RICERCA ITALIANA     

SHALOM :Sviluppo di tecHniche e metodi innovAtivi per l'anaLisi e la
sintesi di fOrme geoMetriche

Abstract

L’obiettivo del progetto SHALOM è lo studio di metodi innovativi per l’analisi e la sintesi di forme geometriche (dette digital shape), che costituiscono la struttura fondamentale dei media di tipo visuale.
Con forma geometrica o shape si intende, infatti, ogni oggetto digitale, che possiede un’apparenza visuale ed esiste in uno spazio di dimensione pari o maggiore di due. Immagini, disegni, oggetti 3D, video, animazioni, sono esempi di shape. Le forme digitali sono utilizzate in numerosi contesti applicativi quali progettazione industriale, applicazioni biomediche, attività d’intrattenimento, monitoraggio ambientale, rappresentazione del patrimonio culturale, e altre ancora. Grazie all’evoluzione delle tecnologie hardware e software per l’acquisizione e la visualizzazione dell’informazione correlata alle forme digitali, e a causa dell’incremento del numero di applicazioni che richiedono forme sempre più accurate e complesse, stiamo assistendo ad una esplosione di modelli che non riescono ad essere rappresentati con la necessaria completezza e concisione, né ritrovati negli archivi esistenti. I nuovi problemi che si pongono richiedono soluzioni efficaci ed efficienti sia per la memorizzazione e il ritrovamento dell’informazione, sia per le operazioni di modellazione e analisi, che impongono trasformazioni di rappresentazione, estrazione di caratteristiche salienti, ricostruzione di forme da dati complessi, eccetera.

Le attività proposte dal progetto SHALOM intendono rispondere ad alcune di queste richieste integrando attività di ricerca complementari dei tre laboratori coinvolti, per proporre soluzioni generali a problemi attualmente risolti in modo parziale o settoriale.

I gruppi coinvolti nel progetto SHALOM occupano un posto di rilievo nel panorama della ricerca internazionale, e possiedono forti competenze e notevole esperienza in aspetti complementari dell’ analisi e sintesi di forme geometriche. Questi gruppi hanno iniziato a collaborare recentemente su questi temi, e il progetto SHALOM è finalizzato sia al potenziamento delle attività di cooperazione scientifica avviate sia all’attivazione di nuove collaborazioni su tematiche correlate.

Per quanto riguarda l’obiettivo scientifico generale del progetto, questo è stato scomposto in sotto obiettivi specifici, che corrispondono alle attività principali dei gruppi coinvolti quali: lo sviluppo di tecniche innovative per il confronto, il ritrovamento e la costruzione di forme digitali, la definizione di nuovi metodi di modellazione di forme mediante composizione di parti, il trattamento di deformazioni discontinue in superfici naturali, la rappresentazione di forme geometriche a differenti livelli di risoluzione, la rappresentazione implicita di forme statiche e dinamiche, la rappresentazione combinatorica di forme geometriche multi-dimensionali.

Il progetto curerà in modo particolare la formazione di giovani ricercatori (post-doc e dottorandi), mediante l'attribuzione di borse di studio, assegni o contratti. Inoltre è previsto un grosso impegno in attività di disseminazione dei risultati, mediante l’organizzazione di scuole di specializzazione, di workshop e altri eventi congiunti internazionali, aperti anche a persone che operano nel mondo dell'industria, in settori di ricerca e sviluppo interessati a tematiche affini a quelle del progetto.

Il progetto SHALOM è supportato ed approvato dalle Istituzioni di appartenenza dei Partner proponenti. In particolare il coordinatore di Technion, professor Gill Barequet, ha già fatto pervenire una lettera di intenti, che certifica l’adesione al progetto e garantisce l’assegnazione delle risorse indicate in caso di approvazione. Anche il vicepresidente per la Ricerca del Technion, professor Moshe Eizemberg, ha inviato una lettera di impegno e di appoggio all’iniziativa. Questa documentazione di supporto verrà allegata alla documentazione cartacea che verrà spedita al MIUR successivamente. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Bianca FALCIDIENO, CNR

Obiettivo del Finanziamento

Con forma digitale, o shape, si intende ogni oggetto digitale, che possiede una apparenza visuale ed esiste in uno spazio di dimensione pari o maggiore di due: immagini, disegni, oggetti 3D video, animazioni, sono esempi di shape. Le forme digitali sono rappresentazioni sia di oggetti realmente esistenti, sia di entità virtuali che possono essere processate da programmi. Le forme digitali sono utilizzate in numerosi contesti applicativi quali: la progettazione industriale, (per esempio i modelli CAD, i prototipi originati da scansioni digitali), le applicazioni mediche e biomediche (tomografie, immagini radiologiche, ecografie, simulazioni di analisi invasive, ecc.), le attività di intrattenimento (animazioni, attori virtuali, videogiochi), il contesto personale (fotografie, video ), la rappresentazione del territorio ed il monitoraggio (mappe geografiche, modelli 3D, rappresentazione e simulazione di eventi atmosferici), la catalogazione e la rappresentazione del patrimonio culturale (costruzione di archivi, musei virtuali, ricostruzioni storiche, ecc.), e molte altre ancora.

Il concetto di forma digitale comprende quindi ogni istanza di un oggetto che può essere rappresentato in un contesto digitale, espresso in qualunque formato e utilizzato per qualunque applicazione con la sola condizione che abbia una natura geometrica, vale a dire che sia caratterizzato da proprietà geometriche, quali dimensioni, posizione, e altre caratteristiche.

Grazie all’evoluzione delle tecnologie hardware e software per l’acquisizione e la visualizzazione dell’informazione correlata alle forme geometriche, e all’incremento del numero di applicazioni, che richiedono forme digitali sempre più accurate e complesse, stiamo assistendo ad una vera esplosione di modelli, che non riescono ad essere rappresentati con la necessaria completezza e concisione, né ritrovati negli archivi esistenti. I nuovi problemi che si pongono richiedono soluzioni efficaci ed efficienti sia per la memorizzazione e il ritrovamento dell’informazione, sia dal punto di vista delle operazioni di modellazione e analisi che impongono trasformazioni di rappresentazione, estrazione di caratteristiche salienti, ricostruzione di forme da dati complessi, eccetera.

E’ dunque evidente quale importanza abbiano assunto i metodi per l’analisi e la sintesi di forme digitali nei diversi contesti applicativi, i quali tengano conto della complessità di questi dati. Queste realtà hanno sviluppato nel corso degli anni teorie e soluzioni piuttosto differenti, con il risultato che problemi simili vengono affrontati in modo molto differente e con proposte alquanto dissimili. Recentemente queste aree di ricerca hanno cominciato però a diventare sempre più interconnesse e correlate, grazie anche alla crescente complessità delle applicazioni che richiedono soluzioni multidisciplinari per ottenere risultati significativi nella memorizzazione, rappresentazione, ed elaborazione di dati di tipo shape.

I gruppi coinvolti nel progetto SHALOM hanno forti competenze e notevole esperienza in aspetti complementari nel generale contesto della analisi e sintesi di forme geometriche e recentemente hanno iniziato a collaborare su questi temi tra di loro e con altri centri di ricerca internazionali.
Il gruppo di ricerca dell’IMATI (Shape Modelling Group) è attivo sin dal 1980 nei settori della modellazione di forme geometriche, della matematica computazionale e della grafica. Nell’ambito della sua attività ha sviluppato metodi e modelli innovativi in questi settori con applicazioni alla progettazione e alla produzione industriale e ai sistemi informativi geografici. Ultimamente l’attività si è orientata ad allargare gli orizzonti della modellazione tradizionale con la definizione di nuove rappresentazioni e processi in grado di codificare ed elaborare anche l’aspetto semantico delle forme digitali. Il gruppo coordina e gestisce progetti europei e italiani e organizza regolarmente conferenze e workshop internazionali su questi temi. I ricercatori dell’IMATI coinvolti sono: Bianca Falcidieno, Michela Spagnuolo, Franca Giannini, Silvia Biasotti, Simone Marini, Giuseppe Patané.

