Giulio Bigliardi

Il secondo laboratorio di stampa 3D di questa prima edizione di Makars, la prima Scuola in Italia di Fabbricazione Digitale per i Beni Culturali, è stato interamente dedicato alla stampa 3D DLP - Digital Light Processing. Il laboratorio è stato tenuto da Manuela Pipino e Davide Marin di Lumi Industries, una start up italiana con sede a Casella d’Asolo (TV) specializzata nella realizzazione di stampanti DLP di grande qualità e dal costo veramente accessibile, aspetto non trascurabile per chi lavora nel settore culturale. Insieme a loro abbiamo parlato della tecnologia di stampa DLP, abbiamo visto come funziona la loro stampante LumiPocket PRO e l’abbiamo usata per stampare alcuni dei reperti scansionati al Museo Civico Archelogico di Albano Laziale durante i precedenti corsi di rilievo 3D. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/03/makarsa-stampanti-DLP-02.jpg La tecnologia DLP si basa sull’uso di fotopolimeri liquidi che si solidificano quando vengono colpiti dalla luce di un proiettore. Una qualsiasi stampante DLP è quindi composta da una vaschetta contenente il fotopolimero e in cui è immerso il piatto di stampa, e da un proiettore, generalmente full-HD in quanto garantisce la maggior risoluzione di stampa. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/03/makarsa-stampanti-DLP-03.jpg La LumiPocket PRO ha un’area di stampa cilindrica, 10 cm di diametro per 10 cm di altezza, ed è in grado di creare oggetti con alta precisione, fornendo una risoluzione fino a 37μm sull’asse XY e fino a 50µm sull’asse z. Insieme alla stampante viene fornito il software LumiCreator con cui realizzare lo slicing del modello, calibrare il piatto di stampa e, più in generale, controllare le impostazioni e il processo di stampa. Lumi Industries producono anche una serie di resine ottimizzate per essere usate con la LumiPocket e garantire la maggiore qualità di stampa possibile; tuttavia, la stampante è perfettamente compatibile anche con le più diffuse resine attualmente in commercio. Le stampanti DLP possono utilizzare un’ampia gamma di resine, tra le più interessanti certamente quelle fondibili che possono essere utilizzate per realizzare oggetti in metallo con la tecnica della “cera (resina) persa” in quanto bruciano senza lasciare residui. Nel campo dei Beni Culturali ciò potrebbe aprire numerose possibilità per la riproduzione di gioielli antichi. La preparazione del file STL per la stampa è piuttosto semplice, anche se richiede qualche accorgimento in più rispetto alla stampa FDM. In particolare, è importante dare uno spessore alle pareti del modello (per la LumiPocket viene consigliato un valore di circa 1,7 mm) e creare due fori per permettere alla resina che non viene solidificata di uscire dall’oggetto. Dopodiché è sufficiente costruire i supporti, fare lo slicing e lanciare la stampa. Una volta terminato il processo di stampa, l’oggetto deve essere liberato dai supporti e ripulito con alcool, in modo da togliere tutti i residui di resina liquida e, infine, asciugato sotto una lampada UV. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/03/makarsa-stampanti-DLP-07.jpghttp://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/03/makarsa-stampanti-DLP-05.jpg La tecnologia DLP è relativamente veloce e molto precisa, è sicuramente la soluzione ideale per riprodurre oggetti di piccole dimensioni oppure oggetti con particolari molto minuti, che non potrebbero essere resi con la tradizionale stampa FDM. Ne abbiamo avuto la conferma con la stampa di questa testina di guerriero conservata al Museo Civico Archeologico di Albano Laziale: seppur l’oggetto sia alto appena 9 cm la resa dei particolari,anche quelli più piccoli, è davvero eccezionale. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/03/makarsa-stampanti-DLP-06.jpg Alla prossima puntata con il report del corso di stampa 3D con argilla.

L’ultimo mese di questa edizione di Makars è stato dedicato ai corsi di stampa 3D. Abbiamo iniziato parlando di stampa 3D FFF (o FDM) e delle possibili applicazioni nel campo dei Beni Culturali. Abbiamo usato diverse stampanti e abbiamo sperimentato l’uso di molti materiali, con caratteristiche veramente interessanti. Nella prima giornata di corso ci siamo concentrati sugli aspetti più teorici del processo di stampa, abbiamo visto come funziona una stampante 3D, come è fatta e quali sono i componenti principali. Non siamo entrati troppo nei dettagli tecnici, ma abbiamo analizzato i componenti di cui è importante conoscere il funzionamento per poter utilizzare correttamente una stampante: in particolare il blocco estrusore (“tirafilo”, hot end e ugello) e il piatto di stampa. Abbiamo inoltre discusso degli elementi a cui prestare attenzione quando si acquista una stampante, tra cui piatto di stampa riscaldato o non riscaldato, stampante aperta o chiusa, numero di estrusori, tipo di estrusore (Bowden o standard; a vite o a pignone godronato), le dimensioni dell’ugello e del “tirafilo” e così via… Abbiamo in seguito parlato di materiali, da quelli più diffusi come PLA e ABS, ma anche di quelli particolari come ad esempio il PVA, solubile in acqua, il PET, quello delle bottigliette di plastica, o lo STRAW, composto in parta da paglia vegetale. Ci siamo poi soffermati sui materiali più utili nel settore dei Beni Culturali. Oltre all’argilla, che sarà oggetto di un corso a parte, abbiamo discusso delle potenzialità dei materiali ibridi, cioè composti da termopolimeri e da una percentuale di polveri di vario tipo, come legno oppure metalli (bronzo, rame o ottone). In particolare ci siamo concentrati sui materiali prodotti da TreeD Filaments, un’azienda italiana che produce materiali orientati al settore architettonico e artistico. I suoi materiali sono a base di polveri di vario tipo, come marmo, sabbia e argilla, e danno vita a prodotti molto versatili (anche per la quantità di colorazioni disponibili) e che, grazie proprio alla componente di polvere, possono essere post-lavorati con molta facilità. