L'esperienza del CINECA nel campo della Virtual Archaeology
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GUIDAZZOLI 1
L’esperienza del CINECA nel campo della Virtual Archaeology
Antonella Guidazzoli
(CINECA, Vis.I.T, Casalecchio di Reno, Bologna)
1. Realtà virtuale e archeologia le recenti applicazioni di realtà virtuale immersiva in
ambito archeologico.
Le tecniche di realtà virtuale possono estende-
re le nostre capacità percettive rendendo possibili
interazioni tra simulazioni numeriche e dati raccolti 2. Il Vis.I.T. e la Virtual Archaeology dal 1989
sperimentalmente. In quest’ottica le applicazioni d
realtà virtuale sono strettamente collegate a quelle A partire dal 1988 il CINECA, che per missione
di visualizzazione scientifica perché creano mo- statutaria persegue tra i suoi fini lo sviluppo dell’
dalità originali di navigazione ed interrogazione di uso dei più avanzati sistemi di calcolo a sostegno
mondi visibili, invisibili, ipotetici ed immaginari. della ricerca scientifica e tecnologica, decide di
Il concetto stesso di virtualità implica la sviluppare la ricerca sulle tecniche di visualizza-
disponibilità di visualizzazioni tridimensionali zione. A tal fine è creato un laboratorio dedicato:
e di sistemi interattivi finalizzati alla creazione il VIS.I.T. (VISual Information Technology; http:
d’ambienti immersivi generati in tempo reale dal //www.cineca.it/HPSystems/Vis.I.T): si tratta di
calcolatore (LANIER 1988). un laboratorio multidisciplinare volto allo sviluppo
L’area denominata “Virtual Cultural Heritage” fa d’applicazioni grafiche avanzate, tridimensionali ed
riferimento all’uso di sistemi virtuali per generare, interattive. Inizialmente, il campo d’applicazione è
navigare ed esplorare ambienti ricostruiti d’interesse quello della visualizzazione scientifica, ma nel vol-
culturale. Nel campo specifico dell’archeologia gere di breve tempo ci si rende conto che molte di-
è oggi possibile fare riferimento ad un settore scipline possono trarre vantaggio dalla grafica com-
specifico, quello della “Virtual Archaeology”. puterizzata interattiva e, dopo nemmeno un anno
Paul Reilly, nel 1991, aveva già individuato le dalla sua fondazione, il laboratorio inizia a dedicarsi
linee guida di quest’ambito di ricerca: la sua anche ad alcune applicazioni per l’archeologia.
visione iniziale si articolava sulla registrazione di Le prime ricerche si concentrano su tecniche di
scavi e sulle possibilità offerte dalla ripetizione Image Processing. Fin da subito la multidisciplina-
virtuale degli scavi stessi grazie all’impiego di rietà si rivela fondamentale nello sviluppo di questi
tecnologie come gli ipertesti, la multimedialità e la progetti e la sperimentazione è applicata non solo
modellazione tridimensionale di solidi (REILLY 1991). agli aspetti tecnologici, ma anche all’interazione tra
Successivamente, il campo è stato ampliato per professionalità diverse.
