Architectural heritage digitisation through a Levels of Geometric Information-based approach. The case study of the Ghirlanda of the Castello Sforzesco in Milan

The research presented addresses the domain of architectural cultural heritage digitisation, with an emphasis on developing an approach for the digital transformation of the geometric information of such objects. Specifically, the primary concern is a matter of collecting in a single 3D model the profusion of information typical of an architectural asset. The purpose is to develop a 3D model that comprehensively describes the structure, including elements that are no longer in place or no longer visible, by managing information of a heterogeneous nature. This work, therefore, aspires to provide a solution, capitalizing on state-of-the-art methodologies and technologies of survey and digitisation, which are precious in comprehending complex structures. The work carried out has indeed started from the architectural heritage itself and from the idea that a comprehensive knowledge of it is essential for conscientious manipulation thereof. The knowledge of cultural heritage is the result of a multifarious and composite data collection, derived through variegated processes and products. The proposed approach aims at creating a three-dimensional model able to gather the heterogeneous geometric data available while concurrently facilitating the management of the progressive expansion and change of the available information package. The resultant 3D model encompasses information of various natures, and due to its heterogeneous sources, will inevitably have to handle data characterised by different levels of accuracy. This is typical when working with built heritage, whose sources have accumulated over time in very discordant forms. The blueprint of the 3D model requires the harmonious coexistence of objects at different Levels of Geometric Information (LOGI) so that all data is correctly arranged in defining the overall geometric information, including both the reference documentation and the tridimensional elements (of the developed model) in its subdivision, according to their respective levels of accuracy. In such a way, it is possible to incorporate what is obtained from a modern geomatic survey and information emerged from historical sources in a consistent collection that encompasses all elements of the building, from those surveyed to those hypothesised because no longer visible or exist. Furthermore, thanks to the rigorous use of georeferencing, the object can be updated with emerging information or additional research and survey activities. The modelling phase has been designed to be reiterated whenever new information and surveys are available, so that the 3D object will result constantly updated. Due to this approach, knowledge never stops at the first supply of information, while it accumulates and evolves progressively into an increasingly complete vision of the object. The digital twin of the architectural asset, once modelled, is completed by inserting the information useful for the identification and description of the sources that provided the geometric reference information. This is accomplished within the modelling environment itself, exploiting the functionality of the chosen software (Rhinoceros) and setting up a structure for metadata. This metadata framework then links to an external database, containing the material used, that maintain its accessibility and consultability. To develop this work, the case study chosen has been the Castello Sforzesco in Milan. Specifically, the area analysed consists of the northwest corner of the Ghirlanda, between Torre della Colubrina and Porta del Soccorso. The history of this building, the articulated architectural evolution and its multiple roles (war apparatus, the centre of the city’s political power and artistic receptacle) give to this architectural cultural asset a remarkable degree of complexity. This abundance of information about this building has set valuable conditions for the experimentation conducted. Such attributes collectively render the Castello Sforzesco an ideal case study to evaluate the effectiveness of the paradigm proposed in the research work. It is worth noting that while the sperimental phase is anchored in the specifics of this historical building, the overarching ambition pertains to the formulation of a methodological framework of broader applicability within the realm of architectural cultural heritage. This doctoral research describes a possible approach to the description and digitisation of the geometric information apparatus of an architectural asset. The modus operandi is intended to be an instrument tailored to those involved in the management of the building as a whole, thereby helping to understand its spaces and its interconnections with external systems. In light of this, the present research seeks to address this exigency by encouraging the organic collection and sharing of knowledge directed towards the conservation and valorisation of our heritage. Moreover, by aggregating information of a different nature, this instrument unveils pivotal points and issues requiring further investigation and research, thereby fostering additional refinements of the model and progressively enriching the information dataset.

