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Development of automated and remotely controlled procedures for accurate crack detection and analysis is an advantageous solution when compared to time-consuming and subjective crack examination conducted by operators. Recent studies have demonstrated that Machine Learning (ML) algorithms have sufficient potential for crack measurements. However, training of large amount of data is essential. When working on single sites with permanently installed fixed cameras adoption of ML solutions may be redundant. The purpose of this work is to assess the performance of a procedure for crack detection based on an easy to implement workflow supported by the use of ML and image processing algorithms. The datasets used in this work are composed of temporal sequence of single digital images. The workflow proposed includes three main modules covering acquisition, optimization and crack detection. Each module is automated and basic manual input by an operator is only required to train the classifier. The processing modules are implemented in modular open-source programs (e.g., ImageJ and Ilastik). Results obtained in controlled conditions led to a satisfactory level of detection (about 99% of the crack pattern detected). Experiments conducted on real-sites highlighted variable detection capabilities of the proposed approach (from 12 to 96%). The main limitation of the approach is the production of false-positive detection due to significant variation in illumination conditions. Further work is being conducted to define scalability of the approach and to verify deformation detection capabilities.

The development and testing of innovative technologies and automated data analysis methodologies offer tools for investigations in numerous scenarios including the monitoring of complex marine ecosystems and the direct and indirect effects of climate change on natural heritage. In the underwater environment, the creation of products with accurate metric and colorimetric content is a scientific and technological challenge, that can offer tools for new investigations including the monitoring of ecosystems and the study of biodiversity. The research group developed a technological solution consisting of a remotely operating platform and a measuring system that includes RGB and fluorescence optical sensors for the 3D reconstruction of the underwater environment and the study of the health-state of investigated species. The proposed solution aspires to high-accuracy multiscale reconstruction of underwater animal forests with a special focus on metric content. Methodologies and technical solutions for the management and calibration of the system have been developed: the design of proper calibration frames and the fluorescence sensor, the choice of a proper illumination system, the implementation of the system on a customizable Remotely Operating Vehicle, the integration of the different sensors, the combination of metric and colorimetric results for monitoring the occurred deformations and the health status. The results of laboratory activities and preliminary tests on field tests are discussed.

Il progetto di ricerca VisualVersilia 3D vuole offrire un nuovo modo di promuovere il territorio e il suo patrimonio, combinando alla lettura tradizionale del documento l’utilizzo delle moderne tecnologie di comunicazione per il turismo culturale. Negli ultimi anni, l'uso delle moderne tecnologie applicate al patrimonio culturale si è concentrato sulle metodologie di ricostruzione tridimensionale per raccontare in maniera empatica la complessità del territorio e del suo patrimonio; si pensi ad esempio alla rapida evoluzione che hanno avuto tecnologie quali la scansione 3D, la stampa 3D e la realtà virtuale ed aumentata. Alcuni musei e siti archeologici sfruttano già il potenziale degli strumenti digitali per valorizzare e diffondere il loro patrimonio, ma i servizi interattivi che coinvolgono i turisti in un'esperienza immersiva e più moderna sono ancora rari. L'innovazione del progetto è quella di sviluppare una metodologia per documentare la storia passata e presente integrandovi ricostruzioni 3D di epoche passate al fine di mostrare l’evoluzione temporale dei luoghi attraverso la realtà virtuale, realizzando così uno strumento coinvolgente ed emozionante in grado di incentivare la fruizione del patrimonio culturale e il turismo locale. Il progetto implementa la metodologia nel complesso archeologico di Massaciuccoli, uno dei luoghi romani meglio conservati della Versilia (Toscana, Italia). Le attività del progetto si basano, sinteticamente, sullo sviluppo di: 1. Un tour virtuale del sito nella sua attuale configurazione basato su immagini sferiche ad alta risoluzione, all’interno del quale sono inseriti testi, foto e guide audio/video per consentire l'esperienza turistica immersiva del sito da remoto; 2. Ricostruzione 3D dello stato attuale del complesso e del contesto territoriale per scopi di documentazione e di tutela basati su un'accurata conoscenza metrica dello stato di conservazione del sito ottenuta mediante scansione laser; 3. Ricostruzioni virtuali 3D del complesso durante i principali periodi storici basate sull'analisi storica tradizionale e sull'analisi dei dati metrici acquisiti.

The research project VisualVersilia 3D aims at offering a new method to record andvisualize the territory and its heritage by matching the traditional reading of documents and the potential use of modern communication technologies. The purpose of the project is to define a methodology that can be applied to material culture, as well as to other types of contents and contexts, to enhance the characteristic features of the territory and its heritage. The innovation of the project consists in the development of a procedure for documenting current and past historical times and integrating their 3D visualizations with rendering, capable of returning an immersive virtual reality for a successful enhancement of the heritage. The research implements the methodology in the archaeological complex of Massaciuccoli (Massarosa, LU), one of the best preserved Roman site of the Versilia area (Tuscany, Italy). The activities briefly consist in: 1) analysis of all types of available sources; 2) metric three-dimensional survey by laser scanning technology addressed to the structures and buildings of the complex; 3) laser scanning data processing; 4) realization of virtual 3D rendering related to Roman and current condition for documentation and conservation purposes; 5) creation of virtual tour of the site in its current form, on the basis of spherical images then enhanced by texts, and 3D models of the Roman age.

