Rilievi topografici da drone e stampa in 3d

Nel settore della topografia le innovazioni tecnologiche degli ultimi anni, in particolare dei droni accessibili a costi sempre più bassi e con prestazioni sempre maggiori, hanno reso l’aerofotogrammetria disponibile per nuove e diverse opportunità di applicazione. Fra i numerosi vantaggi, il più significativo è certamente la possibilità di accedere grazie ai droni ad aree difficilmente raggiungibili, o perfino inaccessibili, consentendo di eseguire rilievi in modo veloce, in sicurezza e a costi molto contenuti.

La disponibilità di diverse soluzioni software, capaci di elaborare le immagini acquisite in volo con i droni, che restituiscono modelli digitali della realtà fisica, a partire dalla costruzione di una nuvola di punti 3D, consente produrre modelli digitali che trovano il loro utilizzo in diversi campi applicativi, e in particolare nel settore della topografia associata alle opere di ingegneria e architettura.

Il manuale affronta passo per passo, in termini strettamente pratici, tutte le fasi del processo, dall’acquisizione delle immagini da drone, per passare allo sviluppo della nuvola di punti 3D, fino alla restituzione degli elaborati della topografia classica (curve di livello, profili, sezioni e DTM ecc.), e all’utilizzo di questi dati digitali per realizzarne stampe 3D. Un sezione specifica è dedicata alla fruizione delle immagini attraverso l’uso della visione stereoscopica, che rende semplice e immediato il processo di restituzione fotogrammetrica.

Particolare importanza è stata data all’esposizione di due casi pratici, relativi a specifiche attività professionali svolte, che l’autore illustra con cura ed attenzione in tutte le fasi operative, rendendole coinvolgenti anche ad un lettore che già pratica l’aerofotogrammetria con i droni, ma soprattutto utilissimo ad un lettore neofita che può comprendere con immediatezza le potenzialità delle nuove metodologie per la topografia.

La WebApp inclusa, parte integrante della presente pubblicazione, consente l’accesso alle seguenti aree tematiche:

GEOSDH – La piattaforma in cloud dei servizi di elaborazione per la gestione e la creazione delle nuvole di punti 3D.

ENAC – Guide e collegamenti dell’Ente Nazionale per l’Aviazione Civile che certifica, regolamenta e vigila il settore dell’aviazione civile, nella quale ricadono anche i sistemi UAS.

Stampa 3D – Sistemi software per la modellazione 3D e per la stampa 3D.

Link utili – Il software e la documentazione per lavorare con le nuvole di punti 3D e con le mesh.

AUTORE
Giovanni Battista Attene, Geometra laureato, libero professionista. Da sempre si occupa di rilievi topografici, con l’ausilio di sistemi GPS, DRONE (op. ricon. ENAC), di catasto, di successioni e volture e sicurezza nei posti di lavoro. È un componente della Commissione catasto del Collegio dei Geometri e G.L. di Sassari. Con Grafill ha già pubblicato: Successione e volture (Ed. I, 2018) e Successione legittima e testamentaria (Ed. I, 2021).

INDICE

RINGRAZIAMENTI

PREFAZIONE di Giancarlo Fiori

INTRODUZIONE di Giambattista Attene

1. INFORMAZIONI GENERALI 
1.1. Caratteristiche dei sistemi a pilotaggio remoto (SAPR-droni) 
1.2. Caratteristiche dei droni per fotogrammetria e le sue dotazioni 
1.3. Regolamento ENAC droni e abilitazioni 
1.4. Verifica delle zone interdette al volo

2. IL RILIEVO AEROFOTOGRAMMETRICO COL DRONE 
2.1. Come pianificare il rilievo 
2.2. Predisposizione del rilievo di appoggio: posizionamento dei target 
2.3. Rilievo topografico finalizzato alla restituzione aerofotogrammetrica 
2.4. Rilievo con stazione totale 
2.4.1. La stazione totale 
2.4.2. Il rilievo con la stazione totale 
2.5. Rilievo con GPS 
2.6. Come preparare un piano di volo 
2.6.1. Settaggio parametri Pix4Dcapture 
2.6.2. Scelta del tipo di volo 
2.6.3. Progettazione preliminare delle “strisciate” (corridor) 
2.6.4. Definizione del valore di GSD (Ground Sampling Distance) 
2.6.5. Sovrapposizione dei fotogrammi (front overlap e il side overlap) 
2.6.6. Esecuzione del piano di volo e scatto delle foto

3. GENERAZIONE DI NUVOLE DI PUNTI E MODELLI 3D Capitolo redatto con il contributo di Michele Vicentino 
3.1. GeoSDH: la piattaforma cloud di GEOWEB 
3.1.1. Il Catalogo dei Servizi GeoSDH 
3.1.2. L’area di memorizzazione in cloud: lo Storage GeoSDH 
3.1.3. Il lavoro di gruppo in GeoSDH: lo Sharing 
3.1.4. L’accesso al portale GeoSDH 
3.1.5. Le aree applicative del portale GeoSDH 
3.2. Dalle immagini ai modelli 3D: 3DCapture 
3.2.1. La web app per la gestione del rilievo: il Progetto 3DCapture 
3.2.2. Le immagini di un progetto 3DCapture 
3.2.3. Il Bundle Adjustment di un progetto 3DCapture 
3.2.4. La Registrazione Bundle in un progetto 3DCapture 
3.2.5. La densificazione della nuvola di punti 3D di un progetto 3DCapture 
3.3. L’approccio alla visione stereoscopica di ImageTrack 
3.3.1. La costruzione del modello stereoscopico in GeoSDH 
3.3.2. L’utilizzo del modello stereoscopico nella applicazione ImageTrack 
3.3.3. Il disegno e l’editing CAD in ImageTrack