La presente ricerca affronta il tema della digitalizzazione dei beni culturali architettonici, con particolare attenzione allo sviluppo di un approccio per la trasformazione digitale delle informazioni geometriche di tali oggetti. In particolare, la sfida principale è quella di raccogliere in un unico modello 3D la profusione di informazioni tipiche di un bene architettonico. Lo scopo è quello di sviluppare un modello 3D che descriva in modo esaustivo la struttura, compresi gli elementi non più presenti o non più visibili, gestendo informazioni di natura eterogenea. Questo lavoro aspira quindi a fornire una soluzione, sfruttando lo stato dell'arte delle metodologie e delle tecnologie di rilievo e digitalizzazione, preziose per la comprensione di strutture complesse. Il lavoro svolto è infatti nato a partire dal patrimonio architettonico stesso e dall'idea che una sua conoscenza completa sia essenziale per una sua consapevole gestione. La conoscenza del patrimonio culturale è il risultato di una raccolta di dati multiforme e composita, derivata da processi e prodotti variegati. L'approccio proposto mira a creare un modello tridimensionale in grado di raccogliere i dati geometrici eterogenei disponibili, facilitando al contempo la gestione della progressiva espansione e modifica del pacchetto informativo disponibile. Il modello 3D risultante comprende informazioni di varia natura e, data l'eterogeneità delle fonti, dovrà inevitabilmente gestire dati caratterizzati da diversi livelli di accuratezza. Questo è tipico quando si lavora con il patrimonio edilizio, le cui fonti si sono accumulate nel tempo in forme molto discordanti. La progettazione del modello 3D richiede la coesistenza armoniosa di oggetti a diversi Livelli di Informazione Geometrica (LOGI), in modo che tutti i dati siano correttamente disposti nella definizione dell'informazione geometrica complessiva, includendo sia la documentazione di riferimento sia gli elementi tridimensionali (del modello sviluppato) nella sua suddivisione, secondo i rispettivi livelli di accuratezza. In questo modo, è possibile incorporare quanto ottenuto da un moderno rilievo geomatico e le informazioni emerse dalle fonti storiche in una raccolta coerente che comprende tutti gli elementi dell'edificio, da quelli rilevati a quelli ipotizzati perché non più visibili o esistenti. Inoltre, grazie all'uso rigoroso della georeferenziazione, l'oggetto può essere aggiornato con le informazioni che emergono o con ulteriori attività di ricerca e rilevamento. La fase di modellazione è stata progettata per essere ripetuta ogni volta che sono disponibili nuove informazioni e indagini, in modo che l'oggetto 3D risulti costantemente aggiornato. Grazie a questo approccio, la conoscenza non si ferma mai alla prima acquisizione di informazioni, ma si accumula ed evolve progressivamente in una visione sempre più completa dell'oggetto. Il digital twin del bene architettonico, una volta modellato, si completa con l'inserimento delle informazioni utili all'identificazione e alla descrizione delle fonti che hanno fornito le informazioni geometriche di riferimento. Questo avviene all'interno dell'ambiente di modellazione stesso, sfruttando le funzionalità del software scelto (Rhinoceros) e impostando una struttura per i metadati. Questa ultima si collega poi a un database esterno, contenente il materiale utilizzato, che ne mantiene l'accessibilità e la consultabilità. Per sviluppare questo lavoro, il caso di studio scelto è il Castello Sforzesco di Milano. Nello specifico, l'area analizzata è costituita dall'angolo nord-ovest della Ghirlanda, tra la Torre della Colubrina e la Porta del Soccorso. La storia di questo edificio, l'articolata evoluzione architettonica e i suoi molteplici ruoli (apparato bellico, centro del potere politico cittadino e ricettacolo artistico) conferiscono a questo bene culturale architettonico un notevole grado di complessità. L'abbondanza di informazioni su questo edificio ha posto condizioni preziose per la sperimentazione svolta. Tali caratteristiche rendono il Castello Sforzesco un caso di studio ideale per valutare l'efficacia del paradigma proposto nel lavoro di ricerca. Vale la pena sottolineare che, mentre la fase sperimentale è ancorata alle specificità di questo edificio storico, l'ambizione generale riguarda la formulazione di un quadro metodologico di più ampia applicabilità nell'ambito dei beni culturali architettonici. Questa ricerca di dottorato descrive un possibile approccio alla descrizione e alla digitalizzazione dell'apparato informativo geometrico di un bene architettonico. Il modus operandi vuole essere uno strumento a servizio di coloro che sono coinvolti nella gestione dell'edificio nel suo complesso, aiutando così a comprenderne gli spazi e le interconnessioni con i sistemi esterni. Alla luce di ciò, la presente ricerca cerca di rispondere a questa esigenza favorendo la raccolta e la condivisione organica di conoscenze finalizzate alla conservazione e alla valorizzazione del nostro patrimonio. Inoltre, aggregando informazioni di diversa natura, questo strumento fa emergere punti cardine e questioni che richiedono ulteriori approfondimenti e ricerche, favorendo così ulteriori affinamenti del modello e arricchendo progressivamente il set di informazioni.