Tecnologia nel deserto: mappare in 3D scavi egizi e romani con la fotogrammetria

La fotogrammetria permette di ricostruire la forma tridimensionale di un oggetto o di un ambiente a partire da fotografie scattate da punti di vista differenti. Il principio è simile alla nostra visione: osservando lo stesso oggetto da posizioni diverse possiamo percepirne la profondità. Nata in forma analogica agli inizi del Novecento, con lo sviluppo dei computer è diventata prima analitica e poi completamente digitale. Oggi possiamo elaborare anche migliaia di fotografie e ottenere modelli tridimensionali molto dettagliati e metricamente affidabili.

Nelle missioni in Egitto utilizziamo la fotogrammetria soprattutto a terra e in ambienti sotterranei o molto confinati, come la tomba di Kha e Merit. Lavoriamo inoltre in condizioni difficili: vento, polvere, alte temperature e luce molto intensa possono influire sulla strumentazione e sulla qualità dei dati. Per questo utilizziamo ottiche particolari e seguiamo geometrie di acquisizione molto rigorose, indispensabili per ottenere modelli tridimensionali affidabili dal punto di vista metrico. Per i rilievi dei pozzi funerari che conducono alle camere di sepoltura ho costruito una gabbia in metallo in cui inserire la fotocamera, equipaggiata con un flash e un’ottica di tipo fisheye che consente di fotografare gran parte delle pareti del pozzo anche a breve distanza. La struttura metallica viene calata all'interno dei pozzi con delle corde, parallelamente alle pareti e anche in corrispondenza dei quattro spigoli, e si fanno scatti in remoto con un telecomando. Riportiamo sulle corde delle tacche a intervalli regolari, di modo da essere certi che il passo di acquisizione non vari eccessivamente durante le diverse calate; infatti, l’operazione va ripetuta almeno otto volte per ciascun pozzo, si arriva anche fino a 20-25 metri sottoterra!

Tutte le immagini vengono importate in un software fotogrammetrico e con una preelaborazione ci assicuriamo che tutti i dati raccolti siano sufficienti, in caso contrario integriamo con altre fotografie. Contestualmente, in superficie, usiamo uno strumento ottico di precisione, la stazione totale, che deve rimanere assolutamente fermo, per effettuare poche ma fondamentali misure di coordinate. Attraverso il suo cannocchiale, misuriamo il centro di alcuni marker codificati che posizioniamo nel contesto da rilevare, e che vengono “registrati” anche dalle immagini acquisite. Queste misure, inserite nel software fotogrammetrico, ci restituiscono la precisione del modello tridimensionale finale, che per noi è accettabile solo quando è inferiore al centimetro. La stessa operazione può essere ripetuta anche sottoterra, a condizione che ci sia sufficiente spazio nelle camere funerarie ipogee. Il discorso è diverso per i pozzi che sono verticali, stretti e si sviluppano per qualche decina di metri. In questo caso, abbiamo adottato uno stratagemma tanto semplice quanto efficace: usiamo dei tappi di bottiglia con un chiodo al centro, affinché rimangano ben fissi nella roccia delle pareti. Le coordinate di questi marker “improvvisati” vengono calcolate e verificate a posteriori e ci aiutano a capire fin dove siamo arrivati, così l'anno successivo si riparte da dove si era concluso. 

Per una stanza possono bastare un centinaio di fotografie. Per una tomba-tempio fuori terra, come quella di Horemheb a Saqqara, possiamo arrivare a un migliaio. Per documentare l’intero sito romano di Umm al-Dabadib abbiamo superato le 10.000 fotografie.

