timelines: sovrapposizioni temporali per una rappresentazione delle

Cultural Heritage. Present Challenges and Future Perspectives ‐ Roma, Università Roma Tre, 21‐22 novembre 2014 TIMELINES: SOVRAPPOSIZIONI TEMPORALI PER UNA RAPPRESENTAZIONE DELLE TRASFORMAZIONI URBANE. Vincenza Garofalo Università degli Studi di Palermo Dipartimento di Architettura L’evoluzione della città, sia essa naturale e prolungata nel tempo, o sia essa traumatica e determinata da eventi di guerra o da calamità naturali, necessita di un processo di documentazione che consenta, in qualsiasi momento, di recuperare la visione di una configurazione precedente ad un mutamento. Il saggio analizza alcuni esempi di progetti interattivi che, mediante l’uso della fotografia, quale forma di rappresentazione del reale, permettono di confrontare il prima e il dopo di una trasformazione urbana, descrivendone con consapevolezza la dimensione temporale. Nell’era della rivoluzione digitale ci è consentita la possibilità di rappresentare e visualizzare le trasformazioni della scena urbana nel tempo attraverso prodotti digitali facilmente praticabili anche da utenti non esperti: una sequenza rapida di immagini satellitari riprese in diversi momenti1 (Google Earth, ad esempio, permette di visualizzare la città dall’alto e, grazie a voli successivi nel tempo, di confrontarne gli assetti in anni diversi2); un filmato timelapse che coinvolga uno spazio temporale esteso molto lungo3; il montaggio, in una stessa vista prospettica, di riprese, differite nel tempo, dello stesso spazio urbano, che consenta di visualizzare, contemporaneamente e in maniera interattiva, parti di due immagini sovrapposte, comparando in tempo reale le configurazioni di due momenti storici differenti. Il confronto immediato di una memoria storica, la documentazione fotografica irripetibile di tracce passate, danno la percezione simultanea delle trasformazioni operate nel tempo dall’uomo e indicano il grado di incidenza delle scelte operate. Le trasformazioni del paesaggio sono, di norma, rappresentate mediante la redazione e la produzione di cartografie, immagini satellitari e fotografie aeree che permettono di monitorare anche ampie aree che non sono facilmente osservabili e rappresentabili da terra. Tuttavia la fotografia terrestre ha rappresentato nella seconda metà dell’Ottocento e nel primo trentennio del Novecento una risorsa importante nella documentazione dei dati territoriali e delle modifiche delle città4. In particolare, le fotografie storiche e il loro confronto con immagini attuali sono uno strumento fondamentale per lo studio e la documentazione dell’evoluzione della città e del paesaggio. La visione contemporanea e comparata di fotografie che rappresentano il prima e il dopo di una stessa scena urbana è il punto di forza di una delle installazioni realizzate per l’ecomuseo Urbano Mare Memoria Viva di Palermo5. L’installazione “Trasformazioni” è stata realizzata da Davide Leone e Giuseppe Lo Bocchiaro, entrambi Dottori di Ricerca in Pianificazione Urbana e Territoriale, e consiste in un tavolo touchscreen nel quale è possibile navigare interattivamente all’interno di un’animazione che mostra l’espansione della città di Palermo dal 1850 ad oggi e le massicce trasformazioni subite dalla linea di costa6. È possibile, inoltre, sfogliare alcune coppie di immagini, una foto d’epoca e una sua replica attuale, riprese dallo stesso punto di vista. Trascinando una linea di separazione, comune ad entrambe le immagini, si può nascondere o rivelare una foto rispetto ad un’altra, visualizzando rapidamente le trasformazioni intervenute nel tempo (Fig. 1). Tale tecnica di rappresentazione fotografica, che si chiama repeat photography, è divenuta di uso comune anche nel web e viene adoperata non solo in campo scientifico ma anche in campo giornalistico, per documentare, ad esempio, le distruzioni provocate da un evento naturale o da un conflitto7. La repeat photography o re‐photography è, quindi, l’atto di replicare uno scatto fotografico di un soggetto o di una scena, dallo stesso punto di vista