CC BY-NC
35Сохранение культурного наследия домонгольской Руси: реконструкция утраченных сюжетов каменных рельефов Георгиевского собора XIII в.
Борисова Светлана Викторовна
Директор, Юрьев-Польского Историко-Архитектурного и Художественного Музея 601800, Россия, Владимирская Область область, г. Юрьев-Польский, ул. Ул. 1-Го мая, 2
И yuriev-polskiimuzei@yandex.ru
Карташов Сергей Андреевич
член попечительского совета по реставрации Георгиевского собора 601800, Россия, Владимирская Область область, г. Юрьев-Польский, ул. 1-Го мая, 2
И armsk@list.ru
Жеребятьев Денис Игоревич
кандидат исторических наук
ассистент, кафедры исторической информатики, Московский государственный университет им. М.В.
Ломоносова
108811, Россия, г. Москва, ул. Атласова, 5, кв. 38 И dzher@inbox.ru Тришин Иван Германович
магистр кафедры исторической информатики Московского государственного университета им. М.В.
Ломоносова
119192, Россия, г. Москва, ул. Пр-Кт ломоносовский, 27, корпус 4
И trishin_ivan@rambler.ru
Мироненко Максим Сергеевич
Сотрудник кафедры Исторической информатики Исторического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
119192, Россия, г. Москва, ул. Пр-Кт ломоносовский, 27, корпус 4
И mmironenko91@gmail.com
Дрыга Данила Олегович
Ведущей инженер проектно-экспертного центра М/1ИГА/1К 105064, Россия, г. Москва, ул. Гороховский Переулок, 4
И hopkuh@mail.ru Статья из рубрики "Геоинформационные системы и 3Р-реконструкции"
Аннотация.
Белокаменный Георгиевский собор - один из самых известных памятников
домонгольского каменного зодчества Владимиро-Суздальской Руси XIII в. Уникальной особенностью собора является белокаменный резной декор, в сюжетах которого прослеживается христианская иконография, языческие образы и растительный орнамент. В XV веке собор обрушился и был восстановлен, однако целостность каменных рельефов была утрачена. Впоследствии рельефы были восстановлены мастерами архитектора Василия Ермолина в произвольном порядке, что, скорее, усложнило задачу реконструкции их должного расположения. В ходе перестройки храм стал ниже, потерял свои изначальные пропорции и уникальный орнамент. Часть рельефов была утеряна, другая оказалась в труднодоступных местах. Некоторые каменные рельефы можно найти в кладке собора под крышей храма или в колоннах; внутри здания находятся рельефы, не использованные мастерами при воссоздании храма. Неоднократно разными исследователями предпринимались попытки реконструкции собора, но разрозненность рельефов и их множественные повреждения затрудняли проведение такого рода работ. Современные информационные технологии, включающие в себя лазерное сканирование, фотограмметрию, программы 3D моделирования и BIM, открывают новые перспективы для решения задачи реконструкции первоначального облика собора и утраченных древних сюжетов, а также для проверки существующих гипотез реконструкции собора. Оцифровка каменных рельефов позволяет исследователю работать с рельефами в цифровом формате, не нарушая текущей целостности самого объекта. Одним из результатов стала разработанная авторами программная среда для систематизации каменных рельефов. В данной среде авторами была проведена реконструкция ряда утраченных мифических и библейских сюжетов каменных рельефов, расположенных на стенах собора.
Ключевые слова: культурное наследие, домонгольская Русь, храмовая архитектура, 3 D-м од е л иро ва ние, виртуальная реконструкция, Ю р ье в-П о л ьс ки й, Владимиро-
Суздальское княжество, Георгиевский собор, история России, визуализация истории
DOI:
10.7256/2585-7797.2018.3.27576
Дата направления в редакцию:
02-10-2018
Дