CC BY
15ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В КУЛЬТУРЕ И ОБРАЗОВАНИИ. ТЮТЮННИК В.М., ВОЙТИН А.О. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ СОХРАНЕНИЯ И ВИРТУАЛИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ МАТЕРИАЛЬНОГО НАСЛЕДИЯ КУЛЬТУРЫ
Разработан и описан организационно-технологический механизм (три основных этапа) сохранения и виртуализации объектов материального культурного наследия различных структур, базирующийся на основных положениях музеологии, практических наработках музейного дела, учитывающий законодательные акты РФ и регулирующие документы международного уровня (UNESCO, ICOM), а также на разработанных нами моделях трёхмерной виртуализации. Описанный организационно -технологический механизм внедрён в музейные организации.
Ключевые слова: объект материального наследия культуры, архив, музей, библиотека, виртуализация, организационно-технологический механизм.
TYUTYUNNIK V.M., VOYTIN A.O.
ORGANIZATIONAL AND TECHNOLOGICAL MECHANISM PRESERVING AND VIRTUALIZING OBJECTS MATERIAL HERITAGE OF CULTURE
An organizational and technological mechanism (three main stages) for the preserving and virtualizing objects material cultural heritage of various structures, based on the main provisions of museology, practical developments of museum business, taking into account legislative acts of the Russian Federation and regulatory documents of international level (UNESCO, ICOM), as well as on the models of three-dimensional virtualization developed by us, has been developed and described. The described organizational and technological mechanism is implemented in museum organizations.
Key words: object of material heritage of culture, archive, museum, library, virtualization, organizational and technological mechanism.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В КУЛЬТУРЕ И ОБРАЗОВАНИИ. ТЮТЮННИК В.М., ВОЙТИН А.О. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ СОХРАНЕНИЯ И ВИРТУАЛИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ МАТЕРИАЛЬНОГО НАСЛЕДИЯ КУЛЬТУРЫ_
Традиции охраны объектов культурного наследия в России имеют давнюю историю. В ходе проведения исследования нами рассмотрено понятие культурного наследия, проанализирован его состав, регламентирующие документы Российской Федерации и международных организаций UNESCO, ICOM [1].
В процессе исследования предметной области установлено, что наиболее полно сформированным традиционным способом сохранения объектов культурного наследия является создание музейных организаций
различных типов. При таком подходе формируется структура объектов культурного наследия, упорядоченная тематически (коллекции, экспозиции, лекционный материал на их основе) и иерархически (объекты культурного наследия располагаются с учётом своего масштаба и отношений друг к другу). Такая структура оптимально подходит под задачи интеграции информационных массивов объектов культурного наследия в виртуальную среду с целью их сохранения и актуализации (рис.1) [1].
Традиционные механизмы сохранения и представления (актуализации) объектов материального культурного наследия, используемые в музейных организациях, до сих пор сохраняют ряд недостатков: низкий уровень внедрения современных информационных технологий, слабое информационное взаимодействие между организациями сходного типа, затруднённый обмен коллекциями, ограничение расстоянием для натурного представления объектов материального культурного наследия конечному пользователю, отсутствие оперативного взаимодействия с другими информационными массивами и др.
Классический механизм сохранения объекта материального культурного наследия в упрощённом виде выглядит следующим образом: материальный объект, имеющий культурную ценность, изымается из среды бытования и помещается в музейную среду. При таком подходе опасность повреждения или уничтожения объекта в музейной среде минимизируется для одних угроз, но сохраняется для других, к примеру: угроза природных катастроф сохраняется полностью, а влияние временного и антропогенного фактора в некоторой степени уменьшается.
Каждый объект материального культурного наследия являет собой не только внешний облик, но и массив информации, с ним связанной. При очном изучении объекта в музейной организации информация доступна в ограниченных формах: экскурсионная лекция и краткое описание выставочного стенда. Остальной информационный массив разрознен и, как правило, трудно или вообще не доступен в ходе посещения музея.
Существует множество объектов культуры, имеющих законодательно определённый статус защиты на государственном и мировом уровне, но не имеющих механизма представления (актуализации), оставаясь труднодоступным или недостижимым для всестороннего изучения (монументы, памятники архитектуры). Ситуацию осложняет то, что зачастую объект культурного наследия используется для современных потребностей (характерный пример - памятники архитектуры), без учёта его ценности и историко-культурного контекста.
Рисунок 1. Классификация музеев по профилю
В двойственном положении находятся архивы и библиотеки. Здания, в которых они расположены, зачастую являются памятниками архитектуры (т.е. объектами культурного наследия). Предметы, являющиеся объектами культурного наследия, хранящиеся в фондах библиотек и архивов, выражаясь с помощью понятийной базы музеологии, «изъяты из среды бытования», но рассматриваются в первую очередь как носители информации ввиду
специфики функций организаций, но не как объекты, имеющие свойства аттрактивности, репрезентативности, ассоциативности, особой ценности и т.д., присущие музейным предметам. Информация, представленная в фондах библиотек и архивов, является ценным массивом сведений, однако никак не связанным с просветительским аппаратом и коллекциями объектов культурного наследия (музейных предметов) музейных организаций.
Гипотеза нашего исследования заключалась в разработке нового подхода к трёхмерной виртуализации объектов культурного наследия различных структур, который отличается наиболее реалистичным представлением визуального облика объекта, а также введением массива детальных сведений о нём из библиотечного, архивного, музейного и других информационных фондов. Использование разработанного подхода позволяет повысить эффективность доступа к объектам культурного наследия с реалистичной имитацией и визуализацией действий человека в динамике при осмотре и изучении объекта.
Внедрение и использование современной вычислительной техники в работе музеев - одно из направлений развития музейного дела Российской Федерации в XXI в. Частным развитием этого направления является представление музея и его деятельности в среде Internet. Сегодня большая часть музейных организаций мира имеет собственные web-ресурсы. В настоящее время в сети Internet представлены два типа музейных сайтов: информационные ресурсы реально существующих музеев; «виртуальные» музеи. В представлении большинства пользователей эти группы обобщены под терминами - виртуальный музей, цифровой или электронный музей (5). Первая группа web-сайтов преобладает по количеству над второй и представляет собой информационный ресурс, содержащий сведения о конкретной музейной организации (полное название музея, его история, экскурсии, время работы и т.п.). Может быть представлена исследовательская деятельность музея в виде публикаций научных сотрудников. Об экспозициях и экспонатах содержатся поверхностные, обобщённые сведения. Иными словами, это «сайт-визитка», представительство в сети Internet конкретно взятой организации. Ко второй группе условно можно отнести Internet-ресурсы, содержащие упорядоченные в некую структуру факты, описывающие или презентующие конкретные объекты (экспонаты) реального музея. Эта структура есть экспозиция «виртуального» музея, или являющаяся проекцией реально существующей экспозиции в виртуальное пространство, либо сформированная специально для web-публикации.
Таким образом, информационный ресурс реально существующего музея и «виртуальный» музей - различные информационные сущности.
Ряд авторов [5-7], конкретизируя понятие виртуального музея, подразумевают под этим термином web-сайт, представляющий экспозицию как совокупность текстовых документов, фото- и мультимедиа материалов об экспонатах. Используемая при создании такого рода ресурсов технология гипертекста и гипермедиа (HTML) при перемещении по web-документам (страницам) создаёт у пользователя иллюзию посещения различных
экспозиций, «залов» музея и т.п. Существует и расширенная версия такого вида web-сайта. В качестве мультимедиа материалов в нём используются панорамные фотоснимки [10]. Недостатки такого подхода (который можно назвать старым и примитивным) состоят в ограниченных фотографом ракурсах просмотра сцены, сравнительно дорогом оборудовании и трудоёмкостью создания. Отсутствует интерактивный доступ к информации, связанной с объектами сцены. При необходимости невозможно каким-либо образом изменить экспозицию выставки объектов культурного наследия [10]. Тем более, что такой подход предполагает 2d (плоскую) виртуализацию.
При использовании классических методов сохранения самих объектов культуры и информации, с ними связанной, возникает ряд сложностей:
• хранилищами выступают музейные организации, сохранности которых противостоят те же угрозы, что и самим объектам;
• выездная экспозиция предметов сопряжена с трудозатратами, вероятностью повреждения объекта при транспортировке и необходимыми для организации экспозиции ресурсами, а в случае ряда культурных объектов (архитектурные ансамбли, мемориальные дома, уникальные ландшафты) невозможна вовсе;
• копирование объектов культуры в целях, определённых музейным делом (в случаях утраты, копирования для выставки), представляет высокую стоимость и объём трудозатрат;
• обмен информационным массивом (коллекциями) объектов культуры между музеями затруднён или отсутствует.
Из перечисленных сложностей возникает необходимость разработки нового подхода к сохранению объектов культуры с использованием современных достижений и разработок в области компьютерных технологий и информационного обеспечения. Этот подход заключается в переносе информационного массива и визуального образа объекта наследия в виртуальное 3d пространство в целях реализации основных функций и миссии музейных организаций путём применения современных технологий обработки и хранения цифровой информации с учётом концепции информационной безопасности объектов культурного наследия.