L’attività di ricerca affronta il tema della documentazione e della conoscenza approfondita dello stato di fatto di complessi storici monumentali finalizzata alla loro tutela e conservazione. Il caso in esame è la Basilica di Santo Stefano a Bologna (BO), conosciuta anche come “Complesso Delle Sette Chiese”, la quale rappresenta un complesso storico di edifici di culto di grande pregio con età che vanno dal V al XI secolo. Agli occhi dei tecnici, il complesso rappresenta un insieme di strutture modificatisi nel tempo e integratesi l’una con l’altra fino a creare l’attuale bellezza e allo stesso tempo l’attuale complessità strutturale. Considerando la prospettiva di coloro che sono deputati alla tutela e conservazione dei beni culturali, Santo Stefano esemplifica, quindi, molto bene la necessità di conoscere in modo accurato e completo la geometria dello stato di fatto con tutte le variazioni architettonico/strutturali che ha subito il complesso nel tempo con il fine di monitorare l’evoluzione del monumento, progettare interventi di consolidamento e restauro nonché programmare e gestire correttamente la manutenzione. L’approccio che fin da subito è stato ritenuto necessario ed efficace per tutti questi scopi è la creazione di un modello geometrico BIM, Building Information Model.

L’attività di ricerca affronta il tema della documentazione, della rappresentazione e della conoscenza approfondita dello stato di fatto di complessi storici monumentali finalizzata alla loro tutela e conservazione. Il caso in esame è la Basilica di Santo Stefano a Bologna (BO), insieme di strutture modificatisi nel tempo e integratesi l’una con l’altra fino a creare l’attuale bellezza e allo stesso tempo l’attuale complessità strutturale. La necessità di conoscere in modo accurato e completo la geometria dello stato di fatto con tutte le variazioni architettonico/strutturali subite nel tempo è cruciale per coloro che sono deputati alla tutela e conservazione del bene con il fine di monitorare l’evoluzione del monumento, progettare interventi di consolidamento e restauro nonché programmare e gestire correttamente la manutenzione. L’approccio ritenuto più efficace per tutti questi scopi è la creazione di un modello geometrico BIM, Building Information Model, del bene storico (H-BIM) in cui confluiscono le informazioni di natura geometrica e morfologica ottenute dai rilievi mentre i dati di natura qualitativa sono stati inseriti in un database online su piattaforma web interpellabile. L’aspetto unico e innovativo ricade principalmente nella metodologia che vede l’integrazione di molteplici tecnologie applicata alla straordinaria estensione e frammentarietà dell’intero complesso monumentale. Le attività, svolte nel 2012, hanno visto l’utilizzo di moderne tecniche di rilievo (laser scanning, livellazione di precisione, rilievo topografico e fotogrammetria da drone) e rappresentazione (modellazione BIM e restituzione grafica) nonché la creazione del primo esempio in Italia di H-BIM caratterizzato anche da tutte le anomalie geometriche tipiche di un edificio storico.

Identifying the overhang, progressive changes of inclination, differential movements of the structure and detailing the study of structural elements are just some examples of the many fundamental information for structural engineers. Those data are required to study and analyze the behavior of a structure with the purpose to assess the stability . Laser scanning appears to be the best technology to provide an effective solution to those requirements. Surveying by means of a terrestrial laser scanner (TLS), allows to detect a huge number of information with relatively short time and high accuracy. Those data, then, do not necessarily need to be used to reconstruct the three dimensional surface model. Just analyzing the point clouds, interesting information along with useful products can be obtained in order to draw some considerations about the investigated structure. This research aims to suggest a new philosophy for using TLS in a diagnostic perspective in order to study structures along with their actual dimensions, their stability and so on. This new approach, characterized by a welladvanced vision, is really different from the traditional one because of the engineering point of view with respect to the usual application of TLS. Traditionally, indeed, laser scanning is chosen for artistic and architectural studies and the resulting three-dimensional model represents what often is of concern. The research focuses on the Cathedral of Modena, one of the most important pieces of Romanesque culture in Europe (UNESCO World Heritage List since 1997). The overall motivation of this research is to preserve the cultural heritage we are responsible for, as long as spectators. Thus, the final purpose is to illustrate the methodology to compute anomalies in structural geometry by means of TLS in order to provide an accurate description of the structure that is particularly useful for structural engineers, architects and art historians. Both outdoor as well as indoor TLS surveys were performed. The geometry of the structure was properly described by analyzing point clouds; specific measurements were focused on constituent elements with the aim of detecting anomalies of the geometric configuration. Geometric anomalies might be read as the result of deformations occurred in the past or as future deformations due to an abnormal geometric configuration. Investigations about the identified anomalies will be presented together with differential movements obtained by high precision leveling focused on a network of benchmarks that were installed along the outside perimeter. The integration of independent techniques allows to check for consistency of results.

We had the opportunity to make surveying of some middle age towers located in Emilia Romagna region (Italy): Ghirlandina tower (Modena), “Della Sagra” tower (Carpi, Modena) , Asinelli tower (Bologna). Those towers are very interesting by architectural and artistic point of view; Ghirlandina and Asinelli are Cultural Heritage site of UNESCO. Terrestrial laser scanner (TLS) instrument has been used with an accuracy at 1 cm level in order to obtain good restitution in absolute coordinates, even with a precise topographic determination of GCP (Ground Control Points). Tridimensional restitution of the towers is here presented; we would like to point out the attention on the way that we use the TLS for enhancing the geometrical characteristics, particularly the height of the towers and the axis development that were determined through the trajectory of barycenter of transversal sections. The determination of actual geometry is essential for the study of the buildings and it is a first fundamental step for monitoring the towers.