coprire l’applicazione di metodi di visualizzazione Un caso di studio è realizzato partendo
e presentazione di “ricostruzioni” d’ambienti del dagli impasti ceramici di bucchero (1989-1990,
passato, comprendenti edifici, paesaggi ed artefatti Marzabotto, Bologna). Il proposito è quello di
(RYAN 2002). classificare automaticamente degli oggetti partendo
E’ stato quindi un processo naturale quello che da immagini. I frammenti vengono digitalizzati, si
ha portato il laboratorio di Visual Information Tech- definisce l’identità cromatica di ciascun esemplare
nology (Vis.I.T.) del CINECA a far confluire i risultati e si estraggono automaticamente i contorni e le
delle prime esperienze di visualizzazione scientifica decorazioni. L’applicazione di filtri numerici per
della fine degli anni Ottanta, nella realizzazione del- esaltare i contorni dell’oggetto permette di porre in
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Fig. 1 - Immagini tratte da progetti di archeologia computazionale sviluppate nel corso degli anni 90’ nel laboratorio Vis.I.T
rilievo anche elementi non rilevabili ad occhio nudo. una nuvola di punti dal filmato di un teschio ritrovato
Classificando gli impasti come immagini a matrice nel sito preistorico d’Altamura (datato fra i 400.000
statistica suggerita dal calcolatore si evita, così, e i 150.000 anni fa) per realizzarne un modello
la difficile valutazione soggettiva, soprattutto nella tridimensionale; dall’altra, l’attenzione si sposta
descrizione dei colori e delle caratteristiche visibili. anche sull’elaborazione di modelli digitali del
Ci si sposta poi sulla fotointerpretazione paesaggio (DTM, Digital Terrain Model). Sempre
aerea digitale d’aree archeologiche (1991, Ascoli partendo dai dati di scavo relativi a Marzabotto, si
Satriano, Foggia). Le tecniche di Image Processing realizza un progetto su DTM, texture mapping da foto
in questo caso mirano a rendere visibili gli elementi aerea e posizionamento dei siti (1993, Marzabotto,
della superficie terrestre identificando la presenza Bologna). L’intenzione è quella di ricostruire il
d’eventuali strutture o emergenze archeologiche popolamento della I e della II età del Ferro sulla base
attraverso i cambiamenti nel livello dei falsi colori delle caratteristiche morfologiche del paesaggio
applicati alle originarie immagini aeree in bianco – incisione ed erosione fluviale, principali vie di
e nero. Nel caso di studio si cerca di verificare se comunicazione, insediamenti. L’anno successivo è
le classi digitali corrispondono effettivamente ad la volta di un progetto sull’integrazione di foto aeree
elementi fisici, come le “unità di paesaggio”. e dati geologici nel DTM (1994, Terremare di S.
Pur continuando ad utilizzare tecniche di Rosa, Reggio Emilia), punto di partenza per analisi
elaborazione d’immagine in ricerche successive di tipo territoriale e per la ricostruzione di paesaggi
- come in quella recentemente dedicata archeologici. In questo modo è stato possibile
all’identificazione e classificazione d’attributi degli rappresentare virtualmente le caratteristiche
artefatti di selce del Calcolitico attraverso un strutturali dell’insediamento, così come doveva
processo automatizzato d’analisi delle immagini apparire nell’età del Bronzo, visualizzando in
(2001, Grar, Israele, Progetto europeo Minos - maniera dettagliata e tridimensionale l’altimetria,
Human Capital Mobility) l’area di interesse si amplia non più percepibile sul terreno, arato ed eroso tanto
ulteriormente. Da una parte l’estrazione automatica da apparire completamente pianeggiante.
dei contorni degli oggetti ed il riconoscimento di Nel biennio 1994-95 una collaborazione con
feature viene applicata anche a filmati digitalizzati, ricercatori dell’Università di Jaen (Spagna) - rea-
come nel progetto per l’elaborazione 3D d’immagini lizzatasi nell’ambito del progetto europeo Icarus-
video analogiche (1995), nel qual è stata estratta Human Capital Mobility – ha condotto ad una serie
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Fig. 2 - L’ambiente del Teatro Virtuale del CINECA
di esperimenti di navigazione virtuale real-time del s’intravede, grazie a questo tipo d’attività, la possi-
DTM integrati con fotografie aeree digitalizzate, con bilità di presentare ricontestualizzazioni dei mate-
immagini satellitari SPOT ad alta risoluzione e con riali che costituiscono un fondamento necessario
dati GIS (Geographic Information System) relativa- per un’efficace comprensione dell’oggetto nonché
mente al paesaggio archeologico di Jaen, della val- la possibilità di ricollegare l’oggetto al territorio e
le del Arroyo Salado e della valle del Guadalimar. Ci quest’ultimo al museo stesso intendendo così il ter-
si inizia così ad avviare verso applicazioni di realtà ritorio in un’accezione più ampia, come un ambien-
virtuale. te generale di riferimento antropologico a culturale.
