Studio per l'assemblaggio di un Body Scanner fotogrammetrico

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e difetti; inoltre nella stessa parte Ł stato presentato anche un sistema alternativo che 
riesce a rilevare le misure del corpo umano senza ausilio di una scansione. 
La terza parte del lavoro riguarda invece la progettazione vera e propria del 
sistema, durante questa fase si Ł tenuto conto soprattutto di due fattori: la convenienza 
economica e la trasportabilit  del sistema (al qual e si Ł dedicato un paragrafo). La 
quarta e ultima parte invece attiene al calcolo del costo del sistema in questione con la 
distinta base che illustra tutti i costi relativi ai materiali utilizzati nella progettazione e 
comunque tutti quelli necessari per il funzionamento del body scanner; in questa parte 
per una piø rapida consultazione si Ł deciso di non mettere le specifiche tecniche 
direttamente in distinta, ma ciascun componente Ł stato codificato mentre in distinta Ł 
stato riportato il codice, il costo per componente singolo, il costo totale ed una 
fotografia esplicativa; questa soluzione Ł stata ritenuta piø agevole per cercare 
direttamente un componente partendo dalla fotografia e risalire poi sia alle specifiche 
tecniche che al produttore. 
 
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1 La diffusione futura delle tecnologie di 
scansione 3D del corpo umano 
Quando pensiamo alla globalizzazione pensiamo prima di tutto alla crescita del 
commercio dei beni di consumo. Compriamo sempre piø televisori coreani, auto 
giapponesi, elettronica statunitense. Quando viaggiamo, guardiamo con una certa 
ammirazione le vetrine del nostro Made in Italy sparse per i centri cittadini delle 
principali citt  del mondo.  
In realt , la globalizzazione dei mercati non rigua rda esclusivamente il commercio dei 
beni di consumo, ma coinvolge anche e soprattutto lo scambio di quei componenti e 
quei semilavorati (i beni intermedi) che alimentano network di produzione a scala 
transnazionale. In pochi anni abbiamo scoperto che le automobili e i computer progettati 
negli Stati Uniti vengono di fatto assemblati in Messico o in Cina. Consideriamo 
normale che gran parte dei capi di abbigliamento disegnati e venduti a Hong Kong siano 
confezionati nell’area del delta del Fiume delle Perle. Accettiamo (anche se con diversi 
pro e contro) che una parte importante delle scarpe italiane, un prodotto di punta 
nell’export nazionale, siano cucite e incollate nei paesi dell’Est Europa.  
Il fenomeno non Ł di questi anni, Ł vero. ¨ altrettanto vero, per , che non aveva mai 
assunto una tale dimensione. Ci  che ha reso possib ile la creazione e il consolidamento 
di questi network produttivi su scala internazionale Ł stato l’abbattimento sistematico dei 
costi di coordinamento delle filiere produttive e la riduzione dei costi della logistica e 
del trasporto. La diffusione delle tecnologie di rete, anche nelle economie emergenti, 
rende possibile organizzare reti produttive affidabili e relativamente sincronizzate. Il 
che consente di ottimizzare la divisione del lavoro su scala internazionale.  
Nonostante le trasformazioni di questi anni, il modo in cui guardiamo al vantaggio 
competitivo delle nazioni sconta ancora oggi uno sguardo ereditato dal passato. 
L’economista Hal Varian, in un articolo apparso sul New York Times, si Ł chiesto che 
senso ha oggi dire che gli Stati Uniti hanno un vantaggio competitivo nella produzione 
di computer? Se guardiamo al processo produttivo dell’iPod ci rendiamo conto che i 
suoi 451 componenti sono il risultato di una divisione del lavoro su scala globale. La 
domanda da farsi Ł se le aziende americane che producono iPod e elettronica di 
consumo sono posizionate in modo corretto nelle catene globali del valore. Se sono 
capaci, in altre parole, di presidiare quelle fasi del processo che garantiscono un valore 
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aggiunto consistente e difendibile nel tempo (nel caso dell’iPod di Apple la risposta Ł 
sicuramente positiva). 
