ARCHICAD il rilievo e le nuvole di punti
Il rilievo con l’utilizzo della nuvola di punti è un argomento molto interessante e che in tanti mi chiedono di trattare. Ho già parlato come ARCHICAD importa le nuvole di punti, ma per andare oltre e capire come poter procedere in modo più operativo ho chiesto a una voce più autorevole della mia. Ho interpellato Angelo Dugnani, architetto e amico di lunga data, e specializzato da anni in rilievo e restauro che ha adottato il rilievo con l’ausilio della nuvola di punti per il suo lavoro ancora prima che ARCHICAD la introducesse nella versione ARCHICAD 19.
D. Ciao Angelo, grazie di aver accettato di intervenire per cercare di dare qualche consiglio a chi ci legge su come gestisci in ARCHICAD il rilievo con le nuvole di punti. In molti cercano di adottare questo sistema ma, come è normale che succede, si scontrano con problemi e difficoltà che tu sicuramente hai già affrontato e risolto. Raccontaci come hai iniziato e di cosa ti occupi.
R. Grazie a te Luca e spero che la condivisione della mia esperienza, maturata in anni di uso del software, possa essere di aiuto agli utenti e appassionati di ARCHICAD che vogliono capire ed approcciarsi al mondo del rilievo e alle possibilità d’uso dei moderni strumenti di rilievo.
[quote]Ma devo dire che la semplicità ed intuitività della modellazione tridimensionale di ARCHICAD mi sembrano ancora oggi impareggiabili, cosi mi sono accanito nel capire come sfruttarlo al meglio[/quote]
In italia lavoriamo molto sull’esistente e la necessità di importare i punti di rilievo è una esigenza imprescindibile. All’epoca di RadarCH (si chiamava cosi ARCHICAD fino al 1994 n.d.r.) lo strumento per usare i punti era il software CumTerra. Ti conobbi proprio cosi, quando come dimostratori (per Cigraph s.r.l. n.d.r.) ci ritrovammo ad uno SMAU ad inizio anni 90, tu specialista e dimostratore Radar CH e io di CumTerra. Per circa 25 anni ho continuato a disegnare in 3D con ARCHICAD e in particolare facendo rilievi e successivi progetti su beni vincolati. Le particolarità dei fabbricati su cui lavoro mi ha sempre costretto a cercare di forzare ARCHICAD, un software non proprio efficace in questo campo, per ottenere, in qualche modo, elaborati di buon livello, sfruttando le funzioni disponibili; anche perché, essendo un utente MAC di lungo corso, non avevo a disposizione altro. Ho usato anche AutoCAD con computer windows, software sicuramente più votato a una elaborazione bidimensionale per via della ricchezza delle funzioni 2D. Ma devo dire che la semplicità ed intuitività della modellazione tridimensionale di ARCHICAD mi sembrano ancora oggi impareggiabili, cosi mi sono accanito nel capire come sfruttarlo al meglio. Per decenni ho usato il Teodolite con prisma, il Teodolite laser per rilevare spigoli e punti in gran quantità, in modo da valutare dimensioni e deformazioni.
D. Che metodo hai adottato per l’importazione dei dati?
R. La prassi era quella di importare i punti in formato XYZ, elaborati con un software di topografia, sia sulla Pianta di ARCHICAD e sia sulle Sezioni o sui Prospetti. Questo sistema mi ha permesso di procedere con una “rilucidatura” delle piante, di particolari, di sezioni, ricostruendo deformazioni e quant’altro. Ho avuto modo di provare e fare esperimenti con alcuni tools disponibili, fino a quando, con ARCHICAD 19 si è potuto importare la nuvola di punti come oggetto. Da questo momento in poi, finalmente, ho avuto la possibilità di usare strumenti nuovi come il laser scanner e la fotogrammetria. Per far capire la portata dell’impatto di questi strumenti, si può considerare che in archivio, in oltre 20 anni di attività, ho accumulato centinaia di lavori e, molto probabilmente, poco piu di 200.000 punti rilevati con stazioni totali. Il primo lavoro con laser scanner, con sole 6 stazioni, in mezza giornata di lavoro ne ho accumulati circa un miliardo.
