CC BY
212
Вестник Омского университета. Серия «Исторические науки». 2016. № 4 (12). С. 124-127.
УДК 902.03
Х. Шуберт
3Д-ФОТОГРАММЕТРИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ БПЛА В ПРОЦЕССЕ АРХЕОЛОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ*
Технологический прогресс в области Structure from Motion (SfM) и лёгких БПЛА сделал их доступными для широкого круга пользователей. Технико-методический союз данных направлений открывает новые горизонты в археологических полевых исследованиях. Основанная на применении БПЛА 3D-фотограмметрия оказалось надёжным и эффективным методом, обеспечивающим высококачественную фиксацию объектов, облегчающую их документирование и интерпретацию. Несмотря на то что «обычные» методы всё ещё преобладают в полевой археологии, преимущества работы с документацией, полученной новым способом, уже оценены исследователями. В статье мы рассматриваем несколько примеров, подкрепляющих данное заявление. Они позволят составить общее мнение об основных шагах развития цифровых технологий в археологии, корректирующих её развитие.
Ключевые слова: БПЛА; Structure from Motion (SfM); археология; фотограмметрия; полевые исследования.
Ch. Schubert
MULTICOPTER-BASED 3D PHOTOGRAMMETRY IN ARCHAEOLOGY
Recent progress in Structure from Motion (SfM) as well as the field of lightweight UAVs made both technologies available for a wide range of users. Combined, they allow new ways in archaeological documentation. UAV-based 3d photogrammetry has proven to be a reliable, effective method providing high quality data. Although conventional methods still predominate, regular documentation work already succeeded the stage of case-studies. Presenting few examples, we outline possible applications. These and other projects allow for a brief outlook on the next steps to take in order to make full use of the potential that digital 3d models of archaeological sites provide for present and future research.
Keywords: UAV; Structure from Motion (SfM); archaeology; photogrammetry; field researches.
Фотограмметрия как метод документирования известен в археологии уже давно. В повседневной работе археолог часто обращается к варианту, позволяющему проведение исследований в режиме 2Б по оцифрованному снимку или фотоплану. Также есть возможность использования различных приложений, работа которых основана на обработке стереопар и групп снимков, обеспечивающих получение изображения в трёхмерном пространстве. Стремительно возрастающая производительность современных ком-
пьютеров удовлетворяет требованиям цифровой 3Б-фотограмметрии, развивающейся в последние два десятилетия. В программном приложении "Structure from Motion" (SfM) на основе групп перекрывающихся рабочих снимков объекта стало возможным получение его 3Б-модели [1]. При работе с большими площадями необходимо обращение к снимкам, сделанным с воздуха с небольшой высоты. В данном случае археологи полагаются на технические достижения последних лет. Мультикоптеры - управляемые
* Перевод с немецкого языка на русский И. В. Шмидт (доцент ТиМК СГФ, сотрудник лаборатории археологических исследований и экспертиз ОмГУ), консультация Л. В. Быкова (канд. техн. наук, доцент Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина).
© Шуберт Х., 2016 124
ЗД-фотограмметрия с применением БПЛА в процессе археологического исследования
на расстоянии летательные аппараты - являются платформой для камеры и позволяют получить относительно недорогие снимки археологических площадей с воздуха [2; 3].
С 2013 г. у археологического ведомства Саксонии в эксплуатации находится квадро-коптер модели DJI Phantom, оснащённый камерой GoPro Hero3 Black. Дополнительно к аппаратуре подключается распределитель видеосигнала, позволяющий получать оперативный вид площади, над которой пролетает устройство. Обработка полученных видеоматериалов (для получения 3D-модели по полученным снимкам) проводится в программном приложении "PhotoScan" фирмы Agisoft. В течение двух лет работы по данной стратегии технические устройства и программное приложение зарекомендовали себя самым положительным образом [4].
Благодаря 3Б-моделям можно получить чрезвычайно детальные снимки объектов (ОгШорЬо1;о8) с комплексной геометрией, которые отличаются точностью масштаба и реалистичностью документирования, когда, к примеру, речь идёт о каменных кладках стен, требующих огромных временных затрат на составление планов «от руки». Это в ряде случаев позволяет отказаться от последних. В качестве подтверждения данного тезиса приведём снимки, сделанные в ходе раскопок руин замка в Плауэне [5]. При работе на данном объекте, помимо принятого порядка археологического документирования, с помощью квадрокоптера удалось получить точную, «до последнего камня в кладке» 3Б-модель сохранившейся «Красной башни» (рис. 1).
Рис. 1. «Замок Фёгте» в Плауэне (юго-западная Саксония). Ортофотоплан большой площади раскопок
в северном дворе замка и Красной башни
Нельзя не упомянуть и о возможности получения топографических снимков археологических памятников с использованием данной летательной техники. К примеру, топографические снимки раннесредневекового крепостного вала из Цшайца [6] (рис. 2).
Использование мультикоптера было результативно и летом 2015 г. при проведении археологических исследований ОмГУ
им. Ф. М. Достоевского на Черноозерской гриве (Саргатский район Омской области). Из 239 снимков, полученных с воздуха, удалось собрать ортофотоплан, снять рельеф и, на основании этого, уверенно рассуждать как о расположении раскопов предыдущих лет исследований (второй половины ХХ в., 1970-х гг.), так и о современных шурфах (рис. 3).