4. GESTIONE DELLA NUVOLA DEI PUNTI (SOFTWARE OPEN SOURCE) 
4.1. Introduzione al software open source CloudCompare 
4.1.1. La nuvola di punti 
4.1.2. Come importare la nuvola di punti CloudCompare 
4.1.3. Semplificare e alleggerire una nuvola di punti 
4.1.4. Come creare la mesh con CloudCompare 
4.1.5. Estrarre una sezione con CloudCompare 
4.2. Meshmixer programma di modellazione 3D 
4.2.1. Chiudere la mesh per la stampa 3D 
4.3. MeshLab programma per l’elaborazione e la modifica di mesh 3D 
4.3.1. Acquisizione 3D: allineamento 
4.3.2. Visualizzazione e presentazione 
4.3.3. Acquisizione 3D: ricostruzione 
4.3.4. Elaborazione del colore 
4.3.5. Acquisizione 3D: mappatura dei colori e texturizzazione 
4.3.6. Stampa 3D: compensazione, svuotamento, chiusura 
4.3.7. Pulizia di modelli 3D 
4.3.8. Confronto dei modelli 
4.3.9. Ridimensionamento, posizionamento e orientamento 
4.3.10. Conversione e interscambio di modelli 3D 
4.3.11. Semplificazione, affinamento e remeshing 
4.3.12. Livelli raster: integrazione con le immagini 
4.3.13. Misurazione e analisi

5. SOFTWARE DI POST-ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI 
5.1. IMMAGINA 
5.1.1. Che cosa è possibile realizzare con IMMAGINA 
5.1.2. Caratteristiche tecniche 
5.1.3. Restituzione degli elaborati grafici 
5.1.4. Assistenza e consulenza 
5.2. Agisoft Metashape 
5.2.1. Come funziona 
5.3. PIX4DMapper 
5.4. Autodesk ReCap Pro

6. STAMPA 3D Capitolo a cura di Alessandro Murgia 
6.1. Storia delle stampanti 3D 
6.1.1. Introduzione alla stampante 3D 
6.2. Tecnologie di stampa 3D 
6.2.1. DLP (Digital Light Processing) 
6.2.2. SLA – Stereolitografia 
6.2.3. SLS (Selective Laser Sintering) 
6.2.4. DMLS (Direct Metal Laser Sintering) o DMP (Direct Metal Printing) 
6.2.5. LOM (Laminated Object Manufacturing) 
6.2.6. CJP (Color Jet Printing) 
6.2.7. FFF (Fused Filament Fabrication) 
6.3. Stampanti 3D FDM o FFF 
6.3.1. Cartesiane 
6.3.2. Delta 
6.3.3. Stampanti 3D polari 
6.4. Componenti delle stampanti 3D 
6.4.1. Telaio 
6.4.2. Estrusore 
6.4.2.1. Hot end 
6.4.2.2. Nozzle 
6.4.3. Motore e spingi filo 
6.4.4. Fanduct 
6.4.5. Piatto di stampa (o bed) 
6.4.6. Movimenti 
6.4.6.1. Motori passo-passo 
6.4.6.2. Pulegge, cinghie, barre filettate 
6.4.7. Elettronica 
6.4.8. Firmware 
6.5. Slicer

7. RILIEVO VERSANTE SA CORONA (PRIMO CASO PRATICO) 
7.1. Rilievo versante Sa Corona e restituzione topografica classica 
7.2. Inquadramento del sistema di riferimento e punti di controllo (G.C.P) 
7.3. Tipo di drone utilizzato per il volo 
7.4. Scelta del tipo di volo 
7.4.1. Programmazione della missione del volo 
7.4.2. Programmazione del volo (prima missione a griglia semplice) 
7.4.3. Programmazione del volo (seconda missione a doppia griglia) 
7.4.4. Sviluppo della nuvola di punti (con il software Agisoft Metashape) 
7.4.5. Georeferenziazione della nuvola di punti 
7.4.6. Ortofotomosaico 
7.5. Realizzazione delle curve di livello, profili e DTM 
7.5.1. Trasformazione della nuvola di punti da file .LAS a file .RCP 
7.5.2. Importare il file RCP in AutoCAD 
7.5.3. Creazione libretto dei punti e del modello con Analist Project 
7.5.4. Triangolazione modello del terreno 
7.5.5. Creazione curve di livello e DTM 
7.5.6. Reazione dei profili del terreno

8. RILIEVO NURAGHE LUCCHE (SECONDO CASO PRATICO) 
8.1. Rilievo aerofotogrammetrico del nuraghe di Lucche e stampa 3D del modello architettonico 
8.2. Rilievo dei punti a terra e inquadramento del sistema di riferimento 
8.3. Programmazione della missione del volo 
8.4. Sviluppo della nuvola di punti (con il portale GeoSDH) 
8.5. Disegni della pianta, della sezione e dei prospetti 
8.6. Stampa 3D del modello architettonico 
8.6.1. Realizzazione della mesh 
8.6.2. Modellazione e chiusura della mesh (con Meshmixer) 
8.6.3. Preparazione e stampa 3D del modello architettonico

9. CONTENUTI E ATTIVAZIONE DELLA WEBAPP 
9.1. Contenuti della WebApp 
9.2. Requisiti hardware e software 
9.3. Attivazione della WebApp