Storicamente. Laboratorio di storia

Tecnostoria

Virtual Heritage: Le Tecnologie dell’Informazione (IT) applicate ai Beni Culturali

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Abstract

The application of Information Technology to Cultural Heritage can provode new, compelling modalities of interacting with faithful representations of the cultural objects and propose new areas of applications for technology. In this paper, we explore how to conveniently apply leading-the-edge 3D and entertainment technologies to the promotion and wide dissemination of contents and experiences related to the Cultural Heritage area.

Introduzione

Il filone di ricerca che va sotto il nome di Virtual Heritage si pone a metà strada tra le esigenze e le problematiche degli esperti culturali (termine generico con cui si vuole intendere tutte le figure con preparazione umanista che si occupano di beni culturali, dallo storico dell’arte allo studioso di storia della città) e gli strumenti di cui gli esperti di tecnologie dell’Informazione dispongono. Da questo confronto tra problematiche e tecnologie nasce un dibattino che porta in primo luogo all’individuazione di soluzioni basate sulla tecnologia per le problematiche culturali, ma anche an una cross-fertilization tra i due campi che da una parte porta all’individuazione di nuove problematiche di studio a cui gli esperti culturali non pensavano e dall’altra a idee per lo sviluppo di nuove tecnologie legate alle particolarità del campo culturale.

Negli ultimi decenni il Virtual Heritage si è focalizzato su quattro principali tematiche: conservazione, restauro, studio e fruizione. Le tecnologie dell’informazione applicate alla conservazione dei beni culturali hanno lo scopo di documentare con precisione lo stato delle opere (ad esempio pittoriche o scultoree) [Remondino 2011] in modo da poterne monitorere le variazioni nel tempo e predisporre gli interventi di restauto adeguati. In questo contesto l’uso della tecnologia della rilevazione tramite scanner laser per la produzione di copie digitali è largamente utilizzata sia in campo archeologico che museale [Laing 2011]. Anche la fase di restauro delle opere può trarre vantaggio dalla tecnologia informatica, ad esempio utilizzando modelli di simulazione dei materiali e della loro interazione con solventi e altri materiali da restauro è possibile testare l’esito degli interventi su copie virtuali delle opere prima di applicarli sulle opere reali [Barni 2000]. Lo studio del patrimonio culturale può trasformarsi in un’attività computazionale grazie alla disponibilità di immense banche dati [Haslhofe 2010] che possono essere esplorate da algoritmi di data maning alla ricerca di regolarità o relazioni di non immediata evidenza. Infine, la fruizione del patrimonio artistico può esssere migliorata grazie a ricostruzioni tridimensionali e alle guide elettroniche personalizzate in grado di funzionare su smartphones

Ricostruzioni tridimensionali

Le ricostruzioni tridimensionali permettono di realizzare modelli di architetture del passato. Ad esempio, il Gruppo di Ricerca Elios dell’Università di Genova negli ultimi dieci anni abbiamo realizzato le ricostruzioni di importanti siti del patrimonio culturale dell’area della città di Genova, tra cui: l’importante via rinascimentale Strada Nuova oggi Via Garibaldi, il Palazzo Ducale, la Basilica di Carignano e l’area delle ville di Sampierdarena.

Lo sviluppo di questo tipo di progetti presenta un insieme di problematiche che possiamo dividere in quattro grandi aree: definizione delle fonti, applicazione della tecnologia, importanza dell’utente e collaborazione multidisciplinare.

Definizione delle fonti

Per realizzare una ricostruzione 3D dettagliata di architetture del passato è necessario lo studio approfondito di molta documentazione storica proveniente da fonti differenti. In primo luogo devono essere individuate tutte le rappresentazioni esistenti del soggeto della ricostruzione, a partire dalla eventuale disponibilità di piante progettuali da cui è possibile dedurre le dimensioni reali. Ogni altra reppresentazione (figure, disegni e se disponibili immagini fotografiche) e ogni descizione testuale sono elementi preziosi, in particolare se il soggetto architettonico non è più esistente oppure se ha subito profondi cambiamenti nel corso del tempo.