Usiamo un software, di uso molto comune anche nei corsi di architettura e ingegneria, e ci preoccupiamo di eseguire un rigoroso controllo numerico prima di costruire il modello finale. Per questo, oltre alla fotogrammetria, usiamo la topografia. Ogni anno realizziamo i modelli tridimensionali degli scavi, agganciando i nuovi rilievi alla rete topografica, così tutti i modelli condividono lo stesso sistema di riferimento e sono perfettamente sovrapponibili. Se li apro nello stesso visualizzatore, posso vedere come il sito si è trasformato nel tempo. È questo il valore aggiunto che proponiamo al Museo Egizio: un diario digitale che documenta l'intera evoluzione dello scavo e permette di tornare indietro nel tempo, attraverso le diverse soglie temporali. Si parte dal sito ricoperto di sabbia, le prime colonne che emergono, i pozzi, le camere funerarie, fino alla tomba completa. Come ci ricordano sempre i colleghi del Museo Egizio, l'archeologia purtroppo è una scienza distruttiva: a Saqqara, per esempio, i primi livelli dello scavo corrispondevano alla cultura copta, ma per arrivare al periodo faraonico, ovviamente, è stato necessario rimuovere quegli strati. Non esistono più nel reale, ma sopravvivono in digitale grazie ai nostri modelli tridimensionali che consentono agli archeologi di prendere misure, studiare e verificare, preservando il passato.

Sì, sul campo bisogna anche sapersi arrangiare. Durante una delle prime missioni, quando ancora campeggiavamo nel deserto, si ruppero i cavi di ricarica delle batterie delle fotocamere: avevamo dello stagno, un saldatore e nel buio della notte, con le sole torce frontali, l’abbiamo attaccato alle batterie del fuoristrada, abbiamo saldato i cavi e siamo riusciti a finire il lavoro! È uno degli aspetti che amo del mio lavoro: trovare soluzioni in contesti difficili.

Anche la scelta della fotogrammetria nasce in parte da esigenze pratiche. Sono specializzato anche nell’utilizzo del laser scanner, ma portare in Egitto strumentazioni di questo tipo può essere complicato. Nel 2014, ad esempio, alcuni strumenti furono trattenuti in dogana perché considerati “non standard”. Un’altra possibilità sarebbe utilizzare i droni. Ho conseguito la licenza di pilota nel 2015 e durante il dottorato li ho utilizzati per rilievi ambientali, per ricostruire fronti di frana, monitorare beni culturali. In Egitto, però, l’utilizzo dei droni è vietato per motivi di sicurezza. Così abbiamo trovato una soluzione alternativa: simuliamo di essere noi stessi dei droni! Utilizziamo un palo fotografico alto più di quattro metri, con una fotocamera professionale montata in cima. Dobbiamo scattare più fotografie rispetto a quelle necessarie con un drone, ma otteniamo immagini con una risoluzione e una precisione molto elevate. È un’operazione particolarmente importante alla fine della missione, quando documentiamo con grande attenzione la situazione raggiunta prima di ricoprire lo scavo. Quelle immagini costituiranno il punto di partenza per l’anno successivo.

A fine scavo, si procede con un’operazione che si chiama backfill. Per proteggere il sito si chiudono i pozzi, si posizionano dei teli al di sopra dello strato raggiunto e si ricopre tutto con la sabbia. E l'anno dopo si riprende più o meno da dove si è lasciato: per questo sono così lunghe le missioni, vanno da quattro a sei settimane. Le attività sono moltissime e spesso non possono procedere in parallelo. L’ultima settimana è la più importante, prima di chiudere bisogna assicurarsi che tutta la documentazione per il diario digitale sia completa. Nelle missioni poi affianchiamo altri esperti: a Umm al Dabadib oltre a me, la professoressa Corinna Rossi e Clementina Caputo, ci accompagnano due archeologi, Stefania Alfarano e Cesare Iezzi, e Nicoletta De Troia esperta di relazioni sociali e culturali nell’Egitto tardoantico e altomedioevale.

A Saqqara, per esempio, il team è composto da circa una ventina di esperti, tra ceramologi, disegnatori, egittologi, archeologi e antropologi. Ogni singolo ritrovamento viene registrato e catalogato sotto gli occhi dell’Ispettore delle Antichità egiziano, che ci accompagna in ogni missione. Poi tutto viene trasportato in un magazzino. In questa fase, mi capita spesso di affiancare i disegnatori dello scavo, che si occupano prevalentemente di disegnare gli oggetti ceramici o frammenti lapidei lavorati, anche iscrizioni geroglifiche. Per supportarli, mi occupo del rilievo tridimensionale delle superfici iscritte, e dal modello tridimensionale posso ricavare un’ortofoto ad altissima risoluzione, che può essere successivamente ricalcata con software di editing fotografico. Il valore aggiunto è l’oggettività del dato che non è inficiato dall’interpretazione o tecnica personale del disegnatore. 

