CC BY
51
DOI 10.24411/9999-001А-2018-10011 УДК: [004+39]
А.В. Радзюкевич Новосибирский государственный университет архитектуры, дизайна и искусств (Новосибирск)
Опыт использования прикладных информационных технологий в сфере документирования форм объектов материальной культуры
Исследование выполнено в рамках проекта по гранту РФФИ №18-09-00469 «Новые методы в этнографии в информационную эпоху: оценка итогов и перспектив использования для исследования материальной культуры»
Аннотация
В статье представлены результаты практического использования некоторых новых технологий фиксации и документирования форм объектов материальной культуры. Обосновывается актуализация данного направления, связанная с отсутствием комплексного, междисциплинарного научного исследования. Приводится попытка систематизации знаний и прикладного опыта по данной теме. Высказывается предположение, что в ближайшее время придется пересматривать целый ряд стандартов по документированию объектов культурного наследия.
Ключевые слова: технологии фиксации и документирования форм объектов материальной культуры, объемное лазерное сканирование, фотограмметрия, облака точек
A.V. Radzyukevich Novosibirsk State University of Architecture, Design and Arts (Novosibirsk) [email protected]
Experience in the Use of Information Technology Management in the Field of Documentation of Forms of Material Culture Objects
Abstract
The article deals with the results of the practical use of some new technologies of fixation and documentation of forms of material culture objects. The significance of this direction, associated with the lack of comprehensive, interdisciplinary research is substantiated. An attempt to systematize knowledge and applied experience on this topic is given. It is suggested that in the near future it will be necessary to revise a number of standards for documentation of cultural heritage objects.
Key words: technologies of fixation and documentation of forms of material culture objects, 3D laser scanning, photogrammetry, point clouds
Глобальное внедрение информационных технологий во все сферы научной деятельности начинает оказывать кардинальное влияние на технологию фиксации и документирования объектов культурного наследия. Сравнительно недавно, в 2005 г., была успешно использована технология объемного лазерного сканирования формы римского Пантеона — сложнейшего по пластике памятника античной архитектуры . В результате сканирования были получены облака точек, которые позволяют формировать высокоточные по размерам чертежи фасадов, планов, разрезов как всего памятника, так и его элементов. Благодаря огромному количеству точек (почти полмиллиарда) количество таких фиксационных чертежей может быть огромным. С необходи-
мой точностью можно зафиксировать практически любой элемент поверхности памятника. Важно, что результаты измерений технологически объективны и не зависят от субъективных факторов.
В последующие годы были разработаны и апробированы новые методы фиксации форм объектов. Для их практического осуществления в первую очередь были использованы технические устройства и соответствующее программное обеспечение, используемые ранее в других сферах (геодезия, геофизика и т.д.). На сегодняшний день таких устройств и программ накопилось уже достаточно много. Научное осмысление этого процесса еще только начинается. Написано несколько диссертаций, в которых в той или иной степени освещаются особенности исполь-
зования новых технологий [Жеребятьев, 2013; Перес Вальдез, 2016; А1Ьегй, 2014; Saccone, 2017]. Новые технологии позволяют не только фиксировать геометрию любого, даже очень сложного участка поверхности объекта, но и с помощью неразрушающих методов определять геометрию внутренних пустот и разных по плотности сред. Особо следует отметить появившиеся возможности создания высококачественных визуализаций, позволяющих фиксировать практически любые изображения как поверхностей объектов, так и их внутренних сред. Исключительную важность представляет собой также возможности моделирования физических свойств конструкций объектов, позволяющие производить экспертные заключения о физическом состоянии объекта, о его устойчивости и распределении внутренних напряжений.