Il gruppo di Modellazione Geometrica e Grafica Computazionale presso il Dipartimento di Informatica e Scienze dell'Informazione (DISI) e' attivo dal 1990 nei settori della modellazione geometrica e solida, della grafica computazionale e dell'elaborazione di dati spaziali. Le attivita' di ricerca attuali del gruppo riguardano la modellazione geometrica multirisoluzione, la modellazione e visualizzazione di campi scalari multidimensionali, la ricostruzione di forme e la rappresentazione di griglie multidimensionali. Applicazioni di riferimento per tali attività sono la visualizzazione scientifica, la realtà virtuale, l’analisi ad elementi finiti e l'elaborazione di dati geografici. I ricercatori del DISI coinvolti sono: Leila De Floriani, Enrico Puppo, Paola Magillo, Laura Papaleo ed Emanuele Danovaro.

Dalla sua costituzione, il Center for Graphics and Geometric Computing (CGGC)di del dipartimento di Computer Science del Technion è attivo in tutte le aree di ricerca che coinvolgono l’elaborazione dell’informazione geometrica. L’attività del gruppo copre una vasta area di ricerca, dagli aspetti più teorici della geometria discreta, combinatoria e computazionale a quelli orientati alle applicazioni quali la modellazione solida, l’elaborazione di mesh, la grafica e la visualizzazione per arrivare ad aree decisamente applicative come la prototipazione rapida, il trattamento delle immagini mediche, e l’elaborazione di informazioni geometriche in internet. Il gruppo gestisce diversi progetti di ricerca con l’industria e tiene regolarmente seminari su base settimanale e conferenze annuali. I ricercatori del Technion coinvolti sono: Gill Barequet, Gershon Elber, Anath Fisher, Craig Gotsman, Ayellet Tal.

Il progetto proposto è dunque finalizzato al potenziamento delle attività di cooperazione scientifica avviate e anche all’avvio di nuove collaborazioni su tematiche correlate.
L’obiettivo scientifico della collaborazione è di studiare metodi innovativi per l’analisi e la sintesi di forme geometriche integrando attività di ricerca complementari dei tre laboratori coinvolti, per proporre soluzioni generali a problemi attualmente risolti in modo parziale o settoriale.

In particolare l’obiettivo scientifico è stato scomposto in sotto obiettivi specifici, che corrispondono alle attivita’ principali dei gruppi coinvolti quali lo sviluppo di tecniche innovative per il confronto, il ritrovamento e la costruzione di forme digitali, la definizione di nuovi metodi di modellazione di forme mediante composizione di parti, il trattamento di deformazioni discontinue in superfici naturali, la rappresentazione di forme geometriche a differenti livelli di risoluzione, la rappresentazione implicita di forme statiche e dinamiche, la rappresentazione combinatorica di forme geometriche multi-dimensionali

Obiettivo altrettanto prioritario del progetto sarà la formazione, attraverso il coinvolgimento di giovani ricercatori (post doc e dottorandi), mediante l'attribuzione di borse di studio, assegni o contratti. Verranno promosse scuole di specializzazione internazionali, organizzate durante il periodo del progetto, aperte anche a persone che operano nel mondo dell'industria e del sociale, in settori di ricerca e sviluppo interessati a tematiche affini a quelle del progetto.

Infine, grazie all’organizzazione di workshop ed eventi congiunti, verrà anche perseguito l'obiettivo di trasferire le conoscenze così sviluppate a settori di ricerca che possano trarre vantaggio dallo sviluppo di competenze e di strumenti di analisi, modellazione, trattamento e visualizzazione di forme digitali, quali l'ingegneria medica, la simulazione ambientale, la progettazione industriale e manifatturiera, la robotica e i beni culturali.<<<

Durata

36 mesi