Verifica
della verticalità tramite rilievo laser scanner 3D

Questo articolo illustra una procedura tecnica per verificare la verticalità delle strutture in cemento armato utilizzando i dati provenienti da un rilievo laser scanner 3D.

Dati iniziali

Come dati iniziali si utilizza una nuvola di punti ottenuta mediante rilievo laser scanner terrestre. In particolare, il rilievo con laser scanner permette di acquisire milioni di punti tridimensionali in tempi ridotti, garantendo elevata densità e accuratezza metrica.

Requisiti della nuvola di punti:

La nuvola di punti deve essere ripulita da rumore e oggetti estranei (ponteggi, casseforme, ferri di armatura sporgenti, ecc.).
La densità della nuvola di punti deve essere sufficiente per un'analisi affidabile - si raccomanda almeno 1 punto ogni 5-10 mm sulla superficie analizzata.
La nuvola di punti deve essere orientata in modo che la superficie oggetto di studio sia parallela a uno degli assi cartesiani: X oppure Y.
Per lavorare in CloudCompare, la nuvola di punti deve essere nei formati E57, LAS/LAZ o PLY.

Rotazione della nuvola di punti nel piano XY in CloudCompare: il pilastro viene allineato all'asse cartesiano prima dell'analisi della verticalità tramite rilievo laser scanner 3D.

Come esempio si analizza la verticalità di un pilastro in calcestruzzo armato di un ponte, con sezione rettangolare. I dati derivano da un rilievo scanner 3D ad alta risoluzione, idoneo per analisi geometriche di dettaglio.

Importante: l'inclinazione del pilastro - ossia la sua posizione lungo l'asse Z - deve rimanere invariata. La rotazione deve essere effettuata esclusivamente nel piano XY.

La rotazione della nuvola di punti si esegue tramite il menu Edit → Apply Transformation, impostando la matrice di trasformazione con l'angolo di rotazione desiderato attorno all'asse Z, oppure in modo interattivo tramite lo strumento Edit → Translate/Rotate.

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Segmentazione

Nel software si segmenta la nuvola di punti in modo da lasciare solo il piano oggetto di analisi. Se si analizza la verticalità di un pilastro in calcestruzzo armato con sezione rettangolare, la nuvola viene segmentata in 4 piani verticali distinti, corrispondenti ai quattro lati del pilastro.

Questa fase è particolarmente importante nei rilievi topografici strutturali, dove la corretta isolazione delle superfici influisce direttamente sull'accuratezza delle verifiche geometriche.

Segmentazione della nuvola di punti del pilastro in 4 piani verticali distinti in CloudCompare: ciascun lato della sezione rettangolare viene isolato separatamente per l'analisi della verticalità laser scanner 3D.

Procedura di segmentazione

Attivare lo strumento di segmentazione tramite l'icona "forbici" nella barra degli strumenti superiore oppure con il tasto T.
Delimitare con un poligono il lato desiderato del pilastro nella vista 3D.
Premere Segment In per selezionare i punti all'interno del contorno.
Confermare la segmentazione premendo il segno di spunta verde.
Ripetere per ciascuno dei quattro lati del pilastro.

Successivamente si lavora separatamente con ciascun segmento della nuvola di punti.

Consiglio: durante la segmentazione è opportuno lasciare un margine di 2-3 cm dai bordi della struttura per evitare effetti di bordo e irregolarità nei punti di giunzione delle superfici.

Piano verticale di riferimento

Con gli strumenti di CloudCompare si adatta un piano al segmento della nuvola di punti tramite Tools → Fit → Plane. Il piano di riferimento viene calcolato approssimativamente al centro della nuvola analizzata.

Dopo la creazione del piano, nella Console di CloudCompare vengono visualizzati i seguenti parametri:

Fitting RMS - scarto quadratico medio dei punti dal piano.
Normal vector - vettore normale al piano (Nx, Ny, Nz).
Dip e Dip Direction - inclinazione e direzione dell'inclinazione.
Transformation matrix - matrice 4×4 per portare il piano in posizione orizzontale.

Piano verticale di riferimento adattato alla nuvola di punti del pilastro in CloudCompare tramite Fit → Plane. Il piano calcolato è la base per la misura delle deviazioni dalla verticalità con accuratezza millimetrica.

Verifica e correzione della verticalità del piano

Per un piano perfettamente verticale, la componente Nz deve essere pari a 0 (oppure dip = 90°). Se necessario:

Selezionare il piano nell'albero DB.
Aprire Edit → Plane → Edit.
Impostare Nz = 0 (oppure dip = 90°), mantenendo Nx e Ny invariati.
Correggere eventualmente la posizione del centro del piano.

Il piano deve risultare rigorosamente verticale. Le successive analisi consentiranno di quantificare lo scostamento rispetto alla verticalità teorica.

Campo scalare delle coordinate lungo l’asse Y

Poiché il segmento della nuvola è orientato lungo l’asse X, si crea un campo scalare delle coordinate lungo l’asse Y:

Edit → Scalar Fields → Export coordinate(s) to SF(s) → selezionare Y.

CloudCompare genera il campo scalare “Coord. Y”, che permette la visualizzazione a mappa termica.

Schema deviazioni nuvola di punti dal piano verticale di riferimento

Calcolo delle deviazioni

Il calcolo delle deviazioni rispetto al piano verticale di riferimento si esegue tramite Cloud-to-Mesh Distance.
Procedura sintetica:

Selezionare nuvola e piano (Ctrl).
Tools → Distances → Cloud/Mesh Dist.
Attivare Signed distances.
Lasciare Octree level su Auto.
Premere Compute.

Si genera il campo scalare "C2M signed distances".

L'elevata precisione garantita dal rilievo laser scanner 3D consente di ottenere deviazioni misurate con accuratezza millimetrica, rendendo il metodo idoneo per controlli strutturali e verifiche di collaudo.

Schema delle distanze con segno (signed distances) nel controllo verticalità laser scanner: i punti blu indicano rientri (valori negativi) e i punti rossi sporgenze (valori positivi) rispetto al piano di riferimento.

Mappa termica delle deviazioni

Attivando il campo scalare “C2M signed distances”, è possibile visualizzare la distribuzione cromatica delle deviazioni.
La rappresentazione grafica consente un’immediata interpretazione delle deformazioni o inclinazioni della struttura, aspetto particolarmente rilevante nelle applicazioni di rilievo scanner 3D per infrastrutture.

Mappa termica C2Prim signed distances delle pile da ponte: il gradiente blu–verde–rosso evidenzia deviazioni da −39 mm a +37 mm sulla superficie rilevata con laser scanner 3D in CloudCompare.

Per analisi statistica:
Edit → Scalar Fields → Show Histogram
Edit → Scalar Fields → Compute Stat. Params → Gauss

Istogramma deviazioni verticalità nuvola di punti

Istogramma delle deviazioni dalla verticalità in CloudCompare con curva gaussiana sovrapposta. La distribuzione statistica degli scostamenti dal piano di riferimento è ricavata da rilievo laser scanner 3D.

Esportazione dei risultati

Esportazione immagini
Display → Render to File
Impostare formato (PNG, JPG, BMP) e Zoom.

Esportazione dati numerici
File → Save → formato ASCII (.txt, .csv) con coordinate X, Y, Z e campo scalare.

Rasterizzazione per GIS
Tools → Projection → Rasterize → esportazione GeoTIFF.