В России уже накоплен определенный опыт использования новых технологий. Несколько фирм используют объемное лазерное сканирования для фиксации памятников архитектуры и археологических объектов. Так, например, компанией ООО «Тримета-ри Консалтинг» (г. Санкт-. Петербург) и Институтом археологии и этнографии СО РАН (г. Новосибирск) были произведены работы по лазерной съемке и 3D-моделированию объекта «Денисова пещера», а также найденных на месте микроартефактов [Ани-кушин и др.]. Этой же компанией в сотрудничестве с Институтом истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН (г. Москва) произведены работы по лазерной съемке и 3D-моделированию памятника архитектуры «Шуховская башня» [Аникушин, Леонов]. Научно-производственное предприятие «Фотограмметрия» (г. Санкт-Петербург) также имеет большой опыт как сканирования форм памятников архитектуры, так и создания качественных программных продуктов и технологий [Портфолио]. По практическому использованию новых технологий написан целый ряд научных статей, из которых следует отметить следующие: [Талапов, 2015; Радзюке-вич и др., 2012]. Тем не менее в России до сих пор нет комплексного, междисциплинарного научного исследования данной проблемы и нет методик практического использования новых технологий для документирования и информационного моделирования форм объектов и предметов культурного наследия. В связи с этим актуальным представляется проведение научного исследования по систематизации знаний, накопленных в этом направлении прикладных информационных технологий. Проводимые нами на протяжении нескольких последних лет исследования дают возможность провести некоторую предварительную систематизацию изученного материала.
В первую очередь перечислим используемые методы фиксации форм объектов:
1) метод объемного лазерного сканирования объектов культурного наследия;
2) метод стереофотограмметрии с использованием наземных фотографических съемок и съемок с БПЛА;
3) В1М-моделирование памятников архитектуры;
4) метод прототипирования и макетирования объектов в материале;
5) метод георадиолокации.
Фиксируемые объекты культурного наследия можно классифицировать по размерам:
1) крупные объекты (памятники ландшафтной архитектуры, архитектурные ансамбли, улицы, памятники садово-паркового искусства, пещеры и т.д.), имеющие протяженность по шкале сотен метров;
2) средние объекты (памятники архитектуры, зоны археологических раскопок и т.д.), имеющие протяженность по шкале десятков метров;
3) маленькие объекты (элементы архитектурного декора, скульптура, барельефы, горельефы и т.д.), имеющие протяженность по шкале метров;
4) микрообъекты (ювелирные украшения, монеты, инструменты, хозяйственный инвентарь и т. д.), имеющие протяженность по шкале сантиметров.
Полученные результаты фиксации и документирования форм и свойств объектов можно представить в виде геометрических, физических или информационных моделей.
Используемые для проведения работ технические устройства и программные средства, применяемые для построения моделей, обобщенной представлены в таблице 1.
Полученные с помощью новых технологий продукты (облака точек, ортофотопланы, чертежи и т.д.) имеют настолько высокий уровень детализации и точности, что, по нашему мнению, должны повлиять на содержание имеющихся стандартов документирования объектов материальной культуры. Так, например, в Федеральном законе от 25.06.2002 № 73-Ф3 (ред. от 29.12.2017) «Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов Российской Федерации» для описания формы объекта культурного наследия должно использоваться только фотографическое изображение. Очевидно, что в случае утери объекта такого объема информации будет совершенно недостаточно для его восстановления. Кроме того, в стандарте «Сохранение объектов культурного наследия. Термины и определения» (ГОСТ Р 56891.2-2016) в пункте 2.65 прописан даже термин «технология информационного моделирования сооружений (BIM)». Принят также ГОСТ Р 57310 «Моделирование информационное в строительстве. Руководство по доставке информации. Методология и формат». Однако никаких пояснений и норм по созданию BIM объектов культурного наследия пока нет. Представляется, что в этом направлении предстоит большая работа по разработке и апробации новых методик и технологий.