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/03/Makarsa-stampa-3d-FFF-1.jpg Abbiamo infine analizzato i principali problemi che possono verificarsi durante la stampa e abbiamo visto alcune soluzioni per risolverli. In particolare, abbiamo discusso di warping, la deformazione che si verifica su certi tipi di materiali (ABS in primis), di oozing e in generale del problema della ritrazione che causa fastidiosi filamenti in alcuni punti dell’oggetto stampato, di overhang e di come orientare l’oggetto da stampare per evitare il più possibile di dover costruire supporti, del cracking che si può verificare in alcune stampe se non c’è un buon controllo della temperatura. A questo punto non ci restava che stampare. Durante il secondo giorno del corso abbiamo preparato alcuni file per la stampa usando il programma di slicing Cura (ma con una veloce presentazione anche di Slic3r e di Simplify 3D). Abbiamo analizzato tutti i parametri, sia base che avanzati, per capire come settarli al meglio in base al materiale che utilizziamo, in base alle caratteristiche del modello da stampare, in base alla qualità finale che vogliamo ottenere e in base alla stampante che abbiamo a disposizione. Grazie alla partnership tecnica con Sharebot e WASP, due dei principali produttori di stampanti 3D nel panorama italiano, i nostri studenti hanno avuto a disposizione per tutta la durata di Makars una Sharebot KIWI e una Delta WASP 20 40 (nella sezione recensioni, potete trovare delle prove dettagliate di queste macchine). La Sharebot KIWI è un’ottima macchina entry-level, precisa e silenziosa, che ad un costo decisamente basso offre buone prestazioni, anche in stampe di lunga durata. Con la KIWI abbiamo stampato in PLA (un termopolimero prodotto da scarti vegetali) alcuni reperti del Museo Civico Archeologico di Albano Laziale digitalizzati dagli studenti durante i precedenti corsi di rilievo 3D. Abbiamo visto come preparare la stampante (calibrazione in Z del piatto di stampa, preparazione del piatto di stampa con lacca o blue tape per evitare il distaccamento del pezzo durante la stampa, caricamento del filo) e abbiamo visto quali impostazioni di slicing settare per sfruttare al pieno le potenzialità della KIWI. Stampare in PLA è relativamente semplice e, dopo le prime normali difficoltà, i risultati sono arrivati. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/03/Makarsa-stampa-3d-FFF-2.jpg Dopo aver preso confidenza con il processo di stampa, ci siamo avventurati nell’uso di materiali più interessanti, in particolare quelli a base di polveri, anche se in certi casi sono più difficili da stampare. In particolare, questi materiali hanno bisogno di una stampante con alcune caratteristiche che consentano un maggior controllo sulla temperatura di stampa: piatto riscaldato e area di stampa chiusa. Questi due fattori permettono di raffreddare più lentamente il materiale stampato, scongiurando problemi di warping e di cracking. Con questi materiali abbiamo utilizzato la Delta WASP 20 40, una stampante di livello professionale chiusa e con piatto riscaldato e che, grazie anche ad un’area di stampa generosa (20x40 cm), permette di stampare una grande varietà di oggetti e materiali. Abbiamo così iniziato a sperimentare i differenti materiali a disposizione grazie alla partnership con TreeD Filaments e, una volta trovati i corretti parametri di stampa, ci siamo divertiti a ricreare gli oggetti scansionati al Museo di Albano. In particolare, ci siamo concentrati nella stampa di un busto di epoca romana: abbiamo provato materiali diversi e per ogni materiale parametri diversi, in modo da trovare la giusta combinazione. Tutto è stato accuratamente annotato, in modo da poter procedere con più sicurezza nelle stampe future. In particolare abbiamo utilizzato i filamenti TreeD filaments della serie Monumental (Architectural, Sandy, Clay e Heritage Brick) e BronzFill e CorkFill di ColorFabb. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/03/Makarsa-stampa-3d-FFF-3.jpg Per chiduere abbiamo anche parlato di post-lavorazione: vapori di acetone per lisciare l’ABS, carta vetrata per i materiali a polvere, rivestimenti in resina per togliere l’effetto layers, tecniche ossidanti per i materiali a base di polveri di metalli, trattamenti per i materiali a base di fibre di legno legno, ecc… http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/03/Makarsa-stampa-3d-FFF-4.jpg Continuate a seguirci sul nostro Blog, a breve anche i report degli altri corsi!