Il ragionamento si applica anche all’economia del nostro paese. L’Italia di oggi non Ł poi 
cos  diversa dagli altri paesi maggiormente industrializzati. A partire dal 2000, la forza 
della moneta unica ha avviato un processo di trasformazione delle principali filiere 
nazionali (meccanica e automazione, tessile abbigliamento, mobile arredo, 
agroalimentare) che ha visto il ricorso crescente alla rilocalizzazione produttiva delle 
attivit  industriali ad alta intensit  di lavoro.  
I dati Istat ci dicono che nel primo trimestre 2008 il 36% delle importazioni della 
provincia di Belluno vengono dalla Cina. Difficile pensare che si tratti solo di giocattoli 
e di magliette: in realt  il successo dell’occhiale italiano dipende anche dall’integrazione 
con il sistema manifatturiero cinese.  
I protagonisti di questo processo di riorganizzazione industriale sono le medie imprese 
del Made in Italy, quelle imprese che sono state capaci di internazionalizzare le reti 
distributive cos  come i processi produttivi combinando insieme qualit  manageriale e 
spinta imprenditoriale. Secondo i dati Mediobanca, nel decennio 1996-2005 il fatturato 
delle circa 3.984 "medie imprese" presenti in Italia (individuate nella classe 
dimensionale fra 50 e 500 addetti, e non controllate da grandi imprese) Ł cresciuto del 
50%, il valore aggiunto del 65%, l’export di oltre il 70%. 
Questo processo di apertura su scala internazionale ha messo in moto un’evoluzione 
sostanziale dei punti di forza delle imprese italiane. Ancorate alla tradizione artigianale 
e manifatturiera che ha fatto la forza dei nostri distretti industriali, le imprese leader del 
nuovo Made in Italy mostrano una nuova intelligenza manageriale sempre piø terziaria. 
Una ricerca promossa da Banca Intesa e Venice International University ha messo in 
evidenza tre fattori in grado di qualificare le nuove strategie di impresa. Il primo Ł il 
design inteso sia come investimento sulla riconoscibilit  estetica del prodotto, sia come 
progettazione di sistemi modulari in grado di evolvere nel tempo e di facilitare i 
processi produttivi su scala internazionale. 
Il design quindi gioca un ruolo fondamentale nei paesi piø industrializzati ed in 
Italia in particolare, dove pu  sicuramente vantare  una lunga tradizione a proposito. ¨ 
nell ambito di questo contesto che trovano sicuramente un fertile terreno di sviluppo le 
nuove tecnologie che permettono uno scambio di dati veloce e continuo utilizzando la 
tecnologia internet. Un rapido scambio di dati permetterebbe infatti per esempio di 
rilevare i dati utili alla realizzazione di un abito su misura in Indonesia e proporre la sua 
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effettiva produzione in Italia con tutte le modifiche del caso suggerite attraverso un sito 
internet curato dal produttore stesso con il quale poi comunicare anche con il cliente: Ł 
questo uno degli ambiti in cui si muovono alcuni modelli di e-business ed Ł una delle 
possibili applicazioni dello scanner fotogrammetrico che sar  illustrato. [1] 
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2 Funzionamento di un body scanner 
Nel passato ed anche oggi, la ricerca e le applicazioni commerciali si sono 
concentrate nella misurazione e nella modellazione di volti e corpi umani oppure nella 
captazione del movimento di tutto il corpo e delle espressioni facciali. 
2.1 Misure superficiali di parti del corpo umano 
In anni recenti la misurazione di superfici del corpo umano ha acquisito 
importanza nelle applicazioni medicali. Le discipline piø rilevanti sono ortopedia, 
odontoiatria, fisiologia, dermatologia; la caratteristica comune delle tecniche esistenti 
usate per applicazioni medicali Ł l alta accuratezza richiesta. 