Ad esempio, nel progetto di ricostruzione di Strada Nuova per la posizione degli edifici sul terreno è stata utilizzato la Gabella Possessionum, una reppresentazione pittorica della zona cittadina racchiusa della mura nel XV secolo.

I problemi principali che si incontrano in questa fase di documentazione sono: la difficoltà di reperimento delle fonti stesse, la scarsa precisione e attendibilità delle rappresentazioni, il valore di questi documenti che spesso impedisce anche una loro semplice acquisizione digitale.

La documentazione fotografica è molto importante, per la ricostruzione di Palazzo Ducale sono state impiegate quasi 500 immagini che coprono quasi tutto il novecento, che non aiutano solo nella creazione della geometria tridimensionale, ma anche nella realizzazione delle textures (immagini per la creazione dell’aspetto delle superfici virtuali) che devono essere il più realistiche possibili [Dischler 2001].

Applicazione della tecnologia

Alcune problematiche sono legate all’aplicazione della tecnologia stessa. Gli strumenti di modellazione tridimensionale, come ad esempio Autodesk 3D Studio Max, hanno potenzialità molto alte nella realizzazione dei modelli, ma richiedono alte professionalità e lunghi tempi che incidono fortemente sui costi dei progetti. Inoltre i tempi di realizzazione dei modelli dipendono da molti fattori (legati alla disponibilità delle fonti descritta nel paragrafo precendente) spesso difficili da predire in anticipo.

Un altro aspetto riguarda la creazione di texture realistiche che richidede lunghe sessioni di elaborazione di immagine con altri software specialistici, come Adobe Photoshop.

I modelli, una volta realizzati, presentano anche problematiche legate alla loro complessità computazionale. L’accuratezza della ricostruzione (ad esempio per modelli in applicazioni di conservazione) richiede un altissimo numero di dettagli che si riflette nella generazione di file di grandi dimensioni [Kos 2000] e lunghi tempi per la realizzazione di immagini dai modelli (rendering). Inoltre la realizzazione dei modelli di alcune parti peculiari (come statue, capitelli, decorazioni, etc.) è possibile solo utilizzando attrezzature hardware specifiche, come gli scanner laser o la fotogrammetria.

Negli ultimi anni molte tecniche sono state sviluppate (proprio a partire dalle peculiari necessità del settore del Cultural Heritage) per produrre modelli tridimensionali in maniera più veloce partendo da informazioni sematiche sullo stile dell’architettura (ad esempio, il Likelihood Principle [Bellotti 2010]) oppure impiegando procedure in grado di replicare modelli simili agli originali [Mueller 2006].

Importanza dell’utente

Nel caso di ricostruzioni per la fruizione del patrimonio culturale, uno dei punti fondamentali da tenere in considerazione è l’utente finale del prodotto, che può ad esempio essere il turista [Booth 1998]. L’aspetto importante in questo contesto non è solo il rigore scientifico della trattazione, ma anche il suo livello di intrattenimento. Nel caso di produzioni video da ambienti virtuali, vi sono dei vincoli sulla durata del filmato, sulla scelta di una appropriata sequenza di eventi nella narrazione e sulla scelta di un’appropriata colonna sonora. Nei casi di esempio sui filmati riguardanti Strada Nuova e Palazzo Ducale, i filmati stereoscopici e la riscrittura in termini divulgativi e narrativi delle storie dei due contesti hanno permesso di introdurre concetti storici in modo nuovo e coinvolgente.

Collaborazione multidisciplinare

La realizzazione di un progetto di Virtual Heritage richiede la costruzione di un team multidisciplinare che coinvolga ingegneri dell’informazione, progettisti multimediali, storici, esperti culturali, musicisti e scrittori. Questo apre un insieme ulteriore di problematiche, in particolare nelle prime fasi della collaborazione. É necessario infatti costruire un linguaggio comune che permetta ai singoli esperti di comprendere anche campi del sapere molto lontani. Ad esempio, si rivela molto difficile per gli esperti di tecnologia rendere evidente agli esperti culturali la necessità di fare delle scelte e di limitere il dettaglio nelle ricostruzioni per non incorrere in problemi di eccessiva complessità computazionale richiesta per la fase di rendering.