Основой для проведения прикладных научных исследований по обозначенной тематике может стать определенный опыт работы группы ученых, работающих в настоящее время в рамках гранта РФФИ №18-09-00469 «Новые методы в этнографии в информационную эпоху: оценка итогов и перспектив использования для исследования материальной культуры». В частности, совместно с Управлением по государственной охране объектов культурного наследия Новосибирской области под руководством автора статьи было проведено объемное лазерное сканирование четырех объектов (кирпичные и деревянные памятники архитектуры):
1) собор Святой Живоначальной Троицы (р.п. Колывань, Колыванский район Новосибирской области);
2) церковь Святой Троицы (с. Мохнатый Лог, Краснозёрский район Новосибирской области);
3) церковь во имя Святого Равноапостольного царя Константина и царицы Елены (с. Константинов-ка Татарского района Новосибирской области);
4) дом жилой и контора управляющего Сузунским медеплавильным заводом (р.п. Сузун, Сузунский район Новосибирской области).
По всем этим объектам были получены файлы с облаками точек, которые были преобразованы в обмерные чертежи для проектов реставрации.
Накоплен также определенный опыт по выполнению наземного лазерного сканирования таких объектов, как:
1) Покровская церковь в Филях (г. Москва), совместно с МИИГАиК и СГУГиТ;
2) храм во имя Александра Невского (г. Новосибирск), совместно с СГУГиТ;
3) церковь Спаса Нерукотворного образа из За-шиверского острога (находящаяся в Историко-ар-хитектурном музее под открытым небом ИАЭТ СО РАН, г. Новосибирск), совместно с ООО «ГЕКСАГОН ГЕОСИСТЕМС РУС», «Триметари Консалтинг» и ИАЭТ СОРАН.
По всем объектам имеются облака точек высокого качества разрешения. В частности, по Зашивер-ской церкви облако насчитывает почти 500 миллионов точек.
В рамках диссертационной магистерской работы В. Кулиева (НГУАДИ, рук. А.В. Радзюкевич) была апробирована технология создания 3D-моделей и выполнение прототипа в материале на станке с ЧПУ на примере деревянных оконных наличников начала ХХ в. В магистерской работе О.В. Медведевой (НГА-СУ, рук. А.В. Радзюкевич) была сделана попытка создания паспортов фасадов памятников архитектуры на основе метода стереофотограмметрии.
Исключительно перспективным представляется направление деятельности по формированию баз данных о формах объектов культурного наследия с последующим их выставлением в сети в открытом доступе. Прекрасно зарекомендовал себя опыт создания электронных библиотек и архивов. Начинают создаваться электронные архивы 3D-моделей. Так, например, на сайте sketchfab.com, который является крупнейшей в мире платформой для публикации 3D-контента, содержатся уже десятки тысяч тексту-рированных полигональных моделей, большинство из которых содержат информацию о формах объектов материальной культуры (памятники архитектуры, ландшафтные объекты, фрагменты исторических улиц, скульптуры, барельефы, горельефы, ювелирные украшения, предметы мебели и т.д.). Очевидно, что некоторые объекты, обладающие очень сложной пластикой, например горельефы, можно зафиксировать только методом объемного сканирования. На сайте repository.edition-topoi.org также собрана большая коллекция облаков точек, фиксирующих формы наиболее выдающихся памятников архитектуры (Пантеон в Риме, храм Софии в Константинополе и т.д.) и целого ряда археологических объектов античности. Все эти материалы открыты для скачивания, что является новым, исключительно удобным форматом хранения информации, необходимой для проведения научных исследований. Представляется, что данную технологию необходимо использовать для создания электронных архивов 3D-моделей,
фиксирующих формы отечественных объектов материальной культуры. В первую очередь это необходимо сделать для сохранившихся памятников архитектуры и имеющихся музейных коллекций, что важно для развития этнографии.
Список литературы
1. Аникушин М.Н., Бобков А.Е., Леонов А.В. Создание виртуальной 3D-модели Денисовой пещеры на Алтае // Trimetari Consulting [Электронный ресурс]. — URL: http://trimetari.com/ru/proekty/sozdanie-virtualnoj-3d-modeli-denisovoj-peshhery-na-altae.