Основной целью нашего исследования является объединение различных структур культурного наследия в единый информационный массив, с предоставлением интерактивного доступа к информации об объектах для широкого круга пользователей. Для достижения этой цели нами использован известный математический аппарат, адаптированный к частным вопросам решаемых задач.
Информационное пространство объектов культурного наследия реализовано таким образом, чтобы одновременно и в трёхмерном пространстве были учтены и представлены: типовые информационные свойства объекта; перспектива и геометрия; координаты объекта и их преобразования [2]. Модель организации информационного пространства в статике, представлена в виде кортежа: Q = <М,, И,, Р>, где: Q - модель информационного пространства; М - информационные свойства объекта
наследия культуры; Иг - 3d модель, созданная на основе множества основных элементарных функций построений геометрических объектов; Рг -координаты размещения трёхмерного объекта в пространстве, г=0..1; I-количество объектов [2].
Для организации взаимодействия пользователя информационной системы (ИС) с информационным пространством объектов культурного наследия Q путём динамической визуализации указанного пространства, а также реализации виртуального присутствия пользователя в нём, сформирована соответствующая модель. В ней учтено ограничение количества инструкций шэйдерной модели и общее количество примитивов в визуализируемом кадре [9]. Модель представлена в виде кортежа: У1Б{ = , Яг , ЬР>, где: - модель организации взаимодействия пользователя ИС с информационным пространством объектов культурного наследия; Бг, -сдвиг модели виртуальной камеры на заданный интервал относительно вектора направления; Яг - матрица вращения модели виртуальной камеры в пространстве; ЬР - системы уравнений линейной перспективы, посредством которых осуществляется проекция трёхмерного пространства на двумерную плоскость, ? = 1...Т, Т- время [2].
Каждый объект наследия являет собой не только визуальный облик, но и некий массив информации, содержащий сведения о внешнем облике, назначении, среде бытования, исторических событиях, связанных с объектом. В этот массив информации входят: письменные источники (книги, периодические издания, техническая документация и т.п.), различные мультимедиа материалы (графическая, аудио-, видео-информация).
На рисунке 2 представлена разработанная нами общая схема процедурной модели, реализация которой позволяет получить сформированный информационный массив объекта наследия культуры [3].
Рисунок 2 - Процедурная модель формирования информационного массива объекта наследия культуры
Эта модель позволяет включить в информационный массив объекта культурного наследия сведения из различных фондов. На первом этапе реализуется сбор и сортировка информации, получаемой из библиотечного, архивного, музейного фондов, сети Internet, прочих источников (например, частные коллекции и библиотеки, сведения экспертов), а также информация, собранная на этапе трёхмерного моделирования. Сортировка собранных материалов производится по двум основным типам: текстовая и мультимедиа информация. Выделяется промежуточный тип, объединяемый с мультимедиа документами, - письменные источники, ценность которых заключена в их внешнем облике: фотографии или сканы документов, выполненных на различных материалах (тексты, рисунки). Затем письменные источники оцифровываются, формируется описание документа, помещаемого в базу данных. Для графических, аудио-, видео-, а также письменных источников, представленных в графическом виде, формируется описание, помещаемое в базу данных. Файл документа помещается в файловый массив.
Результатом реализации процедурной модели является сформированный информационный массив объекта наследия культуры, в частности, базы данных текстовых и мультимедиа документов. На рисунке 3 приведена обобщённая процедурная модель разработки трёхмерной модели объекта культурного наследия [3]. Она учитывает три группы объектов культурного наследия: 1) движимые предметы, предметы музейного и архивного фондов, памятники искусства, книжные памятники; 2) памятники, ансамбли, музейные комплексы, объекты архитектурной застройки; 3) природные достопримечательные места, культурные ландшафты, прилегающие территории к объектам культуры.
На основе представленных аналитической и процедурных моделей построена концептуальная модель разработанной нами информационной системы (ИС; рисунок 4) [3]. Эта модель состоит из четырёх основных подсистем:
1. - «Подсистема генерирования виртуального тура». Запуск подсистемы инициализирует объекты виртуального тура (трёхмерные модели объектов культурного наследия, мультимедиа файлы и т.д.);
2. - «Подсистема "Информационный массив"». Данная подсистема используется для организации работы с информационными массивами объектов культурного наследия и данными, необходимыми для построения виртуального тура (координаты трёхмерных моделей в пространстве, их уникальный ID и т.п.), а также файловым массивом, в котором хранятся трёхмерные модели, их текстуры, файлы дополнительных материалов из библиотечного, архивного фондов и сети Internet;
3. - «Подсистема обновления». Программные блоки подсистемы обновления выполняются параллельно с системой отрисовки и служат для расчёта начального положения и последующих перемещений камеры («взгляда пользователя»), а также для обработки событий ввода-вывода;
4. - «Подсистема визуализации». Выполняет цикличную покадровую отрисовку сцены на экран устройства вывода.