e con il medesimo cono ottico, a distanza di tempo dall’originale. Tuttavia riprodurre esattamente il punto di vista della fotografia originale può essere talvolta difficile. Occorre infatti considerare sei gradi di libertà del movimento (tre per la traslazione e tre per la rotazione 3D) ai quali si aggiunge un settimo grado rappresentato dalla variabile di zoom. Inoltre le immagini storiche sono state scattate con fotocamere delle quali non si conosce la calibrazione, la lunghezza focale e il punto principale. Cultural Heritage. Present Challenges and Future Perspectives ‐ Roma, Università Roma Tre, 21‐22 novembre 2014 Una ricerca condotta dal MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory insieme ad Adobe System ha sperimentato uno strumento in grado di aiutare l’utente a scattare una fotografia dallo stesso punto di vista di un’immagine storica, suggerendo i movimenti della fotocamera per ottenere il risultato cercato8. Inizialmente l’utente, dopo aver collegato un laptop alla fotocamera, è invitato a catturare due immagini della stessa scena, ruotando di circa 20° l’angolo di presa rispetto al punto di vista di riferimento. Il sistema elabora un modello 3D a partire dai due scatti e chiede all’utente di trovare sei corrispondenze tra quest’ultimo e la fotografia d’epoca al fine di calibrare la fotocamera storica e comprendere la scala dell’immagine. L’utente può quindi esaminare diverse visualizzazioni, verificando la sovrapposizione di alcuni elementi, quali ad esempio gli spigoli di un edificio, della foto storica sull’immagine attuale, e decidere quale scatto individui maggiormente il punto di vista originale. L’analisi dei punti di fuga fornisce informazioni sulla posizione del punto principale: esso si trova, infatti, all’intersezione dell'asse ottico con il piano dell'immagine e coincide con l’ortocentro del triangolo i cui vertici sono proprio i punti di fuga delle tre direzioni ortogonali (Fig. 2). Recentemente si sono rese disponibili alcune apps per smartphone, quali Timera, che, gestendo un ampio catalogo di immagini storiche geotaggate, permettono di sovrapporre scatti attuali a foto storiche, ricostruendo anche lo stesso punto di vista. Tale tecnica di visualizzazione permette di ottenere il punto di vista desiderato al momento dello scatto anche ad utenti non esperti, rapidamente e in qualsiasi luogo. Dagli archivi fotografici storici è possibile, come già detto, documentare i cambiamenti della città e ricavare informazioni sugli edifici costruiti, modificati o distrutti nel tempo. È sempre più crescente, tuttavia, il bisogno di accedere all’ingente numero di archivi storici fotografici in modi nuovi che vadano al di là della semplice catalogazione e indicizzazione. Nell’ambito del progetto “4D Cities”, ideato e condotto da Grant Schindler e Frank Dellaert presso la Scuola di Interactive Computing al Georgia Tech, è stata sviluppata un’applicazione che permette di costruire automaticamente un modello 3D delle città che cambia nel tempo a partire da un grande archivio di fotografie storiche che vengono ordinate cronologicamente9. Il sistema sfrutta la tecnica SFM (structure from motion), che permette di ottenere modelli tridimensionali da sequenze di immagini bidimensionali, per ricostruire virtualmente il modello 3D degli edifici e per determinare l'esatta localizzazione di ogni immagine. Tale applicazione non è l’unica in grado di ricostruire e visualizzare una scena ripresa in un ambiente 3D dall’analisi di una raccolta di fotografie. Tuttavia, rispetto ad altri sistemi più noti e disponibili anche nel web, quali ad esempio Photosynth di Microsoft, tale applicazione introduce la variabile tempo nella modellazione della città. “4D Cities” si configura come uno strumento utile ad organizzare spazialmente e temporalmente archivi di migliaia di immagini e a creare nuove viste di scene storiche interagendo con il modello 3D variabile nel tempo. A partire da una serie non ordinata di fotografie, è possibile dedurre l'ordine temporale delle immagini, ragionando sulla presenza e sulla visibilità