Il primo ambiente virtuale vero e proprio è L’anno seguente, i modelli digitali del terreno
quello sviluppato nel 1996 con la realizzazione di alcuni siti archeologici (Jaen Puente – Tablas
in VRML (Virtual Reality Modeling Language) del – Garibaile, Spagna ed Entella, Sicilia) sono inte-
Museo Virtuale di Villa Verucchio (Rimini), pensato grati con la visualizzazione di dati relativi a rilievi
per studiarne il possibile allestimento. Il modello è geomagnetici e, soprattutto, con i modelli relativi ad
concepito con attenzione alla storia del museo, alla ipotesi di ricostruzioni tridimensionali basati su dati
sua architettura, ed è realizzata anche una prima di scavo. Inoltre, di questi ambienti sono sempre
esperienza d’allestimento virtuale fruibile via Inter- realizzate anche versioni per il Web. A tale propo-
net (FORTE, FRANZONI 1997). In ambito archeologico sito non si può non citare un’esperienza fondamen-
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Fig. 3 - Proposta di tassonomia per la realizzazione di applicazioni di Virtual Archeology
tale che ha inciso profondamente sulle successive ta per il real time, disegnando al calcolatore la geo-
applicazioni: il progetto Nu.M.E. (Nuovo Museo metria dello scenario che s’intende ricostruire con
Elettronico della Storia della Città di Bologna), software ad hoc. In generale i singoli oggetti sono
realizzato sotto la direzione scientifica della prof. costituiti da insiemi di poligoni, occorre poi definire
Francesca Bocchi. Con Nu.M.E.,si realizza il primo colori, materiali ed infine disegnare digitalmente le
esempio di applicazione che può essere fruita sia texture, le immagini cioè, che rivestono le geometrie
in un ambiente di grafica immersiva sia attraverso il dei modelli al fine ottenere un effetto fotorealistico.
Web, viene stato ricostruita un porzione del centro I modelli vanno poi prodotti secondo diversi livelli di
di Bologna in quattro dimensioni, permettendo di dettaglio al fine di ottimizzare la visualizzazione in
ripercorrerne l’evoluzione urbanistica a ritroso nel tempo reale. Vengono poi programmati l’interattivi-
tempo dallo stato attuale sino al 1200 (http://www.s tà, le modalità possibili di navigazione, i tour auto-
toriaeinformatica.it/nume/italiano/ntitolo.html). matici, i punti di vista particolari nonché la gestione
di dispositivi d’input (2).
Oggi è possibile prevedere anche un’interazione
3. Grafica Immersiva per la Virtual Archaeology con scenari virtuali grazie a dispositivi palmari
PDA (Personal Digital Assistant) in modo che
L’acquisizione da parte del CINECA del Teatro l’ambiente ricostruito reagisca ad eventi generati
Virtuale (http://www.cineca.it/HPSystems/Vis.I.T/ dal visitatore utente e possa fornire informazioni
VirtualTheatre/index.html) ha definitivamente utili all’approfondimento, visualizzate appunto sul
aperto la strada allo sviluppo di vere e proprie dispositivo portatile (HILL, CRUZ-NEIRA 2000).
applicazioni di Virtual Archaeology, grazie alle quali L’esperienza di lavoro ha messo in luce l’impor-
l’utente può calarsi in una realtà simulata, con una tanza che va riposta nell’organizzazione e gestione
forte sensazione d’immersione. dei patrimonio dei mondi digitali creati: occorre
Un supercalcolatore grafico traduce in tempo rendere visibili i riferimenti relativi agli autori dei
reale scene grafiche in immagini (1). La proiezione modelli, al patrimonio delle fonti utilizzate per le
su uno schermo semicilindrico crea un’illusione ricostruzioni ed illustrare le procedure di valida-
d’immersione nel mondo simulato. L’immersività è zione dei modelli stessi. Fondamentale poi anche
amplificata dall’uso d’occhiali stereografici. la definizione delle convenzioni grafiche utilizzate
Tutto ciò consente la navigazione all’interno per indicare ciò che non può essere modellato per
d’ambienti sintetici (Virtual Environments - VE), ma mancanza di informazioni.
per ottenere ambienti sintetici in cui sia fluida ed
agevole l’interazione e la navigazione in tempo rea-
le, occorre predisporre una modellazione ottimizza-
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Fig. 4 - Modello digitale dell’atrio della Casa del Centenario visualizzato all’interno del Virtual Set RAI di Milano.
