Dal rilievo LiDAR al modello 3D animato

Perché usare le scansioni LiDAR nel 3D industriale

L’aumento della richiesta di digitalizzazione nei contesti produttivi esistenti si fa sempre più pressante, offrendo alle aziende la possibilità di ottimizzare tempi, ridurre incertezze e aumentare la precisione nelle fasi di progettazione, validazione e simulazione.

Mentre la progettazione di nuovi impianti spesso prevede la creazione ex novo di modelli, lavorare sulla struttura già esistente richiede un approccio diverso, che prevede una ricostruzione fedele dello stato attuale, integrando eventuali aggiornamenti, miglioramenti o modifiche nel tempo.

Limiti delle planimetrie CAD e necessità di rilievi tridimensionali ad alta densità

Le planimetrie tradizionali in 2D, spesso obsolete o incomplete, si dimostrano insufficienti per rappresentare geometrie complesse, interferenze spaziali o impianti soggetti a modifiche frequenti. Al contrario, le scansioni tridimensionali permettono di superare queste limitazioni, offrendo una fotografia dettagliata dell’ambiente industriale, con una densità di dati che consente di cogliere ogni minima sfumatura.

Integrazione tra rilievo geometrico e rappresentazione animata per simulazione, validazione o comunicazione tecnica

L’integrazione tra rilievo geometrico e rappresentazione animata offre nuovi spunti nella simulazione, validazione e comunicazione tecnica. Il modello derivato da una scansione LiDAR, infatti, può essere trasformato in un oggetto animabile, utile non solo per simulare interventi o ispezioni, ma anche per studiare i flussi operativi, illustrare il funzionamento di interi sistemi e creare materiali formativi, di sicurezza o comunicativi ad alto impatto visivo.

Cos’è una nuvola di punti LiDAR e come si ottiene in ambienti produttivi

Ma cosa si intende precisamente per nuvola di punti LiDAR e come si ottiene all’interno di ambiti produttivi? La tecnologia LiDAR (Light Detection And Ranging) utilizza impulsi laser per misurare con precisione le distanze di superfici e oggetti circostanti.

Dal risultato di questa emissione di impulsi nasce una nuvola di punti 3D, che rappresenta fedelmente l’ambiente circostante. In ambito industriale, i sistemi LiDAR possono essere statici, montati su treppiedi, oppure mobili, integrati su veicoli o piattaforme in movimento. La scelta della tecnologia più adatta dipende soprattutto dalla configurazione del sito.

Gli ambienti chiusi, con molte macchine e spazi ristretti, privilegiano l’uso di scanner terrestri multiposizione, mentre gli spazi aperti o di difficile accesso possono beneficiare di rilievi tramite droni o sistemi mobili dotati di strumenti di georeferenziazione, come IMU e GNSS. In contesti più delicati, come ambienti ATEX o aree sterili, si preferiscono scanner compatte e a basso impatto. I dati raccolti, sotto forma di nuvole di punti, possono raggiungere densità superiori a mille punti per metro quadrato e garantire una precisione di livello millimetrico.

Questi dati sono generalmente salvati in formati condivisibili, come LAS, E57, PTS o XYZ. Tuttavia, per poterli utilizzare efficacemente, occorre prima procedere alla registrazione tra le varie unità di scansione e all’allineamento all’interno di un sistema di riferimento comune, spesso avvalendosi di target o di tecniche di georeferenziazione.

Pipeline tecnica: dalla nuvola di punti al modello 3D animabile

Il processo tecnico per trasformare le nuvole di punti in modelli 3D animabili si articola in alcune fasi chiave. La prima consiste nella pulizia e decimazione, durante la quale l’insieme di punti viene filtrato per eliminare artefatti, rumore e porzioni ridondanti, riducendo così il peso computazionale senza perdere dettagli essenziali.

Successivamente, si passa alla ricostruzione di superfici continue, usando algoritmi di triangolazione come Poisson Surface Reconstruction o Ball Pivoting, per ottenere una mesh densa che viene poi ottimizzata in geometrie solide più facilmente gestibili.

Con la terza fase, si ottimizza la topologia della mesh e si applicano tecniche di texturing tecnico, come il proiettare immagini fotorealistiche o creare materiali specifici per simulazioni di rivestimenti, ossidazioni o segnaletica. In questa fase si semplifica inoltre la geometria, riducendo il numero di poligoni e rendendo il modello più leggero e pronto per l’animazione. Il passo successivo riguarda il rendering o l’integrazione del modello in viewer interattivi.

A seconda dell’obiettivo finale, si esportano i modelli per software di rendering come V-Ray, Arnold o D5 Render, oppure si inseriscono in piattaforme come Unity, Unreal o WebGL, per creare ambienti virtuali interattivi dedicati a formazione, presentazioni o analisi tecniche. Questi strumenti sono fondamentali anche nel ciclo di vita di un impianto, offrendo possibilità di validazione di layout, ispezioni virtuali e simulazioni di manutenzione, riducendo rischi e costi.

