Hoe geoloog Gianluca Fallacara de BLK3D gebruikt voor het onderzoek van de Basilica Santi Medici in Alberobello, Italië.

De beroemde stad Alberobello (Puglia) heeft ongeveer 2000 stenen huizen, "trulli" genoemd, in het historische centrum. Deze huizen werden in 1996 door UNESCO uitgeroepen tot Werelderfgoed. Het zijn deze gebouwen die de stad wereldwijd bekend maken en daardoor een populaire toeristische bestemming vormen.    

De beroemde trulli zijn echter niet de enige attractie van Alberobello. Een van de belangrijkste monumenten van de stad, gelegen in het noordelijke deel van het historische centrum, is de Basilica Minore, gewijd aan de patroonheiligen van de stad, de SS. Medici Cosma en Damiano.    

Het huidige ontwerp van de basiliek dateert uit 1885 en is het werk van de bekende architect Antonio Curri. Een belangrijk element van de basiliek werd nooit gerealiseerd in het kader van het oorspronkelijke project, dat in 1914 werd voltooid: de majestueuze koepel, die was voorzien in het midden van het Latijnse kruisvormige plan van de kerk. Symbolisch gezien is de koepel een fundamenteel element, omdat het de hemel en het universum vertegenwoordigt, evenals het centrale element van het religieuze monument.    

Na vele jaren zou de koepel eindelijk gerealiseerd kunnen worden door een technologisch zeer geavanceerd en innovatief project, ontwikkeld door de DICAR-afdeling van de Polytechnische Universiteit van Bari, met respect voor de visie en filosofie van architect Antonio Curri uit de tweede helft van de negentiende eeuw. Het voltooien van de koepel vormt een technische en technologische uitdaging die de samenwerking van verschillende soorten experts vereist, zoals architectuur, engineering en 3D-opmetingen en modellering.  

Gianluca Fallacara, geoloog met specialisaties in hydrogeologie, geotechniek en topografische opmetingen, en met jarenlange ervaring in fotogrammetrie, werd aangesteld om een intern onderzoek van de kerk uit te voeren, met name van de achthoek (de basis van de koepel) en van de buitenkant, dat wil zeggen het deel boven de achthoek.

“Mijn taak was om de interne en externe puntenwolken te verkrijgen, zodat er een 3D-model gemaakt kon worden dat de architecten zullen gebruiken voor de verschillende ontwerpfasen. Voor het onderzoek van het buitenste deel van de kerk, waar de koepel zal worden gebouwd, heb ik gebruik gemaakt van drone-fotogrammetrie.   Voor het interne onderzoek heb ik besloten te vertrouwen op de Leica BLK3D."

BLK3D gemonteerd op een paal van 5 meter

Fallacara voerde na het onderzoek van de top van de basiliek met een drone het onderzoek van de binnenkant uit met de Leica BLK3D, gebruikmakend van de Image Group-functie.

Deze functie stelt gebruikers in staat om tot 500 paren stereoafbeeldingen vast te leggen, die kunnen worden gebruikt om op afbeeldingen gebaseerde puntenwolken en orthofoto's te berekenen. Dit is een zeer efficiënte methode, omdat de beelden die met de BLK3D zijn vastgelegd automatisch worden geschaald en de verticale as wordt ingesteld door de ingebouwde kantelsensoren van de BLK3D. Bovendien is het niet nodig om referentiemetingen op locatie uit te voeren.    

“Ik besloot de BLK3D in deze context te testen, omdat het niet was toegestaan om een drone voor de binnenkant te gebruiken. Toch had ik nog steeds een puntenwolk en een getextureerd 3D-model nodig en wilde ik het onderzoek snel afronden."

Het belangrijkste doel van het onderzoek is het deel onder de koepel, de achthoek. Fallacara monteerde eerst de BLK3D op een paal van 5 meter, waardoor hij zo dicht mogelijk bij de achthoek kon komen, terwijl hij de BLK3D op afstand bestuurde met een tablet verbonden met een hotspot.  

Om de BLK3D verder te testen, besloot Fallacara een volledig onderzoek van de kerk uit te voeren, en niet alleen van de achthoek. Met de Image Group-functie legde hij 271 paren stereoafbeeldingen vast, gemaakt langs de gangpaden, zonder zich al te veel zorgen te maken over de techniek van fotogrammetrische opnames of over het overlappen van de beelden. Bij de achthoek van de koepel gebruikte hij een overlap van ongeveer 70% tussen de beelden om een goede mesh te verkrijgen en de beste resultaten te garanderen.    

Het onderzoek met 271 paren beelden werd voltooid in ongeveer 30 minuten, zonder dat er doelen of referentiemetingen nodig waren.

