PREMESSA: nel presente articolo si userà per semplicità il termine "modello 3D del terreno", si intende però precisare che tale termine non è in certi casi tecnicamente appropriato. Infatti, parlando ad esempio del TIN (ma la considerazione vale anche per casi di DTM e altri) e della triangolazione di Delaunay, ci troviamo di fronte non ad una struttura 3D, bensì ad una struttura "2D+1" (2D più quota), poichè incapace di rappresentare alcuni andamenti reali del terreno, in particolare quando sarebbero necessarie alcune "sovrapposizioni" delle maglie, come in questo esempio di sezione verticale:
Tutto quanto segue va letto quindi alla luce di tale considerazione, ricordandosi che alcuni andamenti reali del terreno non possono in certi casi e con certe metodologie essere restituiti così come sono, quindi in questi casi (anche se si tratta di TIN) la struttura restituita non corrisponderà del tutto a quanto rilevato in loco, anzi, il rilievo di alcuni punti non rappresentabili potrebbe portare il software a generare degli errori di restituzione (se per esempio si rilevassero entrambi i punti caratteristici del terreno sopra rappresentato in una sezione verticale, il software genererebbe una maglia in più, anzichè interpretare correttamente il "sovrapporsi" delle altre due).
Detto ciò la prima cosa da fare per creare il modello 3d virtuale di un terreno è ovviamente procedere al rilievo del terreno che si vuole restituire in computergrafica.
I metodi di rilievo sono quelli che ci insegna la topografia classica e in particolar modo la celerimensura, fino ad arrivare forse un giorno all'uso di scanner 3D. Va comunque ricordato che uno dei problemi principali è:
"quali e quanti punti rilevare?"
Per rispondere a "quanti" occorre tenere in considerazione il tempo disponibile e la convenienza economica (oltre che naturalmente alle disposizione del disciplinare di incarico), mentre per rispondere a "quali" è necessario fare considerazioni in merito a quale sarà il modello di restituzione ed ai risultati che si vogliono ottenere.
Vanno sicuramente rilevati tutti quei punti considerati "caratteristici" (o notevoli), cioè quei punti che individuano cambi di pendenza, argini, fossati e quant'altro sia rilevante. Detto questo si può procedere in due maniere:
- rilevare solo i punti notevoli (e al massimo altri punti intermedi per avere dei controlli) il tutto senza pensare alla distribuzione e alla regolarità in pianta dei punti rilevati
- rilevare i punti secondo una maglia rettangolare ben prestabilita ed a intervalli regolari
Capiremo meglio questa distinzione quando andremo a parlare della restituzione del rilievo in computergrafica.
Tra i vari metodi di restituzione prenderemo in considerazione i due più utilizzati:
- modello a rete triangolari (TIN)
- modello a maglie rettangolari (DTM)
Modello a rete triangolare (TIN)
Per restituire in computergrafica il rilievo effettuato, occorre creare degli elementi (in questa sede tratteremo le mesh senza occuparci di modellazione solida) che uniscano i punti rilevati tra loro cercando di ricreare l'andamento reale del terreno.
Nel modello TIN, i punti di rilievo vengono uniti fra loro con una maglia triangolare di mesh. Non vengono eseguite interpolazioni, ed i vertici dei triangoli hanno esattamente le coordinate battute in fase di rilievo. Inoltre è possibile fornire elevata risoluzione (maglie più fitte) solo dove questa è necessaria
Molti software procedono in automatico alla creazione di questa maglia triangolare ma non è detto che la soluzione proposta sia quella corretta. Le soluzioni possibili per unire tra loro i vari vertici con delle mesh triangolari sono infatti molteplici e solo il tecnico rilevatore può sapere quale è la soluzione più corrispondente alla realtà.
Un consiglio è quello di cercare di realizzare già il rilievo con una triangolazione regolare realizzando triangoli il più possibile equilateri
Il modello TIN è forse il metodo più usato. Le quote dei punti intermedi non rilevati si ricavano interpolando le quote dei vertici dei triangoli ( leggete nei libri di topografia quanto spiegato a riguardo della "retta di massima pendenza").