D. Angelo sai dirci quale può essere lo strumento più indicato per procedere al rilievo?
[quote]…per capire quale strumento è più indicato, dobbiamo prima porci la domanda: a cosa deve servire il rilievo?[/quote]
R. In realtà per capire quale strumento è più indicato, dobbiamo prima porci la domanda: a cosa deve servire il rilievo? Il rilievo laser scanner permette di leggere la struttura geometrica tridimensionale di un edificio e assemblare il modello 3d con grande precisione. Se la nuvola di punti la possiamo considerare sufficiente per un rilievo in campo industriale (spesso basta il rilievo con la sola riflettanza visualizzata in scala di grigi), un colore anche “stentato” della nuvola di punti è difficilmente compatibile con le esigenze del restauro. Alcune parti come i tetti, molto spesso non si riescono a rilevare con efficacia.
La fotogrammetria con i moderni software, Photoscan, Pix4D solo per citarne alcuni, permette una ricostruzione di punti molto accurata di superfici prevalentemente piane con ottima corrispondenza del colore (vanno molto bene per pareti singole, volumi e superfici singole ben visibili, tetti o il rilievo del terreno ) ecc. Sulla scelta per il tipo di laser-scanner da usare, anche in questo caso la risposta nasce da altre domande, ovvero quale precisione deve avere il rilievo, a cosa serve e dove si deve misurare con precisione? Esistono parecchi strumenti con precisione e costi diversi.
Apparentemente tutti hanno la precisone, nelle specifiche viene spesso dichiarato più o meno un millimetro sulla distanza, però il valore di riferimento a cui ci si deve riferire è la “precisione angolare”. Tutti gli strumenti sono precisi quando si rileva, più o meno, sull’orizzontale. Il punto si sposta magari in su o in giù ma la dispersione è minima sulla proiezione in pianta e se lo scopo è restituire un prospetto attendibile, almeno in scala 1:50, anche uno o due cm di errore non stravolgono certo l’immagine del prospetto.
Cosa ben diversa, invece, se si deve valutare con precisione, ad esempio, le deformazioni di una volta in una chiesa. Quando si misura con angoli vicini alla verticale, l’influenza dell’angolo è fondamentale e diventa fondamentale la precisione angolare.
D. Che tipo di strumenti consiglieresti?
R. Uno degli strumenti più precisi è ad esempio il Leica serie P con precisione tipica 8cc, ma i costi con software salgono facilmente a 100.000 euro. Quelli più economici (intorno ai 40.000 euro circa ) non dichiarano il dato ma in realtà per la precisione angolare siamo spesso a più del doppio. Se serve un dato molto preciso, per limitare l’errore a pochi millimetri (dispersione o noise quasi assente) si deve passare a un’altra tecnologia, ovvero alle stazioni totali motorizzate, come ad esempio il Leica Ms50 (molto più lenta rispetto ad un laser scanner) infatti se dobbiamo fare un paragone di tempi di scansione, una stazione con densità 6mm a 10 metri con un Leica P20 viene rilevata in 5 minuti con una MS50 in ore.
D. Dopo la scelta del tipo di strumento sulla base del lavoro che si deve fare, come è possibile procedere?
R. Si possono affiancare al dato geometrico rilevato, anche delle immagini di una camera fotografica esterna (tipo Nctec Istar) oppure immagini, sempre sferiche, ma ricostruite con reflex professionali. Entrambe possono lavorare in HDR garantendo illuminazione e colori omogenei che poi si riversano sulla nuvola di punti. Se il colore in alta risoluzione non serve, ci si può accontentare del colore base del laser o anche della sola riflettanza.