Siamo ormai a metà di questa prima edizione di Makars, la prima Scuola di Fabbricazione Digitale per i Beni Culturali, e il mese di gennaio lo abbiamo dedicato alla modellazione 3D. Insieme a Emanuel Demetrescu (CNR-ITABC) abbiamo visto come usare il software Blender per modellare e scolpire in 3D oggetti diversi, come realizzare integrazioni e restauri digitali e come ottimizzare e esportare i modelli per la stampa 3D. Blender è un software open source molto conosciuto tra chi si occupa di grafica digitale 3D ed è una valida alternativa a tutti i più importanti software commerciali oggi in circolazione. Il fatto che sia open source e distribuito gratuitamente non deve far pensare ad un software di basso livello, poco curato oppure dotato di scarsa assistenza online. L’applicazione mette in realtà a disposizione potenti strumenti di modellazione, con la possibilità di ottenere prodotti finali di qualità professionale e paragonabili a quelli realizzate mediante le corrispondenti applicazioni commerciali, molto più costose. Proprio perché open source l’abbiamo scelto per le nostre lezioni di Modellazione 3D e di Scultura Digitale, in modo tale che i nostri studenti possano essere già operativi al termine del corso senza dover investire grosse risorse nell’acquisto di licenze. Grazie a Blender è possibile realizzare numerose tipologie di elaborati 3D grazie ad una ricca collezione di tool, sia basilari che avanzati, integrati all’interno del software e facilmente accessibili. Anche l’esportazione avviene in modo semplice e con un buon livello di compatibilità verso i formati di file più utilizzati nel settore. Blender, benché gratuito, è riuscito a emergere in un settore professionale ricco di alternative la cui fama è spesso superiore, ma non per questo caratterizzati da un maggiore livello qualitativo. Nel nostro corso, dopo un'introduzione alla ricostruzione virtuale nel campo dei Beni Culturali, con una panoramica sullo stato dell’arte e sulle problematiche ancora aperte, abbiamo affrontato l’interfaccia grafica e i comandi base di Blender. Dopodiché abbiamo mosso i primi passi nella modellazione poligonale, ponendo particolare attenzione alla correttezza tipologica e alla struttura dati di una mesh. Oltre ai modificatori di base ci siamo spinti anche a una panoramica dei modificatori avanzati di Blender. Abbiamo poi svolto alcuni esercizi pratici, ad esempio: modellazione poligonale per successiva rifinitura di un altare romano a partire da modello reality-based; http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/02/makars-blender-modellatore-2-2.jpg modellazione poligonale a tela di ragno di un tripode di età greca classica a partire da materiale fotografico. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/02/makars-blender-modellatore-3.jpg Il corso era rivolto principalmente alla modellazione 3D finalizzata alla stampa, ma abbiamo visto anche i settaggi di base per il rendering fotorealistico con il motore di rendering Cycles. Ci siamo successivamente cimentati nella modellazione organica poligonale di una pianta a partire da riferimenti fotografici, nella modellazione poligonale di un ambiente ipogeo partendo da planimetrie e sezioni e nella modellazione procedurale di un terreno a partire da dati cartografici e ortofoto. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/02/blender-makars-4.jpg http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/02/blender-modellatore-makars.jpg Nella seconda parte del corso, dedicata alla scultura digitale, abbiamo affrontato gli strumenti di sculpting della mesh lavorando sull’ambiente ipogeo precedentemente modellato per aggiungere dettagli, realismo e caratterizzazione del materiali (pietra, spaccature, etc..). Per quanto riguarda lo sculpting per il restauro digitale ci siamo anche soffermati sul restauro digitale di una statuetta votiva in terracotta rappresentante un torello, proveniente dal Museo Civico Archeologico di Albano Laziale, integrando alcune parti mancanti, come le corna. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/02/makars-blender-modellatore-2.jpg Infine, abbiamo brevemente affrontato anche le tecniche di UV mapping delle mesh e le tecniche di texturing e passaggio di informazione colore fra modelli diversi. In conclusione abbiamo analizzato parametri e procedure di pubblicazione online dei modelli sulla piattaforma Sketchfab, oltre a parametri e procedure per la verifica, la correzione e l’esportazione di un modello correttamente ottimizzato per la stampa 3D. Il mese di febbraio di Makars sarà dedicato ai laboratori di stampa 3D: FFF/FDM, DLP e argilla. Alla prossima puntata di Makars!

Makars è la prima Scuola in Italia di Fabbricazione Digitale per i Beni Culturali. La prima edizione, iniziata il 3 dicembre, è ormai entrata nel vivo e anche il secondo corso di Rilievo 3D Range-based è concluso. Durante il primo corso di Rilievo 3D Image-based avevamo sperimentato le tecniche e i software per rilevare in 3D oggetti usando semplici fotografie e video (qui alcuni dei modelli realizzati dagli studenti). In questo secondo corso, abbiamo visto come rilevare in 3D usando uno scanner a luce strutturata. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/01/01-makars-beni-culturali-rilievo-scanner-in-a-box.jpg La scansione 3D a luce strutturata è una tecnologia molto accurata che si basa sulla proiezione di un pattern di luce sulla superficie dell'oggetto. La deformazione del pattern indotta dalla superficie dell’oggetto viene acquisita tramite una coppia di telecamere e sfruttata per il calcolo delle coordinate tridimensionali. In generale, gli scanner 3D di questo tipo sono particolarmente adatti per rilevare oggetti di piccole dimensioni e sono in grado di acquisire dettagli anche molto minuti. Lo scanner usato durante le esercitazioni è Scan in a Box, uno scanner a luce strutturata prodotto in Italia e uscito sul mercato lo scorso anno. Abbiamo già avuto occasione di testarlo in situazioni differenti (qui un nostro test) e i risultati sono sempre stati di grande qualità; da non trascurare anche il costo veramente competitivo. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/01/02-makars-beni-culturali-rilievo-scanner-in-a-box.jpg Per quel che riguarda l’hardware le caratteristiche tecniche di Scan in a Box dichiarate dal produttore sono: Tempo di Scansione: circa 4 secondi a scansione; Risoluzione/Precisione: fino a 0.1% di accuratezza rispetto all’oggetto scansionato; Densità Mesh: fino a 10 milioni di vertici per modello; Formati di esportazione : OBJ, STL, PLY, OFF; Sistemi operativi supportati: Windows (requisiti minimi: sistema operativo Windows 7 or 8 – 64 bit, CPU 2 Quad Core GHz, 4 GB RAM, VGA NVIDIA GeForce, Risoluzione schermo minima 1280×720); Gestione del colore: colore per-vertex. Durante il corso abbiamo potuto sperimentare tutte le funzioni dello scanner e del suo software IDEA. Infatti, grazie alla partnership tecnica tra Makars e Scan in a Box, ciascun studente ha a disposizione una licenza completa per tutta la durata della Scuola. In particolare, abbiamo affrontato i seguenti argomenti: calibrazione dello scanner: Scan in a Box consente di lavorare con differenti aree di acquisizione, comprese tra 100 e 500 mm. La dimensione dell'area di lavoro indica la dimensione massima di un oggetto che lo strumento è in grado di rilevare con una scanione unica; oggetti più grandi possono essere rilevati con più scansioni. L'area di acquisizione viene quindi scelta in base alle dimensioni dell'oggetto da rilevare, ma anche in base al livello di dettaglio che vogliamo ottenere: minore è infatti l'area di acquisizione che impostiamo e maggiore sarà la risoluzione della scansione e quindi il livello di dettaglio finale del nostro rilievo. Ogni volta che modifichiamo l'area di lavoro è necessario rifare la calibrazione dello scanner, un'operazione con cui si familiarizza velocemente e che richiede alcuni minuti; scansione: lo scanner non acquisisce in continuo, ma è necessario fare una scansione per volta, cioè si scansiona l’oggetto da un punto di vista, poi lo si ruota e si torna ad acquisire, e così via finché non si è rilevata l’intera superficie. Abbiamo visto che non esiste una sequenza di acquisizione valida in ogni situazione, ma che a seconda della forma dell'oggetto da rilevare dobbiamo ruotarlo o muovere lo scanner in modo tale da acquisire la superficie completa; allineamento: le singole scansioni devono essere allineate manualmente, anche se in realtà è un sistema semi-automatico, poiché prese due nuvole di punti basta indicare tre punti in comune (senza bisogno di essere troppo precisi) e il software esegue l'allineamento fino a raggiungere la massima precisione possibile (fornendo al termine anche i valori di distanza media e di deviazione standard). Scanner di fascia di prezzo superiore eseguono l'allineamento automatico, ma questo non è un grosso limite per tre motivi: lo scanner è molto veloce sia in acquisizione che in fase di allineamento manuale; in caso di oggetti di forma molto complessa anche con scanner ad acquisizione continua è difficile rilevare l'oggetto in un'unica acquisizione ma è necessario procedere per step; lavorando su singole acquisizione i file di lavoro sono molto più leggeri ed è possibile utilizzare il software anche con PC di medio livello; http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/01/04-makars-beni-culturali-rilievo-scanner-in-a-box.jpg pulizia della nuvola di punti finale: il software mette a disposizione molto strumenti di selezione per ripulire la nuvola di punti; oltre agli strumenti di selezione manuale, anche strumenti per selezionare i punti isolati o gruppi di punti isolati; elaborazione della mesh: per l'elaborazione della mesh il software IDEA mette a disposizione molte impostazioni; particolarmente utili sono i quattro profili già settati (Small Artistic Object, Technical Object, Sculpture, Design Object) che corrispondo a quattro gradi diversi di dettaglio finale del modello. In aggiunta è comunque possibile impostare manualmente i parametri d elaborazione. Il sofwtare fornisce poi tutti gli strumenti necessari per la pulizia della mesh, lo smoothing, la riduzione del rumore, la chiusura dei buchi e la decimazione. Al termine di tutte le elaborazioni è pertanto possibile esportare un modello 3D molto dettagliato, a colori e in scala, pronto, ad esempio, per poter essere pubblicato on-line o per essere stampato in 3D. Le esercitazioni in aula sono state inizialmente utili per prendere confidenza con lo strumento e per capire i suoi limiti, in particolare per capire con quali oggetti la scansione può essere problematica o impossibile: oggetti di metallo o molto lucidi: i problemi sono causati dall’eccessiva riflessione delle frange luminose proiettate dallo strumento; è possibile risolvere il problema usando uno spray opacizzante quando possibile. Questo problema non c'è con oggetti di metallo ossidati, come la maggior parte dei metalli “archeologici”; oggetti trasparenti: le frange luminose vengono proiettate attraverso la superficie rendendo impossibile rilevare l’oggetto; oggetti neri o molto scuri: il problema è parzialmente risolvibile grazie ad alcune impostazioni del software IDEA (vedi questo esempio); il risultato è comunque molto “rumoroso”. Dopo alcuni esercizi in laboratorio, abbiamo utilizzato Scan in a Box per rilevare alcuni reperti di uno dei Musei partner: il Museo Civico Archeologico di Albano Laziale. Non smetteremo mai di ricordare, infatti, che è indispensabile utilizzare questi strumenti anche fuori dalle aule e in applicazioni pratiche e in contesti reali, perché solo in questo modo ci scontra con le reali difficoltà e gli imprevisti spesso in agguato. Ecco alcuni dei modelli 3D che sono stati realizzati dai nostri studenti. Mancano ancora tre mesi e ben otto corsi al termine di questa prima edizione di Makars. Quindi continuate a seguirci sia qui che sul nostro Blog!