Afstandsbediening van de BLK3D via tablet

Eenmaal op kantoor importeerde Fallacara eenvoudig de map met de 271 paren stereografische afbeeldingen, vastgelegd met de BLK3D en bekend als "Image Group", in de fotogrammetriesoftware Agisoft Metashape, die hij regelmatig gebruikt voor drone-fotogrammetrie. Vervolgens begon hij met het verwerken van de Image Group om de puntenwolk in Agisoft Metashape te verkrijgen.  

“Ik behaalde een uitzonderlijk resultaat voor de puntenwolk, boven verwachting.

Vanuit de kerk kon ik geen verbinding maken met het GPS-signaal, maar de BLK3D was via internet verbonden met een 'virtueel' GPS-punt via het netwerk. Hierdoor kon Metashape de beelden correct lokaliseren, het interieur van de kerk reconstrueren, en perfect de hele achthoek.  

Met de BLK3D hoef je geen doelen te gebruiken tijdens het onderzoek, zoals je dat met een drone doet. Bovendien hoef je het 3D-model niet te corrigeren, omdat het al is gecorrigeerd en gekalibreerd. Dit bespaart veel tijd in de opmeet- en verwerkingsfase.    

Door de BLK3D Image Group in Metashape te verwerken, heb ik het 3D-model verkregen dat ik zocht, dat ik kan exporteren in de formaten die door architecten worden gevraagd. Bijvoorbeeld, ik kan het 3D-meshmodel (obj-model) extraheren, of de textuur, of ik kan de orthofotomozaïek van de achthoek verkrijgen met een hoge grafische resolutie. Uit de orthofotomozaïek kon ik alle afmetingen van de achthoek zeer nauwkeurig meten en verifiëren."    

In fotogrammetrie is een orthofotomozaïek een geometrisch gecorrigeerde afbeelding, berekend op basis van meerdere afbeeldingen, die kan worden gebruikt als een geschaald plan.

Orthofotomozaïek van de achthoek

Voor verdere bevestiging van de afmetingen van de achthoek vergeleek Fallacara de metingen die werden verkregen uit de orthofotomozaïek met de 3D-beelden vastgelegd met de Reality Capture-functie. De BLK3D Reality Capture-functie stelt je in staat om real-time in een 3D-afbeelding te meten, rechtstreeks op het scherm van de BLK3D, met behulp van het principe van stereofotogrammetrie.  

“Ik heb een 3D-afbeelding vastgelegd met de BLK3D Reality Capture-functie om deze als referentie te gebruiken. Ik kreeg hetzelfde resultaat als ik kreeg van de metingen in de puntenwolk, perfect consistent."

Als laatste stap combineerde Fallacara de Metashape-puntenwolken van het interieur en exterieur om een totaal 3D-model van de kerk te creëren.

“Ik liet de twee projecten apart in Metashape werken. Vervolgens heb ik de puntenwolk, verkregen door het fotogrammetrische onderzoek met een drone, samengevoegd met de puntenwolk die werd vastgelegd door de Image Group met de BLK3D.   Ik kreeg een echte, perfecte overlap."

3D-exterieurmodel (onderzoek met drone)

Vervolgens heb ik alle technische gegevens aan de architecten verstrekt, zowel het 3D-model als de afmetingen van de achthoek. De architecten bouwden, op basis van het 3D-model dat was gemaakt met de BLK3D Image Group, een plastic schaalmodel van de koepel, met de perfecte vorm van de achthoek. Op dit punt hebben de architecten alle informatie en modellen die nodig zijn om aan het definitieve bouwproject van de koepel te werken."    

Dit is een van de eerste voorbeelden ter wereld van het gebruik van de BLK3D in een project dat architecturale, technische en virtual reality-velden omvat.

De volgende fase bestaat namelijk uit het gebruik van het 3D-model dat met de BLK3D is verkregen om een tentoonstelling te creëren met Augmented Reality. Het bouwproject van de koepel is een groots, veeleisend en complex werk dat pas in de komende jaren voltooid zal worden. Ondertussen zal het 3D-model van Fallacara worden gebruikt om bezoekers van de kerk een unieke ervaring te bieden: door middel van speciale brillen kan de bezoeker de koepel in zijn uiteindelijke vorm "zien" en zich volledig onderdompelen in de sfeer en de oorspronkelijke visie van de late negentiende eeuw.    

"De BLK3D is ontwikkeld als een meetinstrument, maar het is in werkelijkheid veel meer," besluit Fallacara.

"Ik beschouw de BLK3D als een van de beste tools op de markt voor kosten/baten. Ik behaalde een resultaat dat in fotogrammetrie, onder dezelfde omstandigheden, niet mogelijk is met andere instrumenten. Bovendien optimaliseer ik met de BLK3D tijd, het gebruik van de PC en kan ik op elk moment het model aan mijn klanten laten zien!"