E’ importante ricordarsi che purtroppo ARCHICAD non gestisce la riflettanza (speriamo che gli sviluppatori integrino questa possibilità nelle prossime versioni) per cui chi ha uno scanner o dati da scanner con sola riflettanza si deve accontentare di una nuvola di punti nera (per il mio lavoro è praticamente inutilizzabile) oppure è obbligato a convertire con altri software il dato della scala di grigi in scala di colore RGB se vuole importarli in ARCHICAD e vederlo in scala di grigi. Vedere la nuvola di punti a colori o almeno in scala di grigi, al di la dell’impatto estetico, è fondamentale per riconoscere i punti da usare per la digitalizzazione, altrimenti in nero piatto risulta incomprensibile.
D. In ARCHICAD, a livello operativo, come si può procedere?
R. Per una veloce operatività, se l’immobile da rilevare ha geometrie semplici, si può importare dai vari software (Leica ciclone, Faro, Scene ecc…) dei file tiff con piante, prospetti, sezioni, da importare in ARCHICAD e digitalizzare per procedere a ridisegnare l’edificio. E’ il sistema più semplice e veloce e i dati sono pochi e gestibili, in questo caso si parla di pochi mega a file contro i 10-20 giga di una scansione. Se invece l’edificio è più complesso e si vuole generare velocemente un modello preciso da un file grosso, (30-50 stazioni con un peso di 20-30 giga) e non ci si può accontentare di piante ridisegnate sull’immagine, l’unica soluzione commerciale è rappresentata dal software Pointcab con il plug-in BIM tools per ARCHICAD.
Il plug-in permette di misurare ed estrudere gli elementi ARCHICAD (funziona solo sulla versione per Windows) direttamente dalla finestra di panorama aperta in Point Cab (una demo la si trova qui: https://www.youtube.com/watch?v=ruL60TuUEFU)
Per chi necessita il miglior dettaglio o deve lavorare su edifici storici complessi, per la presenza di deformazioni nei solai, nei muri, di volte o elementi plastici, il processo è più complesso e ci si deve armare di tanta pazienza e si deve cimentare nell’importazione diretta della nuvola di punti attraverso il formato E57. E’ una strada inizialmente complessa, ma una volta capito i limiti, si possono avere parecchie soddisfazioni.
[quote align=’left’]E’ una strada inizialmente complessa, ma una volta capito i limiti, si possono avere parecchie soddisfazioni.[/quote]
D. Dalla tua esperienza, hai da condividere qualche consiglio per chi inizia ora?
R. Si certo, come prima cosa vediamo i limiti. Per mia esperienza, ARCHICAD ha un limite di importazione di file con un “peso” di 9-10 GB. Consiglio però di importare file al di sotto dei 5 o 6 GB complessivi, altrimenti si rallenta molto e il lavoro diventa ingestibile. Io lavoro con alcuni Mac e, ovviamente, consiglio computer recenti con almeno 25 GB di memoria RAM e almeno 30-50 GB liberi su HD, anche per importare file di solo 2GB. Con memoria libera inferiore mi è capitato spesso che al 99% della conversione, senza una spiegazione apparente, il software si bloccava. Il problema, però, è che un edificio di medie dimensioni, circa 2000 mq con all’incirca 100 stanze, dopo la scansione, anche con solo il 60% dei locali, restituisce un file di 30-70 stazioni e un “peso” di circa 50 GB. Un file così, se lo si vuole importare in ARCHICAD, non serve a nulla per i problemi che spiegavo prima. Il mio suggerimento è di tenere diviso il rilievo in più file (ad esempio: prospetti, piani, ecc…) sotto campionare i blocchi con una maglia di 3 o 4 millimetri (i punti più vicini sono eliminati).
In questo modo si elimina una gran quantità di dati che non servono a nulla (in particolare per i locali interni) si genera una maglia di punti omogenea (con anche visivamente un colore omogeneo) e la maglia da 3 o 4 mm è sufficientemente densa per poterci lavorare. Si può sotto-campionare anche con maglia da 5-6 mm riducendo il numero complessivo di punti, ma questa decisione dipende dall’obbiettivo e dai gusti personali. Chiaramente se si riducono i punti di conseguenza si riduce anche il peso della nuvola e si aiuta ARCHICAD a lavorare meglio e senza ritardi nei comandi.