In ultimo, credo sia importante ripetere che anche se esistono varie procedure per creare in automatico le mesh triangolari (es: triangolazione di Delaunay), la cosa migliore è scegliere la triangolazione in base a osservazioni dirette sul terreno, ovviamente, quando si tratta di migliaia di punti battuti, i software ci vengono incontro permettendoci di stabilire alcuni parametri di base da rispettare nella creazione automatica della mesh.
Modello a maglie rettangolari (DTM)
Questo metodo consiste nel creare un modello del terreno costituito da maglie rettangolari. Ovviamente queste mesh rettangolari devono avere non più di 3 zeta differenti per i vertici (di solito le zeta saranno solo due), poichè per poggiare su un piano un elemento può avere al massimo 3 zeta differenti. Anche in questo caso i software procedono in modo automatico a creare questa serie di maglie rettangolari.
A differenza di quanto avviene nel TIN, questo modello elabora il rilievo in modo da avere un campionamento di z a passo costante di x e y. In sostanza si definiscono le dimensioni della maglia rettangolare e il rilievo viene interpolato di conseguenza, quindi il modello così ottenuto non corrisponderà, probabilmente in nessun punto, con esattezza al rilievo effettuato. Si intuisce subito che se il rilievo è stato effettuato per punti caratteristici senza alcun punto intermedio, probabilmente la restituzione con questo metodo sarà alquanto grossolana. Classico esempio è quello di avere le cime dei monti arrotondate.
Fortunatamente sia nella creazione di un modello TIN che di un modello DTM è possibile settare via software tutta una serie di parametri in modo da mantenere nel modello 3D le coordinate di certi punti rilevati che individuano andamenti caratteristici del terreno.
A questo punto si potrà capire meglio che a seconda del modello di restituzione andrà scelto il metodo di rilievo più opportuno.
Personalmente, ai fini edili in genere, preferisco il sistema di rilievo per punti notevoli con restituzione TIN. Il DTM è migliore per restituire modelli 3d di terreni a partire ad esempio da foto, curve di livello e simili. A livello di modellazione solida in certi casi il DTM potrebbe creare meno problemi una volta che debba essere sezionato e/o comunque modificato.
Restituzione 3d di terreni con Autocad
Lasciamo ora perdere quello che è il discorso di costruzione banche dati, GIS, DEM, ecc... e vediamo una particolarità della restituzione 3d di terreni con Autocad.
Sul web si trovano facilmente lisp e add-on per autocad in grado di importare direttamente i nostri rilievi e creare il modello 3d del terreno.
Ma cosa crea autocad?
Di solito crea facce 3d. Ebbene, esiste una particolarità delle facce 3d di Autocad che occorre conoscere.
Nella realtà ci si aspetterebbe che una faccia 3d abbia al massimo 3z differenti, mentre in autocad si possono creare facce 3d che hanno fino a 4 zeta differenti!!!!
Una faccia 3d con 4z differenti è però un oggetto che nella realtà non può esistere, infatti un piano è individuato da 3 punti (quindi al massimo 3z differenti) e non 4!
Il perchè Autocad abbia questa particolarità è presto detto: variabile PFACEVMAX, di sola lettura, impostata a 4. Il perchè gli sviluppatori abbiano preso la decisione di impostare questa variabile a 4 e lasciarla di sola lettura è a mio avviso un mistero nonchè una scelta discutibile. Vi consiglio comunque di non realizzare mai facce 3d con 4z differenti, primo perchè non esistono nella realtà, secondo perchè in caso doveste modellarle solidamente non ci riuscirete direttamente.
In ultimo vi ricordo che una mesh asimmetrica, una volta esplosa, genererà nella maggior parte dei casi tutte facce 3d con 4z differenti.
Ed infine si può realizzare un modello 3d navigabile del terreno........ ma magari di questo tratteremo in un altro articolo!
Esempi di restituzioni (cliccare per ingrandire):
