3D modeling: structures, infrastructures, aquifers and shrub

This dissertation contributes to the 3D modeling field. The goal is to obtain 3D models automatically from a discrete data set. Each 3D model is obtained using different softwares packages and methods. The former are Fortran, Matlab, ArcGIS, Model Builder, Arcpy, and Visual Nature Studio. The latter are outlier detection, voxels, clusters analysis, feature extraction, relational matching, Delaunay triangulation, and Bruckner profiling. The order in which these methods are used depends on the data types. The input point cloud can represent a structure, an airport, an aquifer or a forest. The study areas are five: the China Central Television Tower Headquarters in Beijing, China; an airport in Italy; the aquifer in Milan, in Italy; Levy County in Florida, U.S.A.; and Marion County in Florida, U.S.A. The first problem originates from to the fact that the input data are discrete, not equally spaced or uniform and the outputted model must be continuous. Secondly, the input information is geometric, not topological. To obtain a 3D model, topological information must be collected from the input data. Finally, if the input data contains some outliers, the predicted values will be wrong. To solve these problems, suitable procedures must be set up. Although there are other important issues, I would like to point out that this dissertation is not concerned with the different techniques available to obtain the data and to check the completeness of the data. Furthermore, this dissertation is not concerned with the rendering techniques, added light source properties, or created realistic and stylish looking models. The 3D models are obtained using Matlab ™.

La seguente tesi di dottorato tratta ed approfondisce l'argomento della modellazione tridimensionale automatica. Nello specifico, L'obiettivo è quello di ottenere modelli tridimensionali in maniera automatica partendo da un insieme discreto di dati. Ogni modello tridimensionale è ottenuto attraverso differenti linguaggi di progetto e tecniche.I primi sono: Fortran, Matlab, ArcGIS, Model Builder e Visual Nature Studio. I secondi sono la reiezione degli errori, la distribuzione in voxel, la cluster analysis, l'estrazione di feature, il matching relazionale, la triangolazione di Delauany ed il profilo di Bruckner. L'ordine in cui queste tecniche sono applicate dipende dalla tipologia di dato in input. La nuvola di punti può rappresentare una struttura, una infrastruttura, un aeroporto o una foresta. I casi studio analizzati sono: la China Central Television Headquarters a Pechino, Cina; un aeroporto nel Nord d'Italia; l'acquifero di Milano; le contee di Levy e Marion in Florida, Stati Uniti d'America. Diversi problemi sono sorti durante lo svolgimento del lavoro. La prima tipologia di problema riguarda il fatto che i dati di input sono discreti, non equispaziati né uniformi mentre il modello tridimensionale deve essere continuo. Il secondo problema dipende dal fatto che l'informazione in input è di tipo geometrico, non topologico. Per ottenere il modello tridimensionale, è necessario ottenere informazioni topologiche. Infine, i dati in input possono contenere errori e ciò pregiudicherebbe la correttezza della modellazione. Per risolvere tali problemi, procedure specifiche vanno messe in atto. Nonostante esistano importanti questioni, vorrei sottolineare come questa tesi di dottorato non sia focalizzata sulle diverse tecnologie disponibili per rilevare i diversi dati di input né sulla completezza dei dati stessi. Inoltre, questa tesi di dottorato non contiene render, effetti di luce ed ombra o effetti di realtà aumentata. Tutta la grafica dei modelli tridimensionali è stata elaborata utilizzando Matlab.