Рисунок 3 -Процедурная модель разработки трёхмерной модели объектов материального культурного наследия
Рисунок 4 - Концептуальная модель ИС
Спроектированная ИС относится к типу прикладных информационных систем. Целевая аудитория пользователей информационной системы -посетители музеев, исследователи, сотрудники музейных организаций. Для представления данных в ИС выбрана реляционная модель, данные и их связи представлены в табличном виде. Назначение ИС определяет состав полей базы данных. ИС предназначена для сохранения информационного массива объекта культурного наследия и его актуализации путём создания интерактивной трёхмерной виртуальной среды (виртуального тура). Соответственно, в базе данных должна быть следующая информация: об объектах культурного наследия (тексты, этикетаж на витрине), их авторах и собственниках, физических свойствах (материал, размеры и т.п.), о разделе (теме и подтеме) экспозиции, музейные отметки (копия или подлинник представлены в реальной экспозиции), принадлежность объекта культурного наследия конкретной коллекции (и, соответственно, информация о них), ссылки на связанные с объектом мультимедиа документы (аудио, фото, видео), включая
материалы библиотечного и архивного фондов, а также трёхмерные модели и текстуры.
Информационный массив представлен в 17 таблицах, составляющих сущности базы данных [4]. На рисунке 5 представлен состав и взаимодействие программных блоков ИС [4].
Рисунок 5 - Состав и взаимодействие программных блоков ИС
Метод Initialize () устанавливает настраиваемые параметры, например разрешение экрана и т.п. Метод выполняется единожды при запуске приложения и: объявляет, добавляет GameComponents (отдельные классы, в которых реализована логика работы программы); инициализирует переменные с заданием значений по умолчанию. Метод LoadContent(): осуществляет загрузку контента: текстуры, 3d-модели, звуковые файлы, видео файлы, файлы шрифтов. Метод UnloadContent() вызывается по команде пользователя «Завершить приложение», или по необходимости, в процессе работы ИС (при наличии нескольких сцен, например нескольких экспозиций или частей одной большой). При вызове данного метода: перечисленные переменные контента (игровые ресурсы), которые не будут задействованы, выгружаются из оперативной памяти по завершении приложения, или переходе к другой экспозиции. Метод Update() выполняется постоянно, параллельно с методом Draw. В данном методе осуществляется расчёт трёхмерной сцены, а также изменений в ней, с учётом команд, вводимых пользователем. Результаты расчётов передаются в метод Draw. В методе Update(): обрабатывается событие клавиатуры; обрабатывается событие мыши; обрабатывается условие завершения приложения; формируется матрица вида (Matrix View), которая используется при визуализации трёхмерных моделей в методе Draw(). Метод Draw() выполняет визуализацию
трёхмерной сцены непрерывно с учётом времени, затраченного времени на визуализацию одного кадра. В это же время метод Update производит вычисления, по истечению которых в сцене видны визуальные изменения. Метод Draw() выполняет: визуализацию 3d моделей с использованием стандартных эффектов (Basic Effects), или пользовательских эффектов (Custom Effects); визуализацию 2d изображений, как статичных, так и динамичных (видео). Устройства ввода: клавиатура (Keyboards), манипулятор «мышь» (Mouse). Устройства вывода: дисплей (Display).
Таким образом, разработан организационно-технологический механизм сохранения и виртуализации объектов материального культурного наследия различных структур, базирующийся на основных положениях музеологии, практических наработках музейного дела, учитывающий законодательные акты РФ и регулирующие документы международного уровня (UNESCO, ICOM), а также разработанных нами моделях трёхмерной виртуализации.