di un edificio in ogni scatto, e visualizzare un modello spazio‐temporale (4D) della città che cambia. In ogni immagine, ogni punto 3D è classificato con un colore diverso: blu (visibile), rosso (mancante), bianco (fuori dalla vista o nascosto). I punti mancanti appartengono a edifici non ancora realizzati al momento dello scatto. La classificazione dei punti in tutte le immagini esaminate viene assemblata in una matrice di visibilità che permette di dedurre un ordine temporale: ogni colonna rappresenta un'immagine diversa, mentre ogni riga rappresenta la visibilità di uno stesso punto 3D in tutte le immagini. Alcuni vincoli permettono di raggiungere l’ordine temporale cercato, spostando la posizione delle colonne. Non è possibile, ad esempio, che in una riga della matrice un punto 3D sia mancante tra due colonne in cui è stato osservato, perché non può capitare che un edificio sia esistente, poi mancante e poi di nuovo presente nella scena urbana. Successivamente, da ogni gruppo di punti vengono elaborate facce 3D convesse, che possono anche essere texturizzate, per ottenere rappresentazioni geometriche solide degli edifici nella scena in differenti momenti e dallo stesso punto di vista10 (Fig. 3). Da quanto fin qui esposto, risulta chiaro quanto sia importante che la precisa localizzazione nello spazio dei contesti raffigurati sia ottenibile anche da fotografie comuni. La monofotogrammetria digitale è una tecnica di studio che si basa su misurazioni geometriche a partire da fotografie. Tale tecnica, che nel tempo era caduta in disuso, è stata recentemente ripresa e perfezionata da ricercatori dell’Istituto Federale di Ricerca WSL di Bellinzona, dell’Istituto Scienze della Terra della SUPSI e Cultural Heritage. Present Challenges and Future Perspectives ‐ Roma, Università Roma Tre, 21‐22 novembre 2014 della Fondazione Archivio Fotografico Roberto Donetta di Corzoneso con lo sviluppo di WSL Monoplotting tool, software capace di permettere la georeferenziazione di fotografie comuni anche ad utenti non esperti11. È possibile, quindi, realizzare cartografie e misurazioni precise a partire da fotografie, attuali o storiche, scattate con fotocamere comuni e senza conoscere la posizione e l’orientamento del punto di vista. E’ sufficiente, infatti, conoscere le coordinate reali di almeno quattro punti visibili sulla foto per individuare la posizione del fotografo al momento dello scatto, il cono ottico e le caratteristiche ottiche della fotocamera. Questa informazione permette di acquisire ulteriori fotografie scattate da una posizione simile, consentendo una migliore comparazione dei cambiamenti avvenuti nel tempo. Successivamente è possibile calcolare la direzione assoluta dei raggi luminosi corrispondenti ad ogni pixel della fotografia. Basta, pertanto, stabilire l’intersezione tra il raggio ottico, che unisce il punto focale con un punto del quale si vuole conoscere la localizzazione, e la superficie del modello digitale del terreno (DEM) per collegare ogni pixel dell’immagine fotografica alle sue coordinate tridimensionali reali, individuandone così la posizione geografica (Fig. 4). Il software è adoperabile in diversi campi di applicazione: permette, ad esempio, di disegnare punti, linee e poligoni, calcolandone le coordinate reali e quindi di sovrapporre curve di livello georeferenziate su foto d’epoca, oppure consente di produrre rappresentazioni cartografiche di periodi differenti ed “offre degli strumenti di analisi fotografica che potrebbero tornare utili nei più disparati ambiti di studio del paesaggio. […] L’architetto che volesse evidenziare la crescita edilizia attorno a un nucleo storico potrebbe importare un disegno 3D con i volumi dei nuovi edifici, per poi trasformarlo in prospettiva fotografica e sovrapporlo a una fotografia storica ritraente il nucleo originale”12. In conclusione di questo breve ed incompleto contributo, si evidenzia come sia ormai possibile sul web, anche ad utenti non esperti e non dotati di software specifici, georeferenziare (ovvero assegnare a un dato un'informazione relativa alla sua