Il progetto

Nel contesto del progetto di restauro (link) della Fontana del Nettuno a Bologna, il Laboratorio Visual Computing di ISTI-CNR ha curato la realizzazione del sistema informativo utilizzato dai restauratori durante tutta la durata del cantiere. Il sistema informativo, completamente online ed accessibile direttamente dal cantiere tramite wireless, viene utilizzato per raccogliere tutti i dati raccolti durante la fase di analisi dello stato di fatto e messa in atto del restauro, e geo-referenziarli sui modelli 3D della Fontana.
L'idea del progetto di restauro è di realizzare un sistema fortemente basato sui modelli digitali 3D, che permetta ai restauratori di organizzare in maniera "spaziale" tutti i dati di restauro, referenziandoli sulla geometria della Fontana.

I lavori di restauro sono coordinati e sostenuti dal Comune di Bologna. Le analisi preliminari e gli studi progettuali sono a cura dell’Alma Mater Studiorum – Università di Bologna. Gli interventi sulle superfici della fontana e sulle sculture in bronzo sono realizzati dall’Istituto Superiore per il Restauro e la Conservazione – MIBACT.

Il sistema informativo 3D

Il sistema informativo, la cui progettazione è stata coordinata da Università di Bologna insieme a ISTI-CNR ed Istituto Superiore per il Restauro e la Conservazione, è strutturato come un database, dove ogni annotazione, operazione, rilievo e dato scientifico può essere direttamente connessa alla geometria della fontana. In questo modo, parallelamente ad un accesso "classico" basato su ricerche in un database (parole chiave, tags e relazioni), è possibile accedere alle informazioni anche attraverso un "indice spaziale 3D", che è la Fontana stessa.
Dal momento che hanno una posizione specifica nello spazio della fontana, tutte le informazioni inserite possono quindi essere raggiunte esplorando i modelli 3D della fontana e delle sue sotto-parti, visualizzando in tempo reale sulla superficie dei vari elementi i punti, le linee e le aree marcate dai restauratori ed associate alle annotazioni.
La parte relativa alla gestione dati sistema informativo, basato su strumenti database open-source, implementa le classiche feature di questo tipo di sistemi: controllo utenti con ruoli, un log temporale di tutte le operazioni effettuate dagli utenti, e un repository per i documenti (immagini, pdf, testi) che vengono associati alle varie annotazioni.

Lavorare online sul 3D

Il sistema informativo è completamente online. La complessa gestione dei dati 3D è ottenuta attraverso l'uso di 3DHOP, uno strumento open-source per la visualizzazione di modelli 3D via web, sviluppato da ISTI-CNR. E' stato realizzato un sistema che, in streaming, permette di accedere ai dati tridimensionali del sistema informativo in maniera efficiente, direttamente nel browser, senza componenti aggiuntive. Gli utenti possono esplorare la geometria della Fontana o di un sotto-elemento, controllando il punto di vista con un semplice sistema di navigazione 3D.
Non si tratta però solo di visualizzazione: al momento di inserire nuovi dati nel sistema, gli utenti lavorano direttamente sui modelli 3D, associando le annotazioni sulla superficie dei modelli 3D presenti nel sistema. Attraverso una interfaccia, possono indicare punti, polilinee ed aree sulle superfici tridimensionali, ed effettuare misurazioni di distanze, lunghezze e aree.
Il sistema progressivo di streaming multirisoluzione permette di lavorare direttamente su modelli 3D di enormi dimensioni (alcuni degli elementi della fontana superano i 30 milioni di triangoli).

I modelli digitali

I modelli digitali tridimensionali utilizzati nel sistema informativo sono stati realizzati dal dipartimento DICAM della Università di Bologna, diretta dal Prof. Gabriele Bitelli, e dalla ditta Studio MCM. Per la digitalizzazione, sono stati utilizzati scanner 3D attivi e strumenti 3D-da-foto. La risoluzione della geometria, per l'intera fontana, è di 1mm.

Ciascun elemento della fontana (statua, elemento decorativo, unità strutturale) è stato digitalizzato separatamente, generando un singolo modello 3D. Il team del Visual Computing Lab ha partecipato all'elaborazione dei modelli 3D iniziali, in particolare eliminando le aree di contorno, riportando tutti i differenti pezzi in un unico sistema di riferimento georeferenziato, e infine generando modelli 3D "globali" di tutta la fontana. Tutto il lavoro di elaborazione è stato effettuato con MeshLab, il software open-source di visualizzazione ed editing di modelli 3D sviluppato da ISTI-CNR.
Per facilitare il lavoro di annotazione e documentazione, ISTI-CNR ha provveduto a texturizzare tutti gli elementi della fontana, partendo da una accurata campagna fotografica (fornita dall'Università di Bologna). Anche in questo caso, tutta l'elaborazione dati è stata effettuata con MeshLab.

Il sistema informativo gestisce una enorme quantità di modelli 3D, uno per ciascun elemento della statua (statue, decorazioni, elementi strutturali), e solo questi per un totale di più di 600 milioni di triangoli. In aggiunta, nel sistema sono presenti anche modelli "globali" dei singoli livelli della struttura e della intera fontana, e modelli di "contesto", che rappresentano le aree limitrofe agli elementi ed alla fontana stessa; in totale, i modelli 3D di lavoro, da soli, occupano circa 100GB.