Giovedi 3 dicembre è iniziata Makars, la prima Scuola in Italia di Fabbricazione Digitale per i Beni Culturali. L'obiettivo di Makars è di portare le tecnologie proprie dei makers tra i professionisti che si occupano del patrimonio culturale, per rinnovare e migliorare i processi legati alla conservazione, valorizzazione e fruizione del nostro patrimonio storico-artistico. Questa prima edizione di Makars è organizzata in collaborazione con 3D ArcheoLab e si svolge a Roma, ospitata negli spazi del FabLab SPQwoRk. La Scuola prevede un programma formativo molto ricco e impegnativo: 10 settimane di lezione più un mese di project work, per un totale di 160 ore tra lezioni frontali e laboratori pratici. Makars è sostenuta dai alcuni dei più importanti protagonisti del mondo della fabbricazione digitale: 3D ArcheoLab, SPQwoRk, 3D Flow, 3D Italy, 3DPR, 3DZ, ON/OFF FabLab Parma, Lumi Industries, Scaninabox, Sharebot, TreeD Filaments, WASP. Grazie al loro sostegno è stato possibile allestire un FabLab dedicato agli studenti della Scuola, in cui possono liberamente utilizzare strumenti di scansione 3D, software di fotomodellazione e modellazione 3D e stampanti 3D. La prima parte di Makars è interamente dedicata ai sistemi di rilievo 3D, da immagini e video digitali e con scanner 3D, e il primo corso era incentrato sul Rilievo 3D Image-Based. Oggi il rilievo tridimensionale abbraccia un insieme di strumenti e di tecnologie molto varie, ciascuna con i propri pregi e difetti. La buona regola è scegliere in ogni occasione la soluzione che ci garantisce la migliore qualità, ma questo non è possibile se prima non si ha avuto la possibilità di provare con mano le diverse soluzioni a disposizione, per comprenderne le potenzialità e i limiti. Per questo motivo durante il corso di Rilievo 3D Image-Based non ci siamo limitati a esaminare un'unica soluzione, ma ci siamo concentrati su ben tre soluzioni differenti: 3DF Zephyr, un software di fotomodellazione sviluppato in Italia da 3D Flow e particolarmente potente; Agisoft Photoscan, una delle più note applicazioni commerciali di fotomodellazione; una soluzione completamente open source basata sull'abbinamento dei software Python Photogrammetry Toolbox e MeshLab. Le tecniche di rilievo image-based, a differenza di quelle range-based, sfruttano la luce presente nell’ambiente per acquisire immagini da cui estrarre informazioni tridimensionali della scena osservata. Tra queste tecniche, la fotogrammetria è quella più nota ed utilizzata per rilievi in numerosi campi: produzione cartografica, architettura, archeologia, geologia. Tuttavia, essa richiede ancora strumentazioni e software particolarmente costosi, oltre a un approccio teorico e pratico molto complesso. Una tecnica simile, che non è altro che un’evoluzione della fotogrammetria stessa, è la fotomodellazione (Structure-from-Motion e Multi-view Stereo Reconstruction), una tecnica che ha come scopo principale l'elaborazione automatica delle immagini per l'estrazione di un modello 3D. Al momento i principali vantaggi di questa soluzione risiedono nel minor costo e nella elevata trasportabilità della strumentazione necessaria (di base serve solo solamente una buona macchina fotografica digitale e un PC). http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/01/makars-corso-fotomodellazione-2.jpg Durante il corso ci siamo concentrati in particolare sul software Zephyr: grazie alla partnership tecnica tra Makars e 3D Flow ciascun studente ha infatti a disposizione una licenza PRO per tutta la durata della Scuola. Questo ci ha permesso di utilizzare liberamente il software e di sperimentare anche le funzioni più avanzate. In particolare, gli argomenti trattati durante il corso sono stati: acquisizione delle immagini: questa è la fase fondamentale di tutto il processo ed è necessario capire come settare in modo corretto le impostazioni della macchina fotografica (ISO, bilanciamento del bianco, messa a fuoco, ecc...), come decidere la sequenza di scatto delle foto in base alla morfologia dell'oggetto da ricostruire, quali materiali e superfici presentano particolari problemi, come i metalli, e come risolverli, e in generali quali accorgimenti è necessario avere per eseguire le fotografie in modo corretto; allineamento delle immagini, generazione della nuvola di punti sparsa e densa, generazione della mesh e della texture: avendo a disposizione un buon dataset di immagini, diventa fondamentale capire come settare le impostazioni del software in ogni step dell'elaborazione per ottenere un ottimo risultato e sfruttare appieno sia le capacità del software stesso, sia quelle del computer a disposizione. In queste fasi Zephyr mette a disposizione alcuni profili predefiniti in base al tipo di oggetto che si deve rilevare e in base al grado di dettaglio del modello finale che si vuole raggiungere; questo è molto comodo per chi è alle prime armi. Man mano che si prende confidenza con il software è poi possibile passare alle impostazioni avanzate, che sono veramente tante rispetto a Photoscan, e perfezionare le elaborazioni; messa in scala del modello con una o più misure di riferimento: utilizzando almeno una misura nota sul modello, preferibilmente la distanza tra alcuni target appositamente posizionati, è possibile in modo molto semplice mettere il modello in scala, cioè attribuirgli la corretta dimensione metrica; questo è un passaggio indispensabile perché i modelli provenienti da fotomodellazione, diversamente di quelli provenienti da scansione 3D, non sono in scala: georeferenziazione del modello: utilizzando alcuni marker di coordinate note presenti nelle fotografie abbiamo visto come georeferenziare uno scavo archeologico; questa è un'operazione indispensabile se l'obiettivo del rilievo è di estrarre un'ortofoto o un DEM e produrre della cartografia; http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/01/makars-corso-fotomodellazione-5.jpg mascheratura delle immagini: i certi casi per una corretta elaborazione delle immagini può essere utile mascherarle, cioè disegnare su ogni immagine una maschera per isolare l'oggetto rilevato rispetto allo sfondo; la maschera, infatti, indica in Zephyr quale parte dell'immagine deve essere elaborata, mentre tutto ciò che non è mascherato viene automaticamente scartato. Questa operazione può essere molto utile quando abbiamo uno sfondo che crea molto "rumore" oppure se abbiamo usato una camera in posizione fissa e abbiamo fatto ruotare l'oggetto (a meno che non siamo stati previdenti e abbiamo adeguatamente isolato lo sfondo con un colore neutro bianco o nero). http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/01/makars-corso-fotomodellazione-6.jpg estrazione di un modello 3D da un video digitale: Zephyr offre una funzione molto interessante, che è quella di elaborare un modello 3D partendo non solo da immagini digitali, ma anche da un video. Zephyr infatti estrae in automatico i fotogrammi del video e li tratta come normali immagini. Il processo di estrazione è ben studiato, perché permette non solo di indicare quanti fotogrammi al secondo estrarre, ma anche di estrarre i fotogrammi meno sfuocati (attraverso un'analisi automatica della texture dei fotogrammi) e