dislocazione geografica), se pur in maniera approssimata, le immagini in globi virtuali. In Google Earth, ad esempio, adoperando le caratteristiche della vista 3D, si può inserire un segnaposto (placemark) che rileva le coordinate latitudine e longitudine e ne registra i parametri nella vista virtuale. A tale segnaposto è possibile anche associare interi contenuti multimediali quali foto, video, note informative. E’ possibile altresì definire altri parametri che permettano di individuare l’esatto punto di ripresa ed il cono ottico di una fotografia. Nella vista 3D si possono anche inserire foto e mappe storiche georeferibili prospetticamente e navigabili interattivamente. Raccogliere, inoltre, in un archivio digitale prodotti fotografici di varia natura e di differenti periodi, che documentino la trasformazione di uno spazio architettonico urbano nel tempo è ormai un’operazione comunemente accessibile. Un esempio è costituito da alcuni siti web che raccolgono, da parte degli utenti, immagini d’epoca di tutto il mondo e che, collegandosi a Google Maps, permettono, se pur in maniera non precisa, di sovrapporre o di accostare un’immagine storica a una veduta attuale dello stesso soggetto13. Un archivio che permetta anche la ricerca di immagini per coordinate geografiche è un’operazione facilmente auspicabile e che garantirebbe importanti sviluppi nello studio del patrimonio culturale, e delle trasformazioni della città e del territorio. 1
Si veda, ad esempio, la documentazione della recente distruzione di intere zone della città di Aleppo in seguito ai bombardamenti aerei http://www.repubblica.it/solidarieta/2013/08/07/foto/amnesty_aleppo_devastata_le_immagini_del_satellite‐
64439781/1/?ref=search#1 2
Google Earth è un’applicazione open access che genera rappresentazioni virtuali del globo terrestre, fornendo immagini satellitari ed elaborando fotografie aeree e dati topografici raccolti in una piattaforma GIS. 3
Un filmato timelapse viene realizzato assemblando migliaia di immagini ad alta risoluzione per raccontare in pochi minuti ciò che accade in un arco temporale molto più ampio. Si veda un esempio realizzato da EarthCam, società che gestisce reti di telecamere in tutto il mondo e fornisce giornalmente milioni di immagini, che condensa, in due minuti, la costruzione dell’edificio più alto del nuovo World Trade Center avvenuta in nove anni: http://www.youtube.com/watch?v=Nn11DWH_LEA#t=74; 4
cfr. C. Bozzini, M. Conedera, P. Krebs, La monofotogrammetria: l'evoluzione di uno strumento per il monitoraggio, la pianificazione e la storia del paesaggio, “Archi: rivista svizzera di architettura, ingegneria e urbanistica”, 2011, 2, p. 45. 5
La recente realizzazione del Museo, su progetto e ad opera dell’Associazione CLAC di Palermo, è stata sostenuta dalla Fondazione con il Sud ed ha il supporto dell’Assessorato alla Cultura del Comune di Palermo e la Soprintendenza del Mare quali partner istituzionali: http://www.marememoriaviva.it/ Cultural Heritage. Present Challenges and Future Perspectives ‐ Roma, Università Roma Tre, 21‐22 novembre 2014 6
L’autrice ringrazia gli Architetti Filippo Pistoia, dell’Associazione CLAC di Palermo, Davide Leone e Giuseppe Lo Bocchiaro per averle fornito le immagini dell’installazione “Trasformazioni” che sono inserite in questo contributo (Fig. 1). 7
Si vedano le applicazioni pubblicate sulle pagine web della ABC American Broadcasting Company e del quotidiano La Repubblica che documentano rispettivamente la devastazione causata dal tifone Haiyan nelle Filippine nel 2013 e la recente distruzione del minareto della moschea di Aleppo, in seguito alla guerra civile siriana tuttora in corso, mettendole a confronto con fotografie scattate prima degli eventi distruttivi: http://mobile.abc.net.au/news/specials/typhoon‐haiyan‐photos‐before‐after/ e http://video.repubblica.it/dossier/rivolta‐siria/aleppo‐il‐minareto‐dell‐antica‐moschea‐prima‐e‐dopo‐l‐esplosione/126480/124982 8
cfr. S. Bae, A. Agarwala, F. Durand, Computational rephotography, “ACM Transactions on Graphics”, 2010, 29, art. 24, pp. 1‐15. 9