4. Organizzazione del lavoro multidisciplinare 5. Nuove prospettive
La missione del laboratorio VIS.I.T. del I prossimi obiettivi riguarderanno una sempre
CINECA, nell’ambito del Virtual Cultural Heritage, maggiore e studiata integrazione delle applicazioni
prevede la creazione di applicazioni real-time, di Virtual Archaeology sviluppate per ambienti di
basate su modelli digitali 3D, autenticate da storici grafica immersiva con le tecnologie del Virtual Set
ed archeologi e si pone anche come obiettivo e dei sistemi palmtop. In particolare, il Virtual Set
quello di formare, in un ambiente multidisciplinare, permette di muovere l’ambiente virtuale in completa
dottorandi, architetti, archeologi, storici interessati sincronia con quanto ripreso da una telecamera,
allo sviluppo di applicazioni di Virtual Reality. integrando presentatori e attori in un mondo
Le applicazioni di Virtual Archeology si basa- che esiste digitalmente solo nella memoria del
no su di un’organizzazione del lavoro che utilizza computer e creando uno spazio di comunicazione
diversi profili professionali ed implica feedback ricco di nuove potenzialità. L’utilizzo di terminali
continui fra professionalità tecnico informatiche ed portatili può invece efficacemente aumentare
umanistiche (fig. 2). Importante per un’efficace frui- le possibilità di interazione in ambienti virtuali,
zione dei prodotti è anche l’intervento di esperti di delegando al sistema remoto la gestione delle
comunicazione e di specialisti di interazione uomo principali tecniche di navigazione, manipolazione
macchina. e controllo del sistema. Questo permette da un
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lato di preservare il senso di presenza dell’utente 6. Alcuni progetti significativi in corso
nell’ambiente virtuale, dall’altro di fornirgli uno
strumento per la visualizzazione e l’inserimento di Seduti nelle poltroncine del Teatro Virtuale
dati bidimensionali durante l’esperienza virtuale. del CINECA, gli utenti-spettatori possono vedere
Per migliorare la fruizione di questi musei ar- ricomporsi il volto di una mummia a partire dal
cheologici ed anche di ambienti virtuali ricostruiti modello di una TAC, sorvolare il paesaggio
da parte di utenti con profili diversi (studenti, turisti archeologico di Aksum in Etiopia o il territorio della
culturali, etc.) occorre aumentare l’accessibilità Bologna Romana, osservare gli studi di restauro
e la comprensione dei contenuti delle collezioni effettuati su alcune tombe romane sulla Via Appia,
offrendo nuovi paradigmi di accesso e fruizione passeggiare nella Casa del Centenario a Pompei
al pubblico. Le applicazioni di realtà virtuale e l’in- come appare ora e come gli archeologi ipotizzano
terazione tramite computer palmari consentiranno potesse essere nel 79 d.C.
di arricchire l’esperienza della fruizione museale, I progetti in corso di sviluppo attualmente
nonché di facilitare l’analisi, il restauro, il rinnovo presso il VIS.I.T. sono contraddistinti da aspetti
dei manufatti. In questo senso la collaborazione tecnologici diversi in modo da coprire alcuni nuovi
CINECA - DEIS (Dipartimento Elettronica Informa- ambiti applicativi della Virtual Archaeology.