Per misurare la superficie di parti del corpo umano, sono utilizzati quattro 
differenti metodi ottici: scansione laser, estrazione del profilo, luce strutturata e 
l approccio fotogrammetrico. I metodi di scansione laser e di luce strutturata sono 
generalmente utilizzati per misurare oggetti su larga scala. Essi hanno caratteristiche 
comuni di processo ed acquisizione. La precisione delle misure, la semplicit  d uso e 
l ampia gamma di programmi software disponibili per il processamento, l editing e la 
modellazione, hanno fatto di questi i metodi piø ampiamente utilizzati per la 
misurazione di superfici. Tuttavia, a causa della grandezza delle superfici da misurare, il 
tempo di acquisizione pu  variare da qualche second o a mezzo minuto, durante i quali il 
soggetto deve rimanere immobile. Questo fatto rende difficile ottenere risultati di 
misura stabili, perchØ un essere umano si muove sempre leggermente durante 
l acquisizione dei dati. Inoltre, queste tecniche non possono essere utilizzate per 
misurare dinamicamente superfici in movimento. 
Nel caso dei metodi basati sull estrazione dalla silhouette sono utilizzate 
telecamere multiple, una camera singola movimentata oppure una camera singola 
combinata con una piattaforma girevole per acquisire un set d immagini intorno 
all oggetto. L immagine Ł processata per estrarre la silhouette. Intersecando le superfici 
generate dalle silhouette ed i centri di proiezione di ciascuna immagine, si pu  
determinare un modello 3D grossolano del corpo in esame. Il dettaglio del modello 
aumenta con il numero di immagini acquisite. Tuttavia l accuratezza di questo metodo Ł 
limitata. I sistemi che usano telecamere multiple possono acquisire immagini in 
simultanea, permettendo la registrazione di eventi dinamici (p.e. piccoli movimenti). 
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Le tecniche fotogrammetriche offrono invece una misurazione superficiale 
accurata come quella dei processi dinamici, attraverso l acquisizione di immagini 
simultanee da differenti direzioni. Un accurata calibrazione del sistema della 
fotocamera ed una accurata creazione di corrispondenze d immagine sono richieste per 
raggiungere un elevata accuratezza. 
2.2 La modellazione di volti umani 
La modellazione e la misura di volti umani hanno varie applicazioni includendo 
scopi medici, animazione computerizzata, video-sorveglianza, video-teleconferenza e 
realt  virtuale. Le questioni che devono essere con siderate per modellare il volto di una 
persona reale sono: quanto realistica ed accurata Ł la forma ottenuta, quanto tempo Ł 
necessario per raggiungere un risultato, quanto Ł semplice e quanto costa 
l equipaggiamento: questi due ultimi aspetti saranno approfonditi successivamente nel 
lavoro. 
I differenti approcci che permettono la ricostruzione di un volto umano possono 
essere classificati a seconda delle esigenze. Per l animazione, la realt  virtuale e le 
teleconferenze, l aspetto fotorealistico Ł fondamentale. In contrasto un elevata 
accuratezza Ł richiesta per le applicazioni medicali. Possono essere distinti due 
differenti gruppi di metodi basati sulla fonte dei dati: il primo utilizza convertitori 
digitali, il secondo solo immagini. 
Fino ad oggi, la tecnica di misurazione piø popolare Ł la scansione laser; per 
esempio, la testa di scansione della Cyberware . Tu ttavia questi scanner sono costosi 
ed i dati sono normalmente disturbati, necessitando di un editing manuale. Un altra 
soluzione Ł offerta dai digitalizzatori a luce strutturata che sono normalmente composti 
da proiettori a strisce e da una o piø telecamere CCD. Questi possono essere utilizzati 
per la ricostruzione facciale con costi relativamente piø bassi rispetto ad i sistemi per la 
scansione laser. L accuratezza di entrambi i sistemi Ł soddisfacente per oggetti statici; 
tuttavia, il tempo di acquisizione richiesto per la scansione di un volto pu  variare da 
alcuni secondi a mezzo minuto a seconda del sistema utilizzato, in piø la persona deve 
rimanere immobile durante la misurazione. Questo non solo Ł un fastidio per il soggetto 
ma Ł anche una difficolt  per ottenere risultati di misura stabili. Infatti, anche quando il 
tempo di acquisizione Ł breve, la persona si muove leggermente involontariamente. 
