Il Progetto Michelangelo Digitale: Creando la scultura virtuale

Articolo comparso sullo Stanford Campus Report del 6 gennaio 1999
di David F. Salisbury, Stanford News Service
david.salisbury@forsythe.stanford.edu
(650)725-1944
tradotto da Luca Fraioli e Maurizio Battaglia

Grazie alla magia della computer grafica, gli amanti dell'arte potranno presto esaminare immagini tridimensionali altamente realistiche delle statue di Michelangelo nel loro locale museo d'arte, o persino sui loro personal computer. La tecnologia renderà possibile vedere una scultura da differenti angolazioni, zoomare sui minimi dettagli, quali le incisioni di un cesello, cambiare le condizioni di illuminazione per vedere come questi abbiano effetto sulla visione di una statua, e forse persino animare figure classiche.

Il Progetto Michelangelo Digitale, uno sforzo ambizioso per creare il primo, autorevole archivio computerizzato in 3-D delle più famose sculture dell'artista, sta gettando le basi per queste possibilità. Il progetto non solo permetterà di realizzare copie virtuali delle statue di Michelangelo da esporre e studiare in tutto il mondo, ma offrirà anche la possibilità di stabilire un nuovo standard per la rappresentazione digitale di oggetti fisici tridimensionali.

Il gruppo di ricercatori della Stanford University che sta realizzando il progetto sta lavorando a stretto contatto con i funzionari di diversi musei e istituzioni italiane a Firenze, Roma e nella Città del Vaticano, che che hanno concesso loro di accedere a questi tesori d'arte. Alla metà di gennaio, i ricercatori intendono iniziare la scansione delle sculture di Michelangelo nelle Gallerie dell'Accademia di Firenze, compresi i Prigioni e il David. A febbraio hanno programmato di spostarsi nella Cappella Medicee.

Marc Levoy, il professore associato di Informatica e Ingegneria Elettrica di Stanford che ha concepito il progetto, sarà in Italia, insieme al suo gruppo di ricerca per tutto l'anno accademico 1998-99. Il gruppo - che comprende il Dr. Kari Pulli, 5 laureati e diversi studenti - sta applicando le ultime conquiste della tecnologia per la scansione delle famose sculture. Dopo aver operato la scansione di una scultura, i ricercatori applicheranno algoritmi avanzati, sviluppati a Stanford, per convertire i dati digitali in un accurato modello tridimensionale. Quindi creeranno una speciale routine di calcolo contenente i dati integrativi riguardanti il colore della superficie e le caratteristiche necessarie a riprodurre fedelmente l'immagine.

Il Prof. Levoy e i suoi colleghi dello Stanford's Computer Graphics Laboratory stanno sviluppando questi algoritmi da molti anni. Nel 1996, hanno usato questa tecnica per creare il primo "fax tridimensionale" del mondo. Crearono un modello digitale in 3-D di una piccola statua, e lo trasmisero elettronicamente a un impianto di stereolitografia nel sud della California, il quale usò le informazioni per produrre una copia conforme alla statua originale.

Il Progetto Michelangelo Digitale produrrà alcuni dei più grandi modelli computerizzati 3-D mai realizzati. Inoltre combinerà le informazioni relative al colore e alla forma a un livello di precisione mai ottenuta in precedenza.

Dopo che i modelli al computer delle sculture di Michelangelo saranno stati creati, essi potranno avere diversi usi:

• Le sculture virtuali potranno essere viste sullo schermo di un computer da ogni angolazione possibile. Le cartoline vendute nelle Gallerie dell'Accademia di Firenze mostrano un primo piano della testa del David, ma nessun turista può in realtà vederla perchè si trova a circa 6 metri d'altezza. Se nel Centro Multimediale, già previsto per le Gallerie dell'Accademia, ci fosse un modello virtuale della scultura, i visitatori potrebbero ammirare da vicino la fronte corrugata e gli occhi penetranti del David.

• La computer grafica può essere usata per restaurare "virtualmente" le parti danneggiate di un'opera d'arte. Sarebbe possibile, per esempio, ricostruire la barba del Mosè di Michelangelo di San Pietro in Vincoli a Roma come appariva prima che fosse consumata dalle carezze reverenti di generazioni di visitatori ebrei.

• Grazie all'animazione, gli insegnanti d'arte potrebbero illustrare alcuni dei trucchi di prospettiva usati da Michelangelo. Nella sua Pietà, per esempio, Michelangelo fu il primo a risolvere il problema di come contenere un corpo maschile adulto nel grembo di una donna, dotando la Madonna di gambe estremamente lunghe. L'uso dell'animazione, permettendo di far alzare in piedi la figura di Maria, mostrerebbe chiaramente questa anomalia.

• Molte antiche statue greche erano originariamente dipinte con colori brillanti. Modelli computerizzati potrebbero essere usati per illuminare le sculture con luci colorate in maniera così precisa da far sembrare che le sculture siano effettivamente state dipinte, anche a un esame molto ravvicinato. Con un tale sistema di illuminazione, i visitatori potrebbero accendere la luce per vedere come effettivamente appariva in origine la statua, e spegnerla per apprezzarla nel suo stato attuale. Un tale sistema di illuminazione potrebbe anche essere usato per proiettare contorni ed altri profili sulle statue danneggiate per facilitare il processo di restauro.

• Un modello digitale può essere usato per realizzare accurati duplicati di una scultura ad ogni scala. In genere, le copie di piccole dimensioni di sculture importanti non risultano accurate perchè basate su un'interpretazione dell'artista contemporaneo. Accurate copie digitali potrebbero essere usate sia per la ricerca che per scopi commerciali. Ma il Prof. Levoy tiene a sottolineare che gli scopi del suo progetto sono interamente accademici.

Il progetto di ricerca, con un bilancio di un milione e mezzo di dollari, è stato finanziato dalla Interval Research Corporation e dalla Allen Foundation for the Arts. La Interval Research è un laboratorio di alta tecnologia, fondata nel 1992 da Paul Allen, co-fondatore di Microsoft, e dal veterano della Silicon Valley David Liddle. La Allen Foundation è una fondazione senza fini di lucro istituita da Paul Allen.

Il laboratorio di computer grafica allestito a Firenze

In autunno, i ricercatori di Stanford hanno allestito un laboratorio temporaneo di computer grafica adiacente allo Stanford Overseas Studies Center di Firenze. Qui il gruppo ha progettato, costruito e provato i tre scanner laser computerizzati e costruito su misura le infrastrutture meccaniche che essi useranno durante il processo di scansione.

Lo scanner più grande è montato su una intelaiatura alta circa 6 metri, può misurare distanze con la precisione di un quarto di millimetro, ed è stato costruito su indicazione dei ricercatori di Stanford dalla Cyberware Inc. di Monterey, California. Il secondo scanner, grande quanto un cestino per il pane, è montato all'estremità di un braccio meccanico di precisione, ed è stato progettato per effettuare misurazioni in punti poco accessibili e difficili da raggiungere. Il terzo scanner è un modello sperimentale che misura le distanze in base al tempo impiegato dalla luce del laser per viaggiare fino a un oggetto e per tornare indietro. E` stato costruito dalla Cyra Technologies di Oakland, in California, e può misurare la distanza di oggetti posti fino a più di 90 metri di distanza con un'accuratezza di 5 millimetri.

Il David è un metro più alto di quanto riportato nei manuali di storia dell'arte

Nel loro lavoro preparatorio, i ricercatori di Stanford hanno scoperto un grave errore riportato dai libri di storia dell'arte. Questi volumi, e le guide vendute nelle Gallerie dell'Accademia, sono concordi nell'affermare che il David è alto 434 centimetri, piedistallo escluso. Ma gli scienziati dello Stanford University Computer Graphics Laboratory hanno determinato che la famosa scultura, posta su un piedistallo di più di un metro e ottanta, è in realtà alta 517 centimetri.