tica e Sistemistica dell’Università di Bologna col Il progetto “Aksum Ethiopia – Virtual Archaeo-
coordinamento del prof. Bruno Riccò) si propone di logical Landscape” (progetto CNR Agenzia 2000)
verificare ed utilizzare le potenzialità dei dispositivi introduce dei comportamenti dinamici nella rico-
portatili attualmente disponibili sul mercato nell’uso struzione navigabile realizzata integrando anche i
come terminali per l’interazione remota di utenti. GIS di scavo. Il primo tipo di simulazione implemen-
Tali dispositivi consentiranno di mettere in evidenza tata è relativo al cambiamento delle condizione di
gli aspetti dinamici richiedendo simulazioni del ter- illuminazione naturale (vd. infra, il contributo di M.
ritorio, analisi statistiche, interrogazioni di database Forte e S. Kay).
anche di tipo geografico creando nuovi ambienti Nel progetto “La via Appia antica: archeologia
collaborativi distribuiti di analisi dei dati. e restauro”, l’aspetto più interessante è dato dalla
Il progetto di collaborazione tra RAI (StudioTV1, possibilità di interagire con i modelli e con le infor-
Milano) e CINECA, denominato RVM4VSET (Re- mazioni grafiche e testuali attraverso un sistema
search Advanced Models for Virtual Set Usage), palmtop, che opera da remoto (BRUNELLI et al. 2002;
prevede la realizzazione di esempi di produzione BENINI et al. 2002; vd. infra, il contributo di M. Gaiani
televisiva utilizzabili a fini didattici e divulgativi gra- et al.) (fig. 4).
zie alla messa a punto e fruizione di modelli virtuali, Il progetto per la ricostruzione del viso di una
realizzati a fini scientifici e di ricerca presso il labo- mummia (vd. infra, il contributo di M. Betrò et al.),
ratorio VIS.I.T., all’interno del Virtual Set della sede ha permesso di informatizzare una procedura an-
RAI di Milano. tropologica che è eseguita abitualmente in maniera
Nuove forme di comunicazione come Internet, manuale, oltre a trasferire tecnologie tra aree disci-
streaming video, mondi virtuali all’interno di Virtual plinari differenti come antropologia e bioingegneria,
Set tenderanno ad integrarsi sempre più in un inevi- poiché alcune procedure applicate derivano da ap-
tabile processo di “media morfosi” ed occorre capi- plicazioni di Virtual Surgery (chirurgia virtuale)..
re quindi quali siano le specificità di ciascun mezzo Per il territorio della Bologna romana è stata
e quali le sinergie possibili di queste nuove forme realizzata una navigazione multipiattaforma (de-
di comunicazione nel campo specifico della Virtual sktop ed immersiva) virtuale ed interattiva sia del
Archaeology. territorio della Bologna attuale che della ricostru-
Le tecniche di streaming video, ad esempio, zione di quello d’epoca romana. Nell’applicazione
integrate con riprese in Virtual Set paiono sono stati integrati anche i dati GIS ed il database
particolarmente promettenti nel campo della dello scavo (PESCARIN 2001; vd. infra, il contributo di
divulgazione e dell’e-learning. S. Pescarin).
Infine, nella ricostruzione virtuale della Casa
del Centenario, realizzata per il progetto “Pompei
- Insula del Centenario” e “MUSE - Parnaso” (vd.
supra, i contributi di D. Scagliarini Corlàita, A. Co-
ralini e E. Vecchietti, T. Salmon Cinotti et al.), sono
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Fig. 5 - Un momento della navigazione virtuale sul territorio di Bologna romana.
stati utilizzati fotopiani digitali per le texture e sono infatti oggi, come allora, andare al di là dell’effetto
state inoltre realizzate più versioni dei modelli per meraviglia che il mezzo induce ed imparare ad
visualizzare diversi stadi temporali (l’attuale e quel- utilizzare in modo efficace uno strumento nuovo:
lo antico), oppure per esprimere concetti differenti si devono creare cioè nuove figure professionali e
attraverso un modello filologico (colorato in grigio nuove specializzazioni di genere.
nelle parti impossibili da ricostruire fedelmente) ed Le realizzazioni di archeologia virtuale,
uno divulgativo (con una visualizzazione verosimile inoltre, non saranno mai alternative alla visita in
delle parti mancanti). E’ stato eseguito inoltre anche situ, ma potranno sicuramente aumentarne la
il porting per ambienti a più bassa risoluzione. comprensione da parte del visitatore e quindi il
tempo di permanenza.
