SLAM technology for the documentation of cultural heritage: guidelines and validation applied for Forte Sofia

This thesis aims to establish guidelines and validate the use of SLAM (Simultaneous Location and Mapping) technology for Cultural Heritage documentation. The equipment tested was the Stonex X70GO, a mobile SLAM laser scanner that generates real-time 3D point clouds via the GOapp and integrates a camera for colorized models. Initial tests were conducted at the Politecnico di Milano, Mantova campus, to define best practices. Different acquisition strategies were compared, such as linear and spiral paths, with and without targets referenced by the Leica TS30 Total Station. These results were validated against point clouds from the Terrestrial Laser Scanner (TLS) Leica RTC360, whose millimetric precision is a benchmark for heritage documentation. Comparisons were carried out using CloudCompare and Cube-3D to assess the reliability of the SLAM acquisitions. After determining the proper use of the SLAM scanner, the Fortress of Sofia (1838) in Verona, Italy, was selected as a second case study. This heritage site, central in the city and of manageable size, allowed testing the methodology in a real scenario. The survey was carried out using the strategies defined in the first phase, and the challenges faced contributed to the formulation of final guidelines. A three-dimensional model of the fortification was produced in Autodesk Revit 2026, following Heritage Building Information Modeling (HBIM) principles. Due to the fortress’ complex geometry, standard parametric families (walls, floors, doors) were insufficient, requiring most elements to be modeled in place. The thesis concludes that SLAM-based surveys can deliver reliable centimeter-level accuracy. While not suitable for extremely detailed architectural documentation, they represent an efficient and complementary tool to TLS, especially in sites where accessibility, time, or safety constraints limit traditional surveying methods.

Questa tesi ha l’obiettivo di definire linee guida e validare l’uso della tecnologia SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) per la documentazione del patrimonio culturale. L’attrezzatura testata è stata lo Stonex X70GO, un laser scanner mobile SLAM che genera nuvole di punti 3D in tempo reale tramite l’app GOapp e integra una fotocamera per modelli colorati. I test iniziali sono stati condotti presso il Politecnico di Milano, campus di Mantova, al fine di definire le migliori pratiche. Sono state confrontate diverse strategie di acquisizione, come percorsi lineari e a spirale, con e senza target referenziati dalla stazione totale Leica TS30. Questi risultati sono stati validati confrontandoli con nuvole di punti ottenute tramite il Terrestrial Laser Scanner (TLS) Leica RTC360, la cui precisione millimetrica costituisce un punto di riferimento per la documentazione del patrimonio. I confronti sono stati effettuati utilizzando CloudCompare e Cube-3D per valutare l’affidabilità delle acquisizioni SLAM. Dopo aver determinato l’uso corretto dello scanner SLAM, la Fortezza di Sofia (1838) a Verona, Italia, è stata selezionata come secondo caso di studio. Questo sito patrimoniale, centrale nella città e di dimensioni gestibili, ha permesso di testare la metodologia in uno scenario reale. Il rilievo è stato eseguito seguendo le strategie definite nella prima fase e le sfide incontrate hanno contribuito alla formulazione delle linee guida finali. Un modello tridimensionale della fortificazione è stato prodotto in Autodesk Revit 2026, seguendo i principi dell’Heritage Building Information Modeling (HBIM). A causa della geometria complessa della fortezza, le famiglie parametriche standard (muri, pavimenti, porte) si sono rivelate insufficienti, rendendo necessario modellare la maggior parte degli elementi in loco. La tesi conclude che i rilievi basati su SLAM possono fornire un’accuratezza affidabile a livello centimetrico. Pur non essendo adatti per una documentazione architettonica estremamente dettagliata, rappresentano uno strumento efficiente e complementare al TLS, specialmente in siti in cui accessibilità, tempi o vincoli di sicurezza limitano i metodi di rilievo tradizionali.