Inoltre, quando un gran numero di persone (da differenti istituzioni) sono coinvolte nel progetto, si incorre nel rischio di avere lunghe fasi decisionali che incidono sui tempi per la predisposizione delle fonti, del materiale e degli incontri organizzativi. Questo è un fattore critico, in quanto la creazione dei modelli è fondata sulla disponibilità delle fonti storiche.

Un altro problema si ha nelle fasi intermedie, quando immagini di test dei modelli possono apparire poco attrattive e piatte, ad esempio prima dell’applicazione delle textures, dell’aggiunta dei dettagli decorativi o degli effetti di luce (che sono elementi aggiunti nelle ultime fasi di costruzione dei modelli). Questo può portare i non esperti nel settore a dubbi sulla qualità del risultato che incidono sui tempi di sviluppo e sulle scelte da effettuare.

Esempi di studio: Strada Nuova e Palazzo Ducale

Nei prossimi due paragrafi vengono mostrati due esempi di applicazione delle ricostruzioni tridimensionali alla valorizzazione del patrimonio culturale. In particolare, si sottolinea come la disponibilità di rappresentazioni virtuali permetta di avere una visione d’insieme nell’ambiente originale, altrimenti impossibile per le modificazioni subite dal patrimonio nel corso del tempo, la possibilità di porre l’osservatore da punti di vista inusuali o con angolazioni nella realtà impossibili.

Strada Nuova

Strada Nuova è uno dei più importanti siti culturali in Genova. É una via nel centro storico della città costituita da 14 palazzi costruiti tra la fine del XVI secolo e l’inzio del XVII secolo dalla potente aristocrazia bancaria genovese, come area di rappresentanza.

Alcune immagini dei modelli e del filmato di Strada Nuova.
Alcune immagini dei modelli e del filmato di Strada Nuova.

La ricostruzione, in buona parte eseguita manualmente, si è basata sui documenti storici preparati della Sopraintendenza Archeologica della Liguria e sulla straordinaria opera del pittore fiammingo P.P. Rubens che ha lasciato una completa descrizione grafica di tutti i prospetti e delle facciate dei palazzi nel loro stato del XVII secolo.

Palazzo Ducale

Un secondo esempio di impiego della tecnologia delle ricostruizioni tridimensionali applicate alla fruizione è il video dell’evoluzione nel tempo di Palazzo Ducale, il cuore dall’attività politica ed economica dell’antica Repubblica di Genova.

Alcune immagini dei modelli e del video su Palazzo Ducale.
Alcune immagini dei modelli e del video su Palazzo Ducale.

Serious Gaming

Nel campo dell’interazione con il patrimonio culturale negli ultimi anni si è imposto il nuovo concetto di Serious Game per aumentare il coinvolgimento dell’utente. Con Serious Game si intende l’uso di tecnologie interattive normalmente usate dall’industria dell’intrattenimento (videogiochi, console, dispositivi di interazione) applicati a contesti di formazione e informazione, in particolare nei settori dell’educazione, della salute, delle politiche pubbliche, della communicazione strategica e del Cultural Heritage [Bellotti 2011].

In questo contesto, i modelli virtuali del patrimonio culturale diventano la scenografia in cui avvengono esperienza ludiche per l’utente divenuto giocatore. L’aspetto esplicito delle applicazioni è quello dell’intrattenimento mentre implicitamente il contenuto fornito durante l’esperienza ha un valore culturale.

Questa modalità ha evidenziato ottime potenzialità in particolare presso il target del pubblico giovanile, abituato a interagire con applicazioni video-ludiche. In questo modo si rende possibile portere un messaggio culturale utilizzando un mezzo consono all’ascoltatore. Inoltre, l’ascoltatore può diventare attore, dato che l’esperienza con l’ambiente virtuale può diventare interattiva. Il giocatore può costruire la sua conoscenza interagendo con il patrimonio culturale (almeno nella sua rappresentazione virtuale) ed essere situato in attività autentiche (ad esempio in situazioni storiche ricostruite fedelmente) secondo il paradigma pedagogico del learning-by-doing.

Travel in Europe

Un esempio di applicazione del concetto di Serious Game al constesto del Cultural Heritage è il progetto Travel in Europe, finanziato dalla Comunità Europea nell’ambito del Programma Cultura 2000 e coordinato dal Laboratorio Elios dell’Università di Genova.