X. Шуберт
Рис. 2. Возвышенность замка Цшайц (Центральная Саксония). Ортофотоплан с горизонталями плато замка (на снимке хорошо заметна часть вала с расположенным впереди котлованом)
О
-50
-100
-150
-200
-250
Рис. 3. Ортофотоплан Черноозерской гривы с высотными линиями, передающими специфику рельефа 126
3Д-фотограмметрия с применением БПЛА в процессе археологического исследования
Базирующаяся на 3Б-фотограм-
метрия делает возможным детализованное и корректное документирование любой поверхности со сложной геометрией, и, что необходимо особенно отметить, фотофиксация больших площадей происходит чрезвычайно быстро, в максимально сжатые сроки. Правда, в противовес упомянутой скорости съёмки, пользователи должны помнить о больших временных затратах на обработку цифровых снимков и о том, что последние фазы работы по техническим причинам обычно проходят в удалении (в рабочем кабинете) от мест раскопок. Данные обстоятельства необходимо принимать в расчёт заранее - получение качественной документации всё же требует времени. Факторами, ограничивающими распространение данной стратегии работы, являются затруднения, связанные с получением и анализом 3Б-моделей. Программы, рассчитанные на работу с ними, остаются дорогостоящими и не всегда высокооперационными.
Поэтому по-прежнему в работе археологов актуальны 2Б-ортофотопланы, до тех пор пока, например, не возникает необходимости занесения в документацию точных границ объекта. Для того чтобы информационный потенциал полученных данных можно было надлежащим образом использовать, необходимо скоординировать программные установки в самой создаваемой 3Б-модели. Особенно это касается развивающейся 3Б-ГИС, с помощью которой отдельные модели могут быть связаны с археологическими объектами (с которых они происходят) и общей базой данных находок, интегрированной в ГИС, что, конечно же, является делом ближайшего будущего. Пока же приходится довольствоваться дорогостоящими и не всегда удовлетворяющими возможный спектр археологических потребностей программными приложениями наподобие "АгеОК".
Помимо прочего, определённого внимания разработчиков требуют вопросы, связанные с потребностью долговременной архивации получаемых данных. Ввиду стремительного развития технологий в рассматриваемой программной сфере вопросы продолжительного хранения архивных данных особенно актуальны из-за столь же стремительного устаревания их изначальных форматов [7]. Им необходимо обеспечить актуальное со-
стояние, что, вследствие стремительной программной эволюции, непросто сделать, а также предусмотреть место для хранения информации, обычно значительное по объёму.
Большой спрос в настоящее время имеют как программа SfM, так и мультикоптеры, что ускоряет их техническое развитие. С апреля 2015 г. доступно, к примеру, третье поколение Phantom DJI, в котором функционально «родными» являются как камера, так и устройство видеопередачи. Всё больше конкурирующих продуктов выходит на рынок. В программном обеспечении SfM появляются функции, известные в приложениях "PhotoScan", "Pix4D", "Acute3D" и "Photo-Modeler", позволяющие достигнуть новых высот качества обработки исходных данных, как в новом многообещающем приложении "CapturingReality" [8].
Развитие в области цифровой трёхмерной документации раскопок в ближайшее время продвинется вперёд. Станут ли эти новшества рассматриваться в качестве стандарта - покажет время.
ЛИТЕРАТУРА
1. Verhoeven G. et al. Undistorting the Past: New Techniques for Orthorectification of Archaeological Aerial Frame Imagery // Good Practice in Archaeological Diagnostics. Non-invasive Survey of Complex Archaeological Sites / ed. by C. Corsi, B. Slapsak, F. Vermeulen. - [S. l.] : Springer,
2013. - P. 31-67.
2. Eisenbeiss H. UAV Photogrammetry : A dissertation submitted to ETH ZURICH for the degree of Doctor of Sciences. - Zürich : ETH, 2009. -203 p.
3. Nex F., Remondino F. UAV for 3D Mapping Applications: A Review // Applied Geomatics. -
2014. - № 3. - P. 1-15.
4. Schubert Ch. Multicopters - an Everyday Documentation Tool for Archaeologists? // Proceedings of CHNT19: 19th International Conference on Cultural Heritage and New Technologies 2014. - [S. l.] : Wien, 2015. - 14 p.
5. Wicke J. et al. Das Schloss der Vögte in Plauen // Archaeo. - 2014. - № 11. - S. 4-15.
6. Bens S. et al. Zukunft für ein bedeutendes archäologisches Kulturdenkmal - der Burgberg Zschaitz // Ausgrabungen in Sachsen - Arbeitsund Forschungsberichte zur sächsischen Bodendenkmalpflege. - 2012. - Beiheft 24/92. -100 S.
7. Bennet M. J. Evaluating the Creation and Preservation Challenges of Photogrammetry-Based 3D Models // Archiving Conference. - 2015. -№ 1. - P. 78-82.
8. CapturingReality. - URL: www.capturingreality.com.