2. Аникушин М.Н., Леонов А.В. Лазерное сканирование и 3D-моделирование Шуховской башни на Ша-баловке // Trimetari Consulting [Электронный ресурс]. — URL: http://trimetari.com/ru/proekty/lazernoe-skanirovanie-i-3d-modelirovanie-shuhovskoj-bashni-na-shabolovke
3. Жеребятьев Д.И. Методы исторической реконструкции памятников истории и культуры России средствами трёхмерного компьютерного моделирования: дис. ... канд. ист. наук. — М., 2013. — 319 с. [Электронный ресурс]. — URL: http://www.dissercat. com/content/metody-istoricheskoi-rekonstruktsii-pamyatnikov-istorii-i-kultury-rossii-sredstvami-trekhmer
4. Перес Вальдез Мануэль де Хесус. Разработка и исследование фотограмметрической технологии обмеров архитектурных и исторических сооружений по материалам плановой и перспективной аэрофотосъемки: дис. ... канд. техн. наук. — М., 2016. — 117 с. [Электронный ресурс]. — URL: http://www.miigaik. ru/upload/iblock/1f0/1f0f6d5b283e77b083e5d2186f276 4cc.pdf.
5. Портфолио // Научно-производственное предприятие «Фотограмметрия» [Электронный ресурс]. — URL: http://photogrammetria.ru/portfolio/
6. Радзюкевич А.В., Чернова М.А., Середович А.В. Технология лазерного сканирования и пропорци-анального анализа форм памятника архитектуры (на примере храма Александра Невского в Новосибирске (Новоникоолаевске) // Architecture and Modern Information Technologies. — 2012. — № 2 (19) [Электронный ресурс]. — URL: http://www.marhi.ru/ AMIT/2012/2kvart12/radzjukevich/radzjukevich.pdf.
7. Талапов В.В. О некоторых закономерностях и особенностях информационного моделирования памятников архитектуры // Architecture and Modern Information Technologies. — 2015. — № 2 (31) [Электронный ресурс]. — URL: http://www.marhi.ru/ AMIT/2015/2kvart15/talapov/abstract.php.
8. Alberti Licina. Pantheon y Clasicas Romanas: Geometria y Construccion. Tesis Doctoral. — Madrid: Universidad Politecnica de Madrid, 2014. — 535 p.
9. Saccone Mauro. Disegnare il Pantheon. La pratica del rilievo nell'insegnamento accademico del XIX secoloe nel disegno digitale contemporaneo. — Roma: Universita degli Studi Roma, 2017. — 324 p.
Таблица 1
Направления использования прикладных информационных технологий в сфере документирования форм и материалов объектов материальной культуры
№№ Сферы деятельности Используемые технические средства Используемое программное обеспечение Создаваемые продукты Сфера применения полученного продукта
1 Фиксация формы поверхности объекта Объемные лазерные сканеры, 3D-сканеры, БПЛА ScanIMAGER, PhotOlMAGER, Agisoft, Leica Cyclone, CloudCompare и т.д. Облака точек, текстурированные полигональные поверхности, ортофо-топланы, обмерные чертежи Научные исследования, базы данных, образование, музейное дело, паспорта фасадов, планы раскопок и т.д.
2 Фиксация внутренней структуры конструкций Георадары, компьютер GeoPointer X, GailaSpectrum, Geoscan 32 и т.д. Сплошные 3D-модели форм Экспертиза по выявлению внутренних пустот и деформаций
3 Геометрическое моделирование Компьютер 3DsMax, AutoCAD, Blender, SketchUp и т.д. 3D-модели, тек-стурированные полигональные поверхности Научные исследования, базы данных, образование, музейное дело, проекты реставрации и т.д.
4 Физическое моделирование Компьютер SoludWorks - Cosmos Simulation, Ansis и т.д. Экспертные заключения Экспертиза состояния конструкций
5 Информационное моделирование Компьютер Revit, Allplan-Allplot и т.д. В1М-модели Реставрация, управление, эксплуатация и т.д
6 Прототипирова-ние в материале 3D-принтеры, станки с ЧПУ Cura, Match3, NC system, RepetierHost и т.д. Копии объектов в материале, макеты Музейное дело, реставрация и т.д.