Lo scopo del progetto è la promozione del patrimonio culturale europeo presso studenti di scuola superiore utilizzando ricostruzioni tridimensionali interattive dei centri storici delle città europee. Al progetto hanno partecipato diverse città, tra cui Genova (Italia), Strasburgo (Francia), Praga (Repubblica Ceca), Maribor (Slovenia), Cluj (Romania), Plovdiv (Bulgaria), Arousa Norte (Spagna) e Tomar (Portogallo).

Come in una visita turistica, gli utenti/giocatori di Travel in Europe possono muoversi liberamente all’interno dei modelli tridimensionali delle città alla ricerca di indizi per risolvere un mistero. Gli indizi sono legati ad alcuni semplici giochi (scopri il dettaglio, quiz a risposta multipla, puzzle, ecc.) legati a informazioni sul patrimonio artistico.

Grazie a questo meccanismo gli utenti vivono un’esperienza simile alla visita della città (che possono esplorare liberamente), mentre i giochi da risolvere per ottenere gli indizi creano una sorta di collegamento (link) tra l’ambiente virtuale e le informazioni culturali. I giochi rappresentano dei portali, in grado di unire alle potenzialità dell’acquisizione di conoscenza attraverso l’esplorazione tridimensionale, la possibilità di ottenere ulteriori informazioni.

Alcune immagini dal gioco Travel in Europe.
Alcune immagini dal gioco Travel in Europe.

Conclusioni

L’area del Cultural Heritage può grandemente beneficiare dall’applicazione delle tecnologie dell’informazione. É necessario lo sviluppo di nuove procedure per la collaborazione interdisciplicare tra esperti di tecnologie e esperti culturali in modo che la comunicazione e lo sviluppo possano procedere in modo più spedito e che si possa creare un linguaggio comune.

Tutte le fasi dello sviluppo di questo tipo di progetti devono essere attentamente studiate, valutate e definite, dalla costruzione del gruppo di lavoro, alla collezione delle fonti e del materiale al lavoro di realizzazione con risultati intermedi.

Nella nostra esperienza tutto questo processo deve essere realizzato per passi e con un costante rapporto tra le diverse competenze in gioco, in modo da creare una reale collaborazione e permettere quella cross-fertilization tra i due campi del sapere indispensabile per ottenere risultati che vadano oltre lo stato dell’arte.

Reference List

Barni M., Bartolini F., Cappellini V. 2000, Image processing for virtual restoration of artworks, «IEEE Multimedia», 7 (2): 34-37.

Bellotti F., Berta R., De Gloria A., et. al. 2011, Designing Serious Games for Cultural Heritage Purposes, VAST International Symposium on Virtual Reality Archaeology and Intelligent Cultural HeritageShort and Project Papers, Continuum, http://www.mendeley.com/research/serious-games-cultural-heritage-gala-activities/.

Bellotti F., Berta R., Cardona S., De Gloria A. 2010, The architectonic-style likelihood principle for procedural development of Cultural Heritage Virtual Worlds, Proceedings of FOCUS K3D Conference on Semantic 3D Media and Content, Nice-Cannes: INRIA Sophia Antipolis, France.

Booth B. 1998, Understanding the information needs of visitors to museums, «Museum Management and Curatorship», 17 (2): 139-157.

Dischler J. M., Ghazanfarpour A. 2001, A survey of 3D texturing, «Computer & Graphics», 25 (1): 135-151.

Haslhofe B., Momen E., Gay M., Simon R. 2010, Augmenting Europeana content with linked data resources, Proceedings of I-SEMANTICS 2010, 40: 1-3, september 2010.

Kos J. R. 2000, The City that doesn’t exist: Multimedia Reconstruction of Latin American Cities, «IEEE multimedia», 7 (2): 56-60.

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Mueller P., Wonka P., Haegler S., et. al. 2006, Procedural modeling of buildings, «ACM Trans. Graphics», 25 (3): 614–623.

Remondino F. 2011, Heritage Recording and 3D Modeling with Photogrammetry and 3D Scanning, «Remote Sensors», 3 (6): 1104-1138.