Этот механизм состоит в исполнении следующих этапов:
1) объект материального культурного наследия представляется в качестве информационного массива, подразделяющегося на две части:
- массив сведений об объекте материального культурного наследия и его связях с другими объектами. Данные сведения собираются из фондов музейных организаций, библиотек и архивов, сети Internet. Использование подобного массива позволяет предоставить конечному пользователю возможность максимально полного ознакомления с интересующей областью науки, культуры и истории. Формирование массива сведений об объекте материального культурного наследия представлено соответствующей процедурной моделью;
- визуальный облик, реализуемый в трёхмерной модели с применением многоуровневого текстурирования. Использование многоуровневого текстурирования в комплексе позволяет достичь максимального визуального сходства с реальным объектом культурного наследия. Создание трёхмерных моделей объектов материального культурного наследия различных структур представлено соответствующей процедурной моделью;
2) информационное пространство множества объектов культурного наследия организуется таким образом, чтобы одновременно и в трёхмерном пространстве были учтены и представлены: типовые информационные свойства объекта, перспектива и геометрия в пространстве, координаты объекта и их преобразования в пространстве. Информационное пространство множества объектов культурного наследия и организация интерактивного доступа к нему представлены соответствующими аналитическими моделями;
3) реализуется информационная система сохранения и актуализации (виртуализации) объектов материального культурного наследия. Проектирование ИС основано на аналитических моделях, результаты которого представлены концептуальной моделью ИС и UML-диаграммой разработанной базы данных. Реализация ИС представлена структурой и описанием взаимодействия основных программных блоков ИС (логической моделью).
Описанный организационно-технологический механизм реализован и внедрён в музейные организации: Тамбовская областная картинная галерея и Тамбовский областной краеведческий музей [8; 10; 11].
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Войтин, А.О. Новые подходы к сохранению и актуализации культурного наследия / А.О.Войтин, В.М.Тютюнник // В мире научных открытий. - 2014. - N - С.37-45.
2. Войтин, А.О Моделирование информационного пространства объекта культурного наследия / А.О.Войтин, В.М.Тютюнник // Глобальный научный потенциал. - 2015. - N - С.107-110.
3. Войтин, А.О. Концептуальное проектирование баз данных и информационной системы актуализации объектов культурного наследия /
A.О.Войтин, В.М.Тютюнник // Фундаментальные исследования. - 2015. - N 11(2). - С.242-246.
4. Войтин, А.О. Обобщённая процедурная модель трёхмерного представления объекта наследия культуры / А.О.Войтин, В.М.Тютюнник // Наука и бизнес: пути развития. - 2014. - N - С.121-125.
5. Касьянов, В.Н. Музеи и Интернет / В.Н.Касьянов // Проблемы интеллектуализации и качества систем информатики. - Новосибирск: Ин-т систем информатики им. А.П.Ершова СО РАН, 2006. - С.83-84.
6. Несговорова, Г.П. Обзор виртуальных музеев в сети Интернет / Г.П. Несговорова // Методы и инструменты оптимизации и конструирования программ. - Новосибирск: Ин-т систем информатики им. А.П.Ершова СО РАН, 2005. - С.161-172.
7. Несговорова, Г.П. Современные информационно-коммуникационные и цифровые технологии в сохранении культурного и научного наследия и развитии музейного дела / Г.П.Несговорова // Проблемы интеллектуализации и качества систем информатики. - Новосибирск: Ин-т систем информатики им. А.П.Ершова СО РАН, 2006. - С.153-161.
8. Пирожков, Г.П. Сотрудничество Тамбовского центра краеведения и Международного Информационного Нобелевского Центра: формирование научного направления «Проблемы истории и культуры Тамбовского края» / Г.П.Пирожковз В.М.Тютюнник // Формирование профессионала в условиях региона: Материалы XXIII Междунар. науч. конф., г. Тамбов, 27-28 апреля 2021 г. / под ред. проф. В.М.Тютюнника, проф. В.А.Зернова, проф.
B.А.Фёдорова. - Тамбов; М.; СПб.; Баку; Вена; Гамбург; Стокгольм; Буаке; Варна; Ташкент: изд-во МИНЦ «Нобелистика», 2021. - С.6-12.
9. Тютюнник, В.М. Музей Нобелей [Музей семейства Нобелей и лауреатов Нобелевских премий] / В.М.Тютюнник // Тамбовская энциклопедия. - 2-е изд., переаб. и доп. / гл. науч. ред. А.Ю. Ильин. - Тамбов, 2020. - С. 516.
10. Тявкин, И.В. Технология реализации виртуального тура «Воронцовская коллекция» / И.В.Тявкин, А.О.Войтин, В.М.Тютюнник // Наука и бизнес: пути развития. - 2013. - N - С.91-94.
11. Voytin, A.O. Preservation and updating of objects of cultural heritage with use of multimedia's technologies / A.O.Voytin, V.M.Tyutyunnik // Components scientific and technological progress. - 2015. - N 3(25). - P.17-19.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Тютюнник Вячеслав Михайлович - доктор технических наук, профессор кафедры библиотечно-информационных наук Московского государственного института культуры, Заслуженный работник культуры Российской Федерации vmtyutyunnik@gmail.com
Войтин Антон Олегович - кандидат технических наук, Международный Информационный Нобелевский Центр (МИНЦ); ООО Dr WEB, научный сотрудник;
