ai punti della superficie del dipinto. L’informazione di distanza tra piano e superficie è stata codificato come attributo di colore, utilizzando una scala di colori che ne consente una visualizzazione diretta sulla mesh.
Successivamente, abbiamo operato un confronto numerico tra il modello 3D realizzato nel 2015 (VCLab ISTI-CNR) e quello del 2002 (realizzato dal gruppo di lavoro UniFI, coordinato da Gabriele Guidi). Il problema era confrontare due modelli acquisiti in tempi diversi, con strumenti diversi e senza alcun tipo di riferimento fisso nel tempo con l'obiettivo di stimare le deformazioni avvenute nel tempo sulle tavole del supporto ligneo. Ciò è stato ottenuto sviluppando un algoritmo che permette di eseguire un allineamento non rigido ottenuto con deformazione controllata di un modello (2002) sull’altro (2015).

Riferimenti bibligrafici

• Gianpaolo Palma, Paolo Pingi, Eliana Siotto, Temporal Deformation Analysis of 3D Models as Diagnostic Tool for Panel Paintings in S. D'Amico, V. Venuti (eds) Handbook of Cultural Heritage Analysis, Springer Nature Switzerland AG 2022, pp. 1915-1931 (ISBN 978-3-030-60016-7).
• Paolo Pingi, Eliana Siotto, Gianpaolo Palma, Roberto Scopigno, Documentation and analysis of the deformations of the panel and painted surface with 3D scanning in M. Ciatti, C. Frosinini (eds) The restoration of Leonardo da Vinci's Adoration of the Magi Rediscovering a masterpiece, Problemi di Conservazione e Restauro, 57, EDIFIR, Firenze 2021, pp. 281-286 (ISBN 978-88-9280-038-0).
• Gianpaolo Palma, Paolo Pingi, Eliana Siotto, Roberto Bellucci, Gabriele Guidi, Roberto Scopigno, Analysis of "the 'Adorazione dei Magi' by Leonardo da Vinci through Temporal Unrelated 3D Digitalization in Journal of Cultural Heritage, Vol. 38, July–August 2019, pp. 174-185 (ISSN 1296-2044).
• Paolo Pingi, Eliana Siotto, Gianpaolo Palma, Roberto Scopigno, Documentazione e analisi delle deformazioni del supporto ligneo e della superficie pittorica mediante rilievo 3D in M. Ciatti, C. Frosinini (a cura di) Il restauro dell'Adorazione dei Magi. La riscoperta di un capolavoro, Problemi di Conservazione e Restauro, 50, EDIFIR, Firenze 2017, pp. 281-286 (ISBN 978-88-7970-839-5).