quelli meno simili tra di loro, cioè se un fotogramma è troppo simile a quello estratto in precedenza verrà scartato (la soglia di similarità può essere impostata manualmente). In questo modo diventa possibile estrarre in modo automatico un buon set di immagini per procedere con l'elaborazione. Al termine del corso abbiamo anche preso in esame una soluzione completamente open source, basata sull'abbinamento dei software Python Photogrammetry Toolbox e MeshLab; grazie a questa soluzione è infatti possibile eseguire l'intero processo che porta dalle immagini digitali al modello 3D usando solamente software libero, pertanto senza dover acquistare alcuna licenza. Questa soluzione presenta però alcuni limiti: tempi di elaborazione della nuvola di punti molto lunghi, non è possibile applicare maschere alle immagini, né georeferenziare il modello, inoltre nella fase di messa in scala non viene restituito l'errore (valore che è molto utile per capire se ci sono misure di riferimento sbagliate o deformazioni nel modello). Le esercitazioni del corso sono state tutte realizzate su reperti e opere conservate all'interno del Museo Diocesano e del Museo Archeologico di Albano Laziale. E' infatti indispensabile misurarsi con oggetti reali, non solo con esercitazioni in aula, perché solo in questo modo è possibile rendersi conto delle problematiche di un rilievo di questo tipo. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2016/01/makars-corso-fotomodellazione-4.jpg Ecco alcuni dei modelli 3D elaborati durante il corso. Seguite il nostro secondo report di Makars

Giovedi 3 dicembre a Roma abbiamo dato il via alla prima edizione di Makars, la prima Scuola in Italia di Fabbricazione Digitale per i Beni Culturali. Gli iscritti sono 10, provenienti da tutta Italia (da Bolzano a Catania) e con formazione differente nel campo dell'archeologia, del restauro e della storia dell'arte. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2015/12/Makars-corso-3d-scanner-e-archeologia-roma-2.jpg Makars è un percorso di studio unico nel suo genere che, come dice il nome stesso, nasce dall’incontro tra il mondo dei Makers e quello dei professionisti dei Beni Culturali, non è un caso che la Scuola si svolga in un FabLab e non all'interno di una Università. Il nostro obiettivo è di portare le tecnologie di Fabbricazione Digitale, proprie del movimento dei makers, tra chi si occupa del nostro patrimonio storico-artistico, mostrandone le possibili applicazioni nel campo della ricerca, conservazione e valorizzazione. La Scuola Makars è organizzata in 10 moduli per un totale di 160 ore di lezione e laboratori: Rilievo 3D Image-based, Rilievo 3D Range-based, Modellazione 3D con Blender, Scultura digitale con Blender, Introduzione alla Fabbricazione Digitale per i Beni Culturali, Laboratorio di stampa 3D FDM/FFF – Fused Filament Fabrication, Laboratorio di stampa 3D DLP – Digital Light Processing, Laboratorio di stampa 3D con argilla, Laboratorio di stampa 3D CJP – Color Jet Printing, Laboratorio di fresatrice e laser cutter. I docenti sono tutti professionisti del settore e le lezioni sono ospitate all'interno del FabLab SPQwoRk di Roma, in via di Portonaccio 23b. Makars è sostenuta dai alcuni dei più importanti protagonisti italiani del mondo della fabbricazione digitale: 3D ArcheoLab, SPQwoRk, 3D Flow, 3D Italy, 3DPR, 3DZ, ON/OFF FabLab Parma, Lumi Industries, Scaninabox, Sharebot, TreeD Filaments, WASP. Grazie al loro sostegno è stato possibile allestire un FabLab dedicato agli studenti della Scuola, in cui possono liberamente utilizzare strumenti di scansione 3D (Scaninabox), software di fotomodellazione (Zephyr) e modellazione 3D (Blender), stampanti 3D (Lumipocket, Delta WASP, Sharebot KIWI, COOBOT, WASP) e materiali innovativi per la stampa 3D (TreeD Filaments Architectural). Makars può contare inoltre sulla collaborazione del Museo Diocesano e del Museo Archeologico di Albano Laziale, che hanno messo a disposizione le loro collezioni per essere rilevate in 3D e per sviluppare progetti di modellazione e stampa 3D insieme ai partecipanti. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2015/12/Makars-corso-3d-scanner-e-archeologia-roma-4.jpg http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2015/12/Makars-corso-3d-scanner-e-archeologia-roma-6.jpg Come si svolge Makars? In totale sono 160 ore di lezione, quasi tutte di laboratori pratici: a dicembre si tengono i corsi di rilievo 3D, a gennaio è la volta di modellazione 3D e scultura digitale, infine a febbraio si svolgono i laboratori di stampa 3D. Le lezioni si svolgono in due giorni full-immersion ogni settimana, il giovedì e il venerdì dalle 9 alle 18, mentre nei restanti giorni è possibile accedere al FabLab per studiare ed esercitarsi utilizzando le attrezzature a disposizione; è anche disponibile una piccola biblioteca con letture specifiche di approfondimento e un'area E-Learning per lo studio individuale on-line. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2015/12/Makars-corso-3d-scanner-e-archeologia-roma-7.jpg A marzo viene il bello: i partecipanti dovranno sviluppare un project work mettendo in pratica quanto imparato e utilizzando liberamente le attrezzature della Scuola. Il 31 marzo, infine, è prevista la presentazione dei progetti sviluppati, ovviamente durante una giornata aperta a chiunque è interessato. Se siete curiosi di sapere cosa faremo nelle prossime settimane, sappiate che vi racconteremo tutti gli sviluppi di Makars sia sul Blog dedicato con appuntamenti giornalieri, sia con approfondimenti qui su Stampa 3D Forum, media partner di Makars. Inoltre, potete anche venire a trovarci a Roma in Via di Portonaccio 23b, presso il FabLab SPQwoRk. Seguite i nostri report del corso

