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City Explorer 3D | Workflow

City Explorer 3D è una piattaforma tecnologica che consente di ricreare un modello virtuale 3D del territorio integrando dati e rilievi aerofotogrammetrici provenienti da diverse fonti (aereo-drone-terrestri) a supporto delle esigenze dei diversi portatori di interesse, istituzionali e privati.

Il Rilievo

Il rilievo fotogrammetrico è eseguito tramite aerei Bimotore Partenavia P68 opportunamente equipaggiati con camere aerofotogrammetriche quali Vexcel Osprey Mark III PREMIUM e Vexcel UltraCam Lp. Durante il volo, la camera fotogrammetrica posta nella parte inferiore della carlinga, riprende la superficie sorvolata, fissandola nei fotogrammi scattati in successione ad intervalli prestabiliti.

Acquisizione delle immagini

Attraverso la botola presente nella parte inferiore della carlinga dell’aereo, l’obiettivo della camera fotogrammetrica Vexcel Osprey Mark III PREMIUM o della Vexcel UltraCam Lp, viene rivolto perpendicolarmente alla superficie terrestre. La camera digitale montata su piattaforma stabilizzata GSM 3000, si interfaccia con il sistema inerziale Applanix GPS/INS POSAv 510 il quale permette la registrazione dei dati di posizionamento, quota, centri presa, angoli di Roll, Pitch e Yaw; – Omega, Phi e Kappa – di ogni fotogramma al momento dello scatto. A bordo il pilota e l’operatore specializzato gestiscono tutte le fasi del volo tramite il supporto del software POSTrack (Flight Management System) Applanix che permette la visualizzazione e la corretta esecuzione delle strisciate mediante l’apposito display. L’aereo procede lungo la linea di volo secondo la quota definita nel piano di volo e ad una velocità costante di crociera, viene realizzata una “strisciata” di scatti fotografici secondo un intervallo di scatto prestabilito in modo da garantire il GSD di progetto.

La sequenza di scatti è tale per cui vi è un ricoprimento longitudinale di almeno il 75% (endlap) tra due fotogrammi successivi della medesima strisciata. Terminata la ripresa, il P68 inverte la rotta di 180° ed esegue una nuova ripresa a fianco di quella appena compiuta cercando di ottenere un ricoprimento laterale tra i fotogrammi di almeno il 75% (sidelap); in questa maniera viene garantita la copertura totale stereoscopica di tutta l’area di rilievo che consente la ricostruzione del modello tridimensionale della città rilevata.

Data Processing e Aerotriangolazione

I file Raw forniti dalla camera fotogrammetrica, congiuntamente ai punti di scatto e gli orientamenti interni ed esterni, sono processati dal software dedicato Ultramap che contiene i moduli specifici per la gestione del progetto. Durante il dataprocessing viene effettuato il controllo qualità dei dati prodotti durante il volo, e si apportano le necessarie modifiche relativamente alla regolazione dei livelli colore, densità, contrasto e bilanciamento dei grandi blocchi di immagini. Il dato finale è in formato GeoTif in RGB, risoluzione radiometrica 8/16 bit. Il programma analizza la proiezione delle immagini, aggiusta i valori inseriti per ciascun fotogruppo e per ciascuna immagine, elaborando automaticamente i tie points: altresì noti in fotogrammetria come punti di legame, ovvero i punti nei quali le proiezioni delle immagini si intersecano tra loro. Il software identifica così per ogni tie point un punto nel mondo reale, avente quindi coordinate XYZ note e colori RGB noti. In seguito ad ogni ciclo di aerotriangolazione (AT), l’algoritmo ottimizza e modifica i parametri caricati nel sistema per ciascun fotogruppo e per ciascuna immagine. Terminato un primo calcolo si importano i Ground Control Points (GCPs) che vengono automaticamente posizionati dal software nello spazio 3D del progetto. Il software esegue un bilanciamento automatico di luminosità e contrasto per rimuovere eventuali tracce di foschia e riflessi. Minimizza inoltre le differenze di luminosità e colore tra le immagini confinanti, per cui, dopo questa fase, tutte le immagini del progetto, anche se scattate con luminosità diversa, risulteranno uniformi.

Elaborazione della mesh

Per giungere al completamento dell’elaborazione 3D, il software esegue l’operazione di dense matching, attraverso le tecniche di fotogrammetria assegna ad ogni pixel dell’immagine una posizione nello spazio, si genera così un modello digitale di superficie denominato DSM (Digital Surface Model) georeferenziato nel sistema di coordinate definito. Il DSM è una ricostruzione virtuale e fedele, in scala reale, del territorio ripreso dalle immagini; che permette di produrre una mesh 3D detta TIN (Triangulated Irregular Network) e su questa riproietta delle porzioni delle immagini digitali originali scegliendole in base all’angolo d’incidenza della faccia. La mesh 3d texturizzata così ottenuta risulta dimensionalmente corretta, accurata e graficamente realistica.  La mesh del territorio rilevato è divisa in porzioni più piccole dette tiles.

Sistema di visualizzazione

Il sistema City Explorer 3D prevede la visualizzazione 3D in realtime ed in alta qualità della scena su molteplici device. Considerata l’elevata qualità di dati, l’unica possibilità per poter visualizzare il modello 3D in maniera fluida è mediante l’utilizzo di un render engine per videogame, in questo modo si utilizzano al massimo le performance delle GPU presenti ormai anche su tutte la classi di smartphone.

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