"Mi aspettavo che il nostro progetto sarebbe stato significativo dal punto di vista storico", ha dichiarato il Prof. Levoy, "Ma mai mi sarei aspettato che cominciasse correggendo i libri di storia dell'arte."

La maggiore altezza della statua ha rappresentato un grave problema per il gruppo di Stanford. I ricercatori avevano infatti utilizzato i dati ufficiali per progettare il loro scanner più grande, cosicchè esso è risultato troppo corto per raggiungere la parte più alta della scultura. Questo, dice il Prof. Levoy, ha costretto i ricercatori a Firenze e nel quartier generale della Cyberware a Monterey a lavorare durante le vacanze per estendere l'intelaiatura di un metro senza compromettere l'accuratezza o la sicurezza. Hanno lavorato contro il tempo perchè i funzionari dell'Accademia avevano già predisposto piani elaborati per assicurare turni di guardia supplementari e riorganizzare i flussi turistici durante il periodo in cui avverrà la scansione. I ricercatori intendono riprodurre per primi i Prigioni. Lo faranno con una precisione che permetterà di distinguere dettagli fino ad un quarto di millimetro. Ciò permetterà loro di creare un modello computerizzato che conterrà circa 100 milioni di triangoli e sarà tanto dettagliato da mostrare i singoli colpi di scalpello. L'abilità nel catturare i segni lasciati dallo scalpello è particolarmente importante nel caso di questo gruppo scultoreo. Parte del fascino di questa scultura risiede nel fatto che essa è incompleta e ciò permetterà di approfondire come lavorò il grande scultore.

I problemi di computer science

"Dal punto di vista informatico, ci sono diverse problemi che dobbiamo affrontare", afferma il Prof. Levoy.

Innanzi tutto, egli si aspetta che il modello computerizzato del David richiederà decine di gigabyte di memoria per girare, e che i modelli che il gruppo creerà avranno bisogno complessivamente di una memoria dell'ordine dei terabyte. Essi non hanno mai avuto a che fare con modelli 3-D di queste dimensioni.

La scansione simultanea del colore e della forma rappresenta anch'essa un punto interrogativo. A questo scopo tutti e tre gli scanner sono equipaggiati con una videocamera a colori, ma i ricercatori non hanno mai tentato di registrare sia la distanza che il colore con una simile precisione.

Infine, un'ulteriore sfida sarà riuscire a stimare la riflettanza intrinseca della superficie delle statue. Dare il giusto valore alla riflettanza della superficie è la chiave per realizzare modelli digitali che appaiano fedeli all'originale anche in diverse condizioni di luce. Per fare questo, i ricercatori dovranno processare le immagini per rimuovere gli effetti delle ombre e delle parti illuminate. Lo hanno già fatto in condizioni di luce controllata in laboratorio. Ma farlo sul campo, dove la luce è molto più variabile, potrebbe risultare estremamente difficile.

"Sappiamo come fare tutte queste cose", dice il Prof. Levoy, "ma integrarle sarà una sfida".

Dopo aver ultimato il loro lavoro con le sculture conservate a Firenze, il gruppo intende spostare le sue operazioni a Roma, dove è in agenda la riproduzione della Pietà e del Mosè di Michelangelo, insieme al Laocoonte, una delle opere più note dell'arte romana. Essi intendono anche operare la scansione dei frammenti della Forma Urbis Romae, un'antica mappa marmorea di Roma. Il Prof. Levoy intende usare il computer per rimettere insieme i frammenti della mappa. Inoltre, il gruppo si cimenterà, tempo permettendo, su altri progetti, come per esempio la scansione degli antichi strumenti musicali della Collezione Medici, compreso un violino Stradivari.

Il progetto ha richiesto l'ampia collaborazione dei funzionari dei musei e delle istituzioni italiane che ospitano le insostituibili sculture, come le Gallerie dell'Accademia, Le Cappelle Medicee, la Soprintendenza ai Beni Artistici e Storici per le province di Firenze, Pistoia, e Prato, la Soprintendenza per i beni artistici e storici di Roma, e i Musei Vaticani.