E’ necessario però, per ottenere buoni
Conclusioni risultati, organizzare un lavoro multidisciplinare e
fare comunicare tra loro in modo efficace saperi
Nel laboratorio di Visual Information Technolo- scientifici e umanistici: grazie ai progetti di ricerca
gy del CINECA è possibile, in sintesi, fare esperien- comuni informatici, architetti, modellatori e, in
za di un nuovo medium di comunicazione, la realtà generale, professionalità che provengono da una
virtuale: un mezzo per approfondire ed al tempo cultura scientifica imparano a dialogare, ad entrare
stesso comunicare il contenuto informativo di strut- in sintonia con figure più spiccatamente umanistiche
ture di dati e simulazioni complesse, sia in ambito con un arricchimento reciproco.
scientifico che umanistico.
Le tecniche di Virtual Reality, stimolando
l’interazione fra modelli e dati reali, rendono
le applicazioni in campo archeologico sfide
particolarmente affascinanti: ci si trova in una
situazione simile a quella agli albori del cinema,
nuovo medium degli inizi del Novecento. Occorre
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Ringraziamenti
L’autrice desidera ringraziare con affetto Maurizio tutto lo staff del laboratorio Vis.I.T, in particolare
Forte, ispiratore dei primi progetti pionieristici di Luigi Calori , Massimo Alessio Mauri, Maria Elena
archeologia computazionale, Antonella Coralini e Bonfigli, Silvano Imboden, con cui ha condiviso lo
Daniela Scagliarini con cui ha condiviso le ultime sviluppo dei progetti e Maria Chiara Liguori, per la
esperienze virtuali grazie alla Casa del Centenario, revisione del testo dell’articolo.
Note
(1) Il Teatro Virtuale del CINECA è costituito da un grande grafica teorica per pipe della configurazione è di: 640 milioni di
schermo cilindrico, videoproiettori BARCOGRAPHICS 1209s, pixels al secondo (texture, anti-aliasing) 11 milioni di triangoli
14 poltroncine per gli spettatori e un tavolo della regia. Su al secondo.
quest’ultimo sono disposti tre monitor, che replicano l’immagi-
ne proiettata sullo schermo dai tre proiettori; una consolle del (2) Per quanto riguarda l’ambiente di sviluppo software, viene
supercalcolatore grafico Silicon Graphics Onyx2, corredata di utilizzato il software di modellazione Multigen (Paradigm)
tastiera e mouse per controllare le applicazioni lanciate sullo insieme alle librerie grafiche OpenGL Performer ed al sof-
schermo; un touch panel per la gestione dei proiettori, delle tware Vega (Paradigm) in ambiente IRIX, che rappresentano
luci e del sistema audio. Il supercalcolatore Onyx 2, disponibile strumenti privilegiati per il rendering 3D ad alte prestazioni, in
presso il CINECA, è configurato con 8 processori MIPS R10000, quanto consentono di semplificare lo sviluppo di applicazioni
4 GigaBytes di memoria centrale, 260 GBytes di spazio disco grafiche real-time, multiprocessed e interattive.
(di cui 180 Gbytes collegati tramite fibra ottica e i restanti 80 Caratteristiche principali dell’applicazione risultante dovranno
Gbytes tramite interfaccia UltraSCSI), tre pipeline grafiche di necessariamente essere:
cui una con 4 raster manager, 64 MB di memoria texture e 8 •la possibilità di muoversi liberamente nello spazio secondo
uscite video e due con 2 raster manager, 64 MB di memoria metafore di navigazione opportunamente studiate per
texture e 2 uscite video, una scheda DIVO per l’acquisizione l’occasione,
di segnali video, una scheda ATM a 4 porte per il networking, •la possibilità di interagire con altri utenti da visualizzare
una scheda Ethernet a 4 porte per il networking. La capacità all’interno dell’ambiente virtuale.
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