Approfondimenti

References


Credits

Responsabile di progetto (per il partner ISTI-CNR):

Gruppo di Lavoro ISTI-CNR:

Altri partner del progetto:

Questa attività è stata co-finanziata dal Comune di Bologna

Ringraziamo i colleghi dell'Università di Bologna e dell'Istituto Superiore per il Restauro e la Conservazione per la collaborazione ed il supporto durante tutto il progetto.


The Project

in the context of the restoration (link) of the Neptune Fountain, in Bologna, the Visual Computing Lab of ISTI-CNR has implemented the Information System used by the restorers throughout the entire fieldwork extent. The Information System, completely online and web-based can be accessed directly from within the scaffolding surrounding the Fountain using a wireless connection, and it is used to collect and archive all the data gathered during the analysis of the state of the artwork and the restoration itself, and geo-reference them to the 3D models of the Fountain.
The idea was to create a system strongly based on the 3D models, enabling the restorers to organize all the data related to the restoration in a "3D spatial" way, referencing them directly onto the geometry of the Fountain.

The restoration works are coordinated and financed by the Comune di Bologna. The preliminary analysis and technical designs have been carried out by the Alma Mater Studiorum – Università di Bologna. The interventions on the stone surfaces of the Fountain and on the bronze sculptures are managed by the Istituto Superiore per il Restauro e la Conservazione – MIBACT.

The 3D Information System

The design of the Information System, coordinated by Università di Bologna together with ISTI-CNR and Istituto Superiore per il Restauro e la Conservazione, is structured as a database, where every annotation, operation and scientific measurement are also directly connected to the geometry of the Fountain. In this way, parallel to a "classic" database-style data access (keywords, tags, relations), it is possible to access the data also through a "3D spatial index", which is the very geometry of the Fountain.
Since every record has a specific position in the reference space of the Fountain, all the information can be reached exploring the 3D models of the Fountain or of its sub-parts, seeing in real-time on the surfaces the points, lines and areas marked by the restorers, and associated to the records.
The information system, based on open-source database tools, manages data records in a straightforward way, and implements the standard functionalities of this kind of systems: user control with roles, temporal log that memorize all the actions done by the users, and a repository for documents (images, pdf, texts) that are also associated to the annotations.

Online work on 3D

The Information system is completely online, this means also the 3D models has to be managed via web. By exploiting the features of 3DHOP, an open-source tool for the web-based visualization of 3D models, developed by ISTI-CNR, it was possible to create a system that, using streaming and multiresolution, let the user access the 3D data stored in the Information System in an effective way, directly inside the web-browser, without additional components installed. The user may explore the geometry of the whole Fountain or of a sub-part, moving around the geometry by using a simple 3D navigation mechanism.
The visualization is just the first half of the tool: when entering new data in the system, the users work directly on the 3D models, associating the annotations onto the surface of the 3d models. By using an editing interface, they may indicate points, polylines and areas on the three-dimensional surface, and take measurements of distances, lengths and surface areas.
The multiresolution streaming allows to seamlessly work on very large 3D models (some of the elements of the Fountain have more than 30 millions triangles).

The Digital 3D Models

The three-dimensional digital models used in the system have been provided by the DICAM department, directed by Prof. Gabriele Bitelli, and by Studio MCM. 3D digitization employed portable active 3D scanners and 3d-from-images approaches. The geometric resolution for the whole fountain is 1mm.

For logistical reasons, each element (statue, decorative piece, structural unit) has been digitized separately, generating a single 3D model. The Visual Computing Lab team has processed the raw 3D models, cutting out the area surrounding each part, re-aligning all the pieces in a single reference system (geo-referenced to the official cadastrial system), and finally generating "global" models for the whole fountain and for each level. All the 3D data processing work has been done using MeshLab, the open-source software for the visualization and editing of high-resolution 3D models developed by ISTI-CNR.
ISTI-CNR also re-texturized all the elements of the Fountain, starting from an accurate photographic campaign (provided by the Università di Bologna). Also in this case, all the color processing has been carried out using MeshLab.

The Information System uses a lot of 3D models, one for each of the elements of the Fountain (statue, decorative piece, structural unit), and just by considering those, we reach a total of 600 millions of triangles. Additionally, the system also uses "global" model for the different levels of the fountain and for the whole structure, plus, the "context" models, that represents the area surrounding each element and structure; in total, the size of the working 3D models exceeds the 100GB mark.


Further reading

References


Credits

Project Coordination (for CNR-ISTI):

Work Group:

Other project partners:

This activity has been co-financed by the Comune di Bologna

We want to thank the colleagues of the Istituto Superiore per il Restauro e la Conservazione and of the Università di Bologna, for the collaboration and support throughout the project.



[ CONTATTI | CONTACTS ]



[ 3D ONLINE ]

Usa il visualizzatore 3D di ISTI-CNR per esplorare online, direttamente nel tuo browser, i modelli 3D del Nettuno e della Fontana!
Use the 3D viewer created by ISTI-CNR to explore online, directly inside your browser, the 3D models of the Neptune and of the Fountain!


ATTENZIONE: il visualizzatore 3D richiede una versione aggiornata dei più diffusi web browser (Chrome, Firefox, Edge, Safari), e funziona su Windows, MacOS e Linux, ma potrebbe NON funzionare su dispositivi mobili.
WARNING: the viewer requires an updated version of any of the most used web browser (Chrome, Firefox, Edge, Safari), and works on Windows, MacOS and Linux. However it may NOT work on mobile platforms.