Il progetto è stato sostenuto dalla National Science Foundation ed ha ottenuto fondi da Microsoft Research nell’ambito di un progetto di finanziamento della ricerca accademica: www.cc.gatech.edu/4d‐cities 10
cfr. G. Schindler, F. Dellaert, S.B. Kang, Inferring Temporal Order of Images From 3D Structure, IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. CVPR’07, 2007, pp. 1‐7; G. Schindler and F. Dellaert, Probabilistic Temporal Inference on Reconstructed 3D Scenes, IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, CVPR’10, 2010, pp. 1410‐1417; G. Schindler, F. Dellaert, 4D Cities: Analyzing, Visualizing, and Interacting with Historical Urban Photo Collection, “Journal of Multimedia”, 2012, 7, 2, pp. 124‐131. 11
cfr. C. Bozzini, M. Conedera, P. Krebs, La monofotogrammetria, cit., pp. 45‐51. 12
Ivi, p. 50. 13
http://www.whatwasthere.com/, http://www.sepiatown.com Cultural Heritage. Present Challenges and Future Perspectives ‐ Roma, Università Roma Tre, 21‐22 novembre 2014 Fig. 1. Davide Leone e Giuseppe Lo Bocchiaro, Esempi di repeat photography dell’installazione “Trasformazioni”, realizzata per l’ecomuseo Urbano Mare Memoria Viva di Palermo, 2014 (su cortesia degli autori). Cultural Heritage. Present Challenges and Future Perspectives ‐ Roma, Università Roma Tre, 21‐22 novembre 2014 Fig. 2. Procedure e risultati della ricerca condotta dal MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory insieme ad Adobe System. Dall’alto e da sinistra: (a) Il laptop collegato alla fotocamera ne calcola la posizione. (b) Le prime due fotografie scattate dall’utente. (c) Il software visualizza i movimenti che deve compiere la fotocamera per ottenere il punto di vista desiderato. (d) La posizione del punto principale ottenuta dall’analisi dei punti di fuga. (e) La fotografia di riferimento, (f) il risultato della rephotography ottenuto adoperando la tecnica a confronto con il risultato raggiunto in maniera empirica (g). Nell’ultima riga sono evidenziate in rosso le corrispondenze con la fotografia di riferimento. S. Bae, A. Agarwala, F. Durand, Computational rephotography, “ACM Transactions on Graphics”, 2010, 29, art. 24, pp. 1‐15. Cultural Heritage. Present Challenges and Future Perspectives ‐ Roma, Università Roma Tre, 21‐22 novembre 2014 Fig. 3. Procedure e risultati della ricerca condotta nell’ambito del progetto “4D Cities”. Dall’alto: Individuazione di punti in una serie non ordinata di fotografie e classificazione in una matrice di visibilità; le stesse immagini ordinate secondo una sequenza temporale; la costruzione del modello 3D variabile nel tempo; modello 3D variabile nel tempo della città di Atlanta nel quale è evidenziato in rosso il Fourth National Bank Building in tre fotografie del 1967, 1970, 2007. G. Schindler, F. Dellaert, S.B. Kang, Inferring Temporal Order of Images From 3D Structure, IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. CVPR’07, 2007, pp. 1‐7; G. Schindler, F. Dellaert, 4D Cities: Analyzing, Visualizing, and Interacting with Historical Urban Photo Collection, “Journal of Multimedia”, 2012, 7, 2, pp. 124‐131. Cultural Heritage. Present Challenges and Future Perspectives ‐ Roma, Università Roma Tre, 21‐22 novembre 2014 Fig. 4. Applicazioni del software WSL Monoplotting tool. Dall’alto e da sinistra: Il software permette di disegnare in una foto d’epoca (a), calcolando le coordinate reali dei vettori tracciati, e di sovrapporli ad una planimetria (b), di digitalizzare aree georeferenziate (c) e sovrapporle ad una mappa (d), di riportare su di una fotografia qualsiasi curve di livello vettoriali georeferenziate (e). Individuazione delle coordinate reali mediante il calcolo del punto di incidenza sulla superficie del modello del terreno del raggio ottico passante per il punto focale (f). C. Bozzini, M. Conedera, P. Krebs, La monofotogrammetria: l'evoluzione di uno strumento per il monitoraggio, la pianificazione e la storia del paesaggio, “Archi: rivista svizzera di architettura, ingegneria e urbanistica”, 2011, 2, pp. 45‐51.

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