Una normale fotografia è, per definizione, una rappresentazione prospettica, a seconda dell’ottica usata poi c’è sempre anche un certo grado di deformazione, quindi non può fornire informazioni metriche. Un’ortofoto, invece, è una proiezione ortogonale generata a partire da un modello tridimensionale. In questo modo, qualsiasi porzione dell’immagine è misurabile, priva di deformazioni sia al centro che ai lati. Parlando di oggetti, è chiaro che avere a disposizione il modello 3D, ad esempio, di una giara mi permette di estrarre in automatico profili e sezioni in qualsivoglia posizione, velocizzando di molto le operazioni dei disegnatori che, invece, riproducono un numero limitato di disegni, comunque potenzialmente influenzati da interpretazioni soggettive. 

Sì, e potrebbe diventarlo sempre di più. Un primo campo di applicazione riguarda l’organizzazione dei database archeologici. Nel tempo sono stati utilizzati sistemi di catalogazione differenti e lo stesso tipo di reperto può essere registrato con nomi diversi. L’intelligenza artificiale può aiutarci a individuare corrispondenze, eliminare sovrapposizioni e mettere in relazione informazioni provenienti da archivi diversi. In prospettiva, disponendo di un numero elevato di modelli tridimensionali di oggetti simili, potremmo utilizzare questi strumenti anche per effettuare rapidamente analisi statistiche, e individuare relazioni tra reperti rinvenuti in zone diverse dell’Egitto, ad esempio riconoscendo oggetti che potrebbero provenire dalla stessa area produttiva.

Quest’anno, a Umm al-Dabadib, all’interno di una buca nel pavimento di una casa, abbiamo ritrovato una ventina di unguentari in vetro. Non ne erano mai stati trovati prima in questa porzione di deserto. Ho passato giornate intere a ricomporne i frammenti! 

Ma una delle scoperte più curiose è stata una sorta di “tesoretto” nascosto all’interno di un contenitore in ceramica. Questi recipienti venivano utilizzati per nascondere beni considerati preziosi, con l’intenzione di recuperarli successivamente. Probabilmente il sito fu abbandonato quando gli acquedotti sotterranei che permettevano di coltivare vaste aree nel deserto smisero di fornire acqua, e nessuno tornò mai a recuperare quel contenitore. Dentro abbiamo trovato braccialetti, perline in avorio, monete con effigi di diversi imperatori e quattro dadi da gioco in avorio. Quando li ho portati in magazzino per fotografarli, ho iniziato a girarli per documentarne tutte e sei le facce. A quel punto mi sono accorto che su uno dei dadi il numero quattro compariva due volte, mentre mancava completamente il tre. Era un dado truccato! È stata una scoperta molto divertente per tutti.

In realtà sono passato… dal marmo alla sabbia! Durante e dopo gli anni del dottorato, ho vissuto sette anni in cattedrale a Milano. Grazie alla dedizione e impegno della professoressa Cristiana Achille e del professor Francesco Fassi, infatti, ho avuto la possibilità di formarmi professionalmente e scientificamente tra le guglie del Duomo. Mi sono occupato dei rilievi fotogrammetrici, laser-scanner e della modellazione tridimensionale della Guglia Maggiore e degli interni della cattedrale, a supporto del cantiere di restauro. Da milanese, è stato un grande orgoglio! Con il tempo, però, è cresciuta in me la voglia di cambiare, affrontare nuove sfide e portare queste tecnologie in contesti completamente diversi. E così, dal Duomo di Milano, sono arrivato nel deserto egiziano, spingendomi fino ai confini di quello che fu l’Impero Romano alla sua massima espansione.

Tra poco si riparte per l’Egitto. Dal 2 al 30 ottobre saremo nuovamente a Saqqara per una nuova missione archeologica, durante la quale proseguiremo il lavoro iniziato negli anni precedenti e documenteremo le nuove fasi dello scavo. Come ogni anno sappiamo da dove ripartiamo, ma non possiamo sapere cosa troveremo sotto il prossimo strato di sabbia…