La riduzione dei punti deve essere ponderata per evitare la perdita di informazioni utili. Con il rilievo ridotto a blocchi da circa 500Mb ai 2 GB salvati in E57 ( io consiglio questo formato e questa dimensione) si deve passare ora a importare i blocchi di punti. L’ultimo consiglio che mi sento di dare è di non mischiare dati da laser scanner con dati da fotogrammetria in un unico file E57. Ad esempio, software come Ciclone di Leica li riesce a fondere, leggere e scrivere senza problemi, ARCHICAD però non è in grado di importarli contemporaneamente. La procedura migliore è quella di creare file separati da importare e montare in ARCHICAD.
D. A livello operativo, nell’importazione della nuvola di punti in ARCHICAD, hai qualche suggerimento da dare?
R. Quando si procede all’importazione della Nuvola di Punti dal relativo comando (menù Archivio / Interoperabilità’ / Importa Nuvola di Punti) ARCHICAD chiede dove salvare l’oggetto che sarà generato. Come posizione di default propone la cartella Documenti/Nuvole di Punti. Consiglio di non usare questa posizione perché potrebbe risultare scomoda per eventuali archiviazioni e gestione dei backup ecc… La soluzione che adotto io è quella di creare una cartella ad hoc all’interno della cartella dove è registrato il file ARCHICAD, per cui nella cartella del lavoro. ( n.d.r. Per fare questa scelta basta fare clic sul pulsante Sfoglia). Come ultima cosa si deve dire a ARCHICAD su quale Piano l’oggetto generato si deve posizionare. Suggerisco di generare una nuvola già con la quota 0 corretta e importare sul Piano Terra anche se la nuvola come qualunque oggetto può essere selezionato e spostato in sezione.
Nei Parametri disponibili nell’oggetto è possibile gestire la visualizzazione di tutti i punti. Questo parametro che è utilissimo, infatti se mi capita di digitalizzare in pianta i muri di un piano, risulta conveniente impostare solo la visualizzazione di una porzione di punti, compresa tra Altezza Piano Inferiore 1 metro (così si elimina lo “sporco” del pavimento) e Altezza Piano Superiore a 2 metri così si elimina lo “sporco” del soffitto e si riescono a vedere i muri, le finestre e le porte comprese mazzette, strombature ecc. Se invece devo disegnare una volta allora imposto il valore Altezza Piano Inferiore all’attacco della volta cosi da evitare le finestre, porte ecc. e il valore Altezza Piano Superiore a 5cm sopra la quota massima della volta cosi da poterla vedere tutta.
Come ultima operazione, si deve impostare la visualizzazione dell’oggetto su tutti i Piani. Se ho impostato l’altezza dei piani correttamente facendola coincidere con i piani dell’edificio ARCHICAD è in grado di visualizzare la porzione desiderata per ogni piano, ovvero se si sale di piano sarà calcolata nuovamente la porzione dl modello, andando a nascondere il resto. Fatta queste impostazioni si deve poi procedere alla modellazione attraverso l’uso degli strumenti di ARCHICAD (Muro, Solaio, Shell, Forma, ecc…) con pazienza e molta calma. Potrebbe risultare problematico modellare eventuali elementi decorativi (suggerisco di usare lo strumento Forma) direttamente nella finestra 3D, operazione che richiede un pò di dimestichezza perché non sempre facile e intuitiva.
Per la restituzione dei prospetti, se l’edificio è storico e servono disegni in scala 1/50, suggerisco, una volta costruito il modello, di scollegare la vista e finirla senza disegnare sulla nuvola perché lo snap non può essere disattivato e risulta fastidioso. Io preferisco importare sotto al prospetto una immagine tif dalle nuvola e ricalcare i dettagli di un eventuale degrado, magari lasciando poi sotto la foto in semi trasparenza.
Grazie Angelo per i tuoi suggerimenti e per aver condiviso la tua esperienza.
Il sito web dello studio Dugnani è raggiungibile all’indirizzo: www.studiodugnani.it dove è possibile vedere alcuni dei lavori svolti con l’utilizzo delle nuvole di punti.