Per gli amanti del filamenti speciali, in questo test abbiamo provato il filamento caricato con polvere di marmo prodotto dall'italiana TreeD Filaments. Scopriamo insieme le enormi possibilità di post-produzione dei pezzi stampati. Quando oltre un anno e mezzo fa ho iniziato a fare le mie prime stampe 3D, scegliere il materiale da utilizzare era piuttosto semplice: PLA o ABS. Iniziavano a circolare i primi materiali speciali, come il laybrick o il laywood, ma ancora non c’era tutta quella ricerca sui materiali che imperversa da almeno sei mesi a questa parte. In quel momento le aziende erano più interessate allo sviluppo di nuove stampanti, con l'obiettivo di ritagliarsi una fetta di quel ricco mercato che sarà la stampa 3D nei prossimi anni. Ora invece escono materiali nuovi ogni mese, tanto che è veramente difficile restare costantemente aggiornati. Noi di 3D ArcheoLab ci occupiamo da tempo di nuove tecnologie digitali legate al 3D per migliorare l’accessibilità dei nostri Musei. In particolare attraverso la stampa 3D riusciamo a produrre repliche fedeli di opere conservate nei nostri Musei, che utilizziamo per allestire percorsi tattili per ciechi e ipovedenti. La stampa 3D di reperti archeologici non è cosa semplice: si tratta di oggetti con particolari a volte anche molto minuti che devono essere conservati per poter essere esplorati con il tatto, inoltre hanno spesso sottosquadri molto accentuati che rendono la stampa impegnativa e il risultato finale a volte compromesso dall’impossibilità di togliere in modo adeguato i supporti, andando quindi a incidere sulla qualità “tattile” della riproduzione. A queste difficoltà si aggiunge il nostro desiderio di creare oggetti che siano fedeli all’originale non solo nella forma, ma anche nei materiali, per creare un'esperienza tattile il più possibile completa. L’effetto "plasticoso" di PLA e ABS per questo motivo non ci è mai piaciuto. Da qui sono iniziate le nostre sperimentazioni - non ancora concluse - sui materiali. In questo post voglio raccontarvi la nostra prova di stampa di un materiale nuovo prodotto in Italia da TreeD Filaments: il Monumental della serie Architectural. Si tratta di un filamento composto da un polimero di base e dall’80% di polvere di marmo. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2015/07/TreeDFilaments-marmo-marble-filamento-stampa-3d-test.jpg Per stamparlo ci siamo fatti aiutare da 3DPR, una società di Langhirano (PR) specializzata nella realizzazione di stampanti FDM personalizzate, uno dei rari esempi in cui le stampanti sono progettate per le esigenze specifiche di ciascun utente e non per un mercato di massa. Abbiamo stampato un reperto archeologico esposto al Museo Nazionale Etrusco di Marzabotto: la testa di un Kouros in marmo greco del 500 a.C., di ca. 20 cm di altezza. La riproduzione farà parte di un allestimento che inaugureremo a settembre. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2015/07/TreeDFilaments-marmo-marble-filamento-stampa-3d-test-2.jpg La stampa è stata realizzata con una stampante chiusa e con piatto riscaldato e le impostazioni di stampa, messe a punto dopo alcune prove, sono state le seguenti: layer: 0,2 mm shell thickness: 0,6 mm bottom/top thickness: 1 mm riempiemento: 10% temperatura di stampa: 218°C temperatura del piatto: 95°C velocità di stampa: 40 mm/s. Il risultato finale ci ha soddisfatto molto per numerosi motivi. Innanzitutto, la possibilità di post-lavorazione: grazie alla presenza di polvere di marmo l’oggetto può essere con facilità levigato con carta vetrata ed è così possibile togliere non solo eventuali imperfezioni, come le sbavature dei supporti, ma anche quell’effetto layers che per oggetti destinati ad essere fruiti tattilmente può disturbare. Abbiamo utilizzato prima una carta a grana grossa (120) per togliere le imperfezioni maggiori, successivamente una carta a grana fine (320) per rifinire la superficie dell'oggetto. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2015/07/TreeDFilaments-marmo-marble-filamento-stampa-3d-test-3.jpg In pochi minuti e con poco sforzo è quindi possibile ottenere un oggetto perfettamente liscio che al tatto si presenta non più “plasticoso”, come gli oggetti in PLA o ABS, ma più simile al marmo originario del reperto. C’è da dire che al tatto la somiglianza è forse più simile al gesso, mentre il colore è effettivamente bianco marmo; questo è l’altro aspetto che più ci ha colpito, seppur non fosse determinante per i nostri obiettivi. Il colore della stampa è di un bianco opaco che rende molto bene tutti i particolari dell’oggetto, anche i più piccoli, e in ogni condizione di luce. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2015/07/TreeDFilaments-marmo-marble-filamento-stampa-3d-test-4.jpg Il materiale è disponibile anche in altri colori: oltre il bianco marmo del Monumental, il grigio cemento del Cementum, il marrone argilla dell’Heritage Brick, il nero pietra del Dark Stone e il giallo sabbia del Sandy. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2015/07/treeD-filaments-2.jpg In conclusione, è un buon materiale indicato per chi ha necessità di stampare oggetti da esposizione (come oggetti di design, plastici di architetture, reperti archeologici), poiché il colore opaco è di grande effetto e la possibilità di levigare perfettamente il materiale eleva la qualità estetica del prodotto finale. Il filamento può essere acquistato qui in bobine da 500 gr al costo di 38 euro + IVA. Un materiale sicuramente da provare!

Le tecnologie di rilievo, modellazione e stampa 3D stanno rivoluzionando il settore dei Beni Culturali, creando nuove forme di documentazione, fruizione e divulgazione. Proprio la tecnologia della stampa 3D, associata alle moderne tecniche di rilievo tridimensionale open source, consente di ottenere in tempi rapidi e a costi contenuti riproduzioni fisiche di reperti archeologici, elementi scultorei o architettonici che possono essere utilizzati a scopi differenti: per studio e ricerca, per la didattica con le scuole, per l'allestimento di percorsi museali alternativi. In quest'ottica è nato 3D ArcheoLab, un progetto di tre giovani professionisti dei Beni Culturali: Giulio Bigliardi, Sara Cappelli e Sofia Menconero. L'obiettivo del progetto 3D ArcheoLab è quello di permettere a tutti il libero e pieno accesso al nostro patrimonio culturale, facilitandone la fruizione attraverso il superamento delle barriere geografiche, fisiche e culturali. A questo scopo, 3D ArcheoLab utilizza tecnologie 3D libere, open source e low-cost per creare nuove forme di conoscenza, divulgazione e accessibilità del nostro patrimonio. 3D ArcheoLab si rivolge a tutti quei musei che vogliono rinnovare il proprio percorso espositivo e i propri servizi online e offline, attraverso un approccio più tecnologico, più innovativo e più coinvolgente. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2014/07/1-3d-archeolab-scanner-e-stampa-3d-monumenti-stampa-3d-forum.jpg Il primo passo è quello di creare una galleria fruibile liberamente online, anche in mobilità, e popolata di modelli 3D di reperti museali (un esempio: 3d-archeolab.sketchfab.me). Il team di 3D ArcheoLab è infatti specializzato nella realizzazione di rilievi e modelli 3D ad alta risoluzione di oggetti utilizzando esclusivamente software libero e open source. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2014/07/2-3d-archeolab-scanner-e-stampa-3d-monumenti-stampa-3d-forum.jpg Il secondo passo è quello di riprodurre gli oggetti rilevati in 3D attraverso la tecnologia della stampa 3D. Tali riproduzioni sono gli strumenti più efficaci per creare originali attività didattiche per le scuole e per gli studenti, nella convinzione che l’approccio tecnologico e lo sviluppo di soluzioni innovative che riuniscono educazione e intrattenimento sia il modo più efficace per migliorare la conoscenza del nostro patrimonio culturale tra le giovani generazioni. Infine, le riproduzioni vengono utilizzate per allestire all'interno dei musei percorsi tattili per non vedenti, in modo da garantire anche a loro un'esperienza di visita completa, troppo spesso legata solamente a testi descrittivi in braille o ad audioguide che in alcun modo riescono a restituire la complessità di un reperto. http://www.stampa3d-forum.it/wp-content/uploads/2014/07/4-3d-archeolab-scanner-e-stampa-3d-monumenti-stampa-3d-forum.jpg Al momento 3D ArcheoLab ha attiva una collaborazione con il Museo Archeologico Nazionale dell'Umbria di Perugia e con l'Accademia Valdarnese del Poggio di Montevarchi; ha inoltre in corso un progetto su Parma, in collaborazione con il costituendo On/Off FabLab Parma. Infine, collabora con Open Téchne e l'Istituto di Formazione e Ricerca della Federazione Italiana Club e Centri UNESCO nell'organizzazione di attività di formazione nel campo del software libero e dei Beni Culturali. 3D ArcheoLab: dall'oggetto reale alla riproduzione Il miglior modo che abbiamo oggi per una corretta documentazione di un qualsiasi oggetto è il rilievo tridimensionale, poiché consente di ricreare un modello virtuale identico all’originale, metricamente corretto e fotorealistico. Un modello 3D ci permette di estrarre un qualsiasi rilievo bidimensionale dell’oggetto, come prospetti, piante o sezioni, nonché di ricreare materialmente l’oggetto grazie alla tecnologia della stampa in 3D. Uno dei limiti principali ad un uso diffuso delle tecnologie di rilievo 3D (su tutte laser scanning e fotogrammetria) nell’ambito dei Beni Culturali è dato dal costo elevato per l’acquisto delle strumentazioni necessarie e delle rispettive applicazioni, spesso nell’ordine delle decine di migliaia di euro. Tuttavia, oggi esistono tecnologie e software liberi e open source che, partendo da semplici immagini digitali, consentono di ottenere un accurato rilievo 3D semplicemente utilizzando una macchina fotografica digitale, anche compatta, e un PC di medie prestazioni, come un notebook. Il primo passaggio fondamentale è ovviamente l’acquisizione di buone fotografie digitali. In questa fase è certamente utile l’utilizzo di una buona macchina fotografica, anche se camere compatte e addirittura smartphone hanno dato buoni risultati (qui un esempio). In certe situazioni può essere molto utile l’uso di un cavalletto, sopratutto in luoghi chiusi con poca luce dove il rischio di ottenere immagini mosse è molto alto; è infatti da evitare l’uso del flash. Può risultare utile anche l’uso di un manfrotto nei casi in cui l’oggetto da fotografare sia particolarmente alto e diventi impossibile scattare fotografie anche della parte più elevata dell’oggetto. Quando scattiamo le fotografie dobbiamo sempre considerare la tridimensionalità dell’oggetto che abbiamo di fronte. Per ottenere un rilievo completo e accurato è indispensabile scattare foto tutt’attorno all’oggetto: su tutti i lati, sopra e, se possibile, anche sotto. Ogni porzione dell’oggetto deve comparire in almeno tre fotografie e ogni foto deve avere un margine di sovrapposizione del 60% circa con quelle adiacenti. In pratica, si scatta una prima fotografia, poi ci si sposta un po’ di lato e se ne scatta un’altra, e così via finché abbiamo compiuto un giro completo attorno all’oggetto e non siamo tornati al punto di partenza; è consigliato scattare una fotografia almeno ogni 15 gradi di spostamento. Il software Una volta scattate le fotografie dell'oggetto, possiamo elaborarle con il software libero Python Photogrammetry Toolbox - PPT. Dopo aver aperto il software (è possibile installarlo sia su GNU/Linux che su Windows: si rimanda al sito dello sviluppatore per tutti i dettagli), il primo passo è caricare la cartella contenente le immagini nel tab "Check Camera Database" e qui inserire la larghezza in mm del sensore CCD della macchina fotografica che abbiamo utilizzato (se non si ha a disposizione il manuale, basta fare una veloce ricerca su Google). Il secondo passo è caricare la cartella delle immagini nel tab "RunBundler": questo processo orienterà nello spazio le immagini ricostruendo i punti di presa di ciascuna immagine. Al termine di questo processo PPT crea una cartella temporanea con i risultati parziali dell'elaborazione. Il secondo e ultimo passaggio consiste nel caricare tale cartella temporanea nel tab "RunCMVS/PMVS" e al termine di questo passaggio il software avrà creato una nuvola di punti 3D degli oggetti che abbiamo fotografato; il risultato, in formato PLY, è visibile all'interno della solita cartella temporanea (percorso /tmp/"nome-cartella-temporanea-creata-da-PPT"/pmvs/models/). Per visualizzare il risultato possiamo utilizzare il software libero MeshLab: qui è possibile caricare la nuvola di punti creata da PPT, ripulirla dai punti in eccesso e creare la mesh lanciando il comando "Surface Reconstruction: Poisson" (sul canale YouTube degli sviluppatori si trovano molti tutorial). La stampa 3D A questo punto ci basta esportare il file in formato STL e aprirlo con un software di slicing, come CURA o Slic3r, per creare il file GCODE da dare in pasto ad una stampante 3D. Ecco quì un video riassuntivo di tutta la procedura: Il progetto 3D ArcheoLab sta rivoluzionando il mondo dei Beni Culturali in modo innovativo, sfruttando software open source e nuove tecnologie che piano piano stanno diventando accessibili a tutti. Per chi volesse approfondire l'argomento del software di Slicing per un oggetto 3D, consigliamo la consultazione della guida apposita a CURA Slicer: LINK