Un approccio differente per la modellazione di volti usa le immagini come dati 
in ingresso. Varie tecniche basate sulle immagini sono state sviluppate. Esse possono 
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essere distinte attraverso il tipo di dati in ingresso utilizzati, per esempio un immagine 
singola, due immagini ortogonali, un set d immagini, sequenze video, immagini 
multiple acquisite in simultanea. 
Le tecniche di modellazione del volto parametriche partono da una singola 
immagine per generare un modello 3D completo del volto. Sfruttando le statistiche di 
un grande set d immagini, il modello del volto Ł ricostruito applicando dei metodi di 
classificazione di campioni. Il risultato Ł molto realistico, tuttavia la forma ricostruita Ł 
un approssimazione del volto reale e non pu  essere  utilizzata per misurazioni accurate. 
I modelli del volto computerizzati possono essere creati anche attraverso due 
visualizzazioni ortogonali. L intervento manuale Ł richiesto nel processo di 
modellazione per selezionare i punti nell immagine. ¨ un metodo semplificato per 
riprodurre modelli realistici di volti umani. Per risolvere questo problema alcune 
soluzioni lavorano in combinazione con dati acquisiti attraverso uno scanner laser. 
Un altro metodo basato sulle immagini consiste nell estrazione automatica del 
contorno della testa da un set d immagini acquisite attorno alla persona. I dati sono 
quindi combinati per formare un modello volumetrico della testa. Il set d immagini pu  
essere acquisito muovendo una telecamera singola attorno alla testa oppure con la 
telecamera fissa e la testa che gira. I sistemi sono veloci e completamente automatici, 
tuttavia l accuratezza dei metodi Ł bassa. 
I metodi basati sulle sequenze video usano tecniche fotogrammetriche per 
recuperare dati 3D da un immagine acquisita da video camere. Un generico modello di 
volto 3D Ł quindi deformato per essere adattato con i dati recuperati, che sono 
generalmente disturbati. Queste tecniche sono completamente automatiche ma possono 
ottenere risultati scarsi con volti dalle caratteristiche particolari o con altre importanti 
deviazioni dalla norma.  
Un  alta accuratezza delle misure di volti umani reali pu  essere raggiunta con 
soluzioni fotogrammetriche che combinano un minuzioso processo di calibrazione e 
l uso di camere CCD sincronizzate per acquisire simultaneamente immagini multiple. 
Per incrementare l  affidabilit  e la robustezza de i risultati alcune tecniche usano la 
proiezione di una texture artificiale sul volto. L alta accuratezza potenziale di questo 
approccio pu  tuttavia risultare un processo costos o. 
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2.3 Modellazione completa del corpo 
Negli ultimi anni, la domanda di modelli 3D di corpi umani Ł incredibilmente 
cresciuta. Le applicazioni includono medicina, biometria e la manifattura di oggetti 
specifici  su misura  di persone specifiche o di gr uppi di persone. Tuttavia allo stato 
attuale i campi dove i modelli 3D umani sono perlopiø utilizzati sono la realt  virtuale, 
l industria del cinema, l animazione pura ed i vide ogiochi. Questo si pu  spiegare  con 
l alto costo dell hardware richiesto ed il software  disponibili oggi. 
Due cose devono anche essere considerate: la trasportabilit  
dell equipaggiamento, la sua semplicit  d uso e l a ccuratezza e la risoluzione raggiunte 
dai modelli 3D per la realt  virtuale, l animazione  pura e i videogiochi, dove la forma 
del corpo umano Ł prima definita e poi animata, Ł richiesta solo una misurazione 
approssimativa. D altro canto, una misurazione precisa della superficie del corpo Ł 
richiesta in applicazioni mediche e manifatturiere, per esempio, nell industria 
aerospaziale per la progettazione di sedili e uniformi o piø generalmente 
nell abbigliamento o nell  industria automobilistic a. Per questi propositi sono stati 
sviluppati dei metodi per estrarre informazioni biometriche da un range di dati. 