Reverse engineering visuale: ricostruire impianti esistenti tramite rilievo LiDAR

Il rilievo laser e la modellazione tridimensionale consentono di ricostruire impianti anche quando non è più possibile effettuare rilievi manuali o planimetrici, rivelandosi strumenti di grande precisione, rapidità e accessibilità. Si tratta di un metodo ideale per ricostruire virtualmente macchinari dismessi, impianti da aggiornare o impianti ancora operativi ma soggetti a ispezioni periodiche, permettendo di modellare in 3D componenti mancanti, simulare modifiche o ottimizzare interventi futuri senza rischi reali sulla produzione.

L’animazione dei modelli degli impianti industriali, poi, amplia le possibilità di visualizzazione, consentendo di mostrare i flussi materiali o energetici, simulare modifiche progettuali e documentare lo stato di fatto in modo rapido e comprensibile. Questa integrazione si rivela uno strumento prezioso in ogni fase del ciclo di vita di un impianto, dalla comunicazione alla progettazione, fino alla verifica delle soluzioni tecniche.

Nel settore della comunicazione tecnica, ad esempio, i modelli ottimizzati e animati possono essere inseriti in video esplicativi, tutorial, presentazioni aziendali o materiali promozionali. La visualizzazione tridimensionale permette di evidenziare le operazioni più complesse, mostrare le sequenze di montaggio o di manutenzione, e rendere accessibili anche a figure non tecniche dati che altrimenti sarebbero difficili da comunicare con strumenti più schematici.

Un esempio di questa metodologia viene dallo Studio di Giuseppe Galliano, attivo dal 1996, specializzato nella realizzazione di animazioni 3D partendo da modelli CAD o rilievi fotogrammetrici e LiDAR opportunamente adattati. Il workflow permette di creare simulazioni cinematiche, video fotorealistici e contenuti interattivi in realtà aumentata, destinati all’industria manifatturiera, all’impiantistica e alla formazione tecnica. Le soluzioni dell’azienda sono adattabili a diversi output, dal video in 4K ai contenuti per visori VR, fino a soluzioni integrate con touch screen per fiere e presentazioni in ambiente industriale.

Collegamenti tra digital twin, ambienti BIM e software SCADA: compatibilità, viewer e interoperabilità

Le mesh generate dai rilievi possono essere convertite in formati compatibili con ambienti di digital twin, come IFC, FBX o USDZ, facilmente inserite in sistemi BIM per il coordinamento tecnico o collegate a piattaforme SCADA per il monitoraggio e la simulazione in tempo reale.

Un esempio pratico: la modellazione 3D tramite rilievo LiDAR in ambito industriale

In uno stabilimento produttivo con diversi sistemi di dosaggio per la preparazione di composti, l’acquisizione di dati è stata effettuata con scanner terrestri multi-scan, utilizzando più posizioni di scansione Leica RTC360. Il processo prevedeva registrazioni automatiche e la targetizzazione manuale nelle aree caratterizzate da bassa riflettanza, per garantire la precisione della rilevazione.

Successivamente, sono stati creati un modello ottimizzato e animato di una linea esistente, utile per riprogettazioni e presentazioni. La prima elaborazione è avvenuta con Autodesk ReCap, da cui è stato esportato il dato in mesh semplificata, poi rifinita con 3ds Max.  Questo modello ha consentito di valutare la fattibilità di una nuova linea parallela, facilitando le decisioni con visualizzazioni chiare di funzionamento e configurazione.

L’output finale è stato un video tecnico in grado di mostrare, in modo immersivo e comprensibile, la linea corrente in azione e la configurazione proposta, favorendo un confronto condiviso tra ufficio tecnico, responsabili di sicurezza e dirigenza.

Limiti e considerazioni pratiche nella modellazione da dati LiDAR

Per affrontare questa tecnologia è essenziale possedere competenze avanzate nella gestione delle nuvole di punti, considerando che l’elaborazione richiede software specializzati come CloudCompare, Autodesk ReCap o RealityCapture, e una buona conoscenza delle tecniche di allineamento, filtraggio, esportazione e conversione dei dati.

Tra i limiti dei modelli ricavati vi è il fatto che le mesh risultanti sono spesso non parametriche e non sempre facilmente modificabili in ambito CAD. Questi modelli, infatti, non permettono l’estrazione automatica di quote o interventi semplici senza un’ulteriore elaborazione: per un utilizzo vettoriale è necessario ricostruire o modellare manualmente i componenti, magari integrando elementi di libreria tecnica come valvole, pompe o parti di carter, per completare e rendere più leggibile il modello finale.

L’obiettivo della digitalizzazione del reale: comunicare, documentare e progettare con maggiore efficacia

I modelli derivati dai rilievi laser costituiscono oggi degli asset digitali duraturi e multifunzionali. La loro affidabilità geometrica consente di pianificare interventi di modifica, di visualizzare lo stato attuale degli impianti e di documentare con precisione lo stato di fatto, semplificando i processi decisionali e migliorando la comunicazione tra le varie funzioni aziendali.

Evoluzione della pipeline LiDAR per la progettazione e l’aggiornamento degli impianti industriali

L’integrazione tra rilievo, modellazione e animazione sta assumendo un ruolo sempre più centrale nelle strategie di rivisitazione e revamping degli impianti, diventando uno standard di riferimento per le società che desiderano aggiornare le proprie strutture con efficienza, precisione e consapevolezza progettuale.