Recentemente sono stati definiti database antropometrici; accanto all informazione sulla 
forma, essi possono contenere anche altri documenti sulla persona, che possono essere 
utilizzati per propositi commerciali o di ricerca. 
Gli approcci correntemente utilizzati per costruire detti modelli sono lo scanner 
laser, i metodi a luce strutturata, l estrazione dalla silhouette e la fotogrammetria. Gli 
scanner laser sono generalmente lo standard nella modellazione di corpi umani, a causa 
della loro semplicit  d uso, la competenza acquisit a ed il relativo mercato dei software 
di modellazione. I metodi a luce strutturata sono meglio conosciuti ed usati per 
misurazioni industriali per catturare la forma di parti di oggetti con un alta accuratezza e 
sono stati gi  applicati nella costruzione di scann er del corpo completo. Il tempo di 
acquisizione dati dei sistemi di scansione laser e di quelli a luce strutturata varia da 
alcuni secondi fino a mezzo minuto. Nel caso di modellazione di corpi umani questo 
pu  porre dei problemi all accuratezza causata dall a necessit  di una persona di 
rimanere immobile per alcuni secondi. 
I metodi basati sull estrazione della silhouette possono anche essere impiegati 
per le misurazioni del corpo completo. Camere multiple o una camera mobile singola 
sono utilizzate per acquisire un set d immagini attorno ad una persona. Un modello 3D 
grossolano Ł determinato dall intersezione delle superfici generate dalla silhouette della 
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persona e dal centro di proiezione di ciascuna immagine acquisita. Il sistema basato su 
telecamere multiple pu  anche misurare eventi dinam ici (per esempio una persona che 
compie alcuni movimenti); tuttavia non pu  essere r aggiunta un alta accuratezza. 
Combinando le silhouette estratte con dati stereo, alcuni risultati robusti possono essere 
raggiunti. 
Le soluzioni fotogrammetriche sono state usate con successo per la misurazione 
di parti umane e possono essere estese alla misurazione di tutta la superficie corporea. 
Telecamere multiple sincronizzate acquisiscono l immagine di una persona 
simultaneamente da differenti direzioni. Il metodo fotogrammetrico pu  misurare la 
superficie del corpo umano molto precisamente se la qualit  dell immagine acquisita Ł 
sufficiente. In questo caso, i movimenti involontari del soggetto non influiscono sulle 
misurazioni grazie all acquisizione simultanea di tutte le immagini; tuttavia non Ł 
richiesto di restare immobili e possono essere compiuti anche movimenti volontari. Il 
vantaggio principale di questo metodo rispetto agli altri sono l alta accuratezza 
potenziale, la possibilit  di misurare persone in m ovimento, ed il costo piø basso 
dell equipaggiamento richiesto. Lo svantaggio Ł il processo minuzioso. Soluzioni 
combinate adattano dei modelli complessi di corpi umani a dati estratti 
fotogrammetricamente da sequenze video. 
2.4 Motion capture 
I sistemi di motion capture sono utilizzati principalmente in due campi: 
nell animazione computerizzata per aumentare il livello di realismo digitalizzando i 
movimenti desiderati compiuti da un attore ed in biomeccanica per misurare il 
movimento delle articolazioni. I sistemi di motion capture possono essere suddivisi in 
tre gruppi maggiori: sistemi magnetici, ottici e meccanici. Differenti caratteristiche 
possono essere considerate per classificarli, per esempio accuratezza, tempo di 
processamento, metodo utilizzato, costi e trasportabilit  del sistema. 
I sistemi magnetici (per esempio Ascension , Polhem us  )usano sensori 
elettromagnetici connessi ad un computer che pu  pr ocessare i dati e produrre dati 3D in 
tempo reale. Il maggior vantaggio di questi sistemi Ł l accesso diretto ad i dati 3D senza 
un processamento complesso. Per questa ragione sono molto popolari nell animazione. 
Sono stati anche sviluppati sistemi senza cavo per risolvere lo svantaggio della limitata 
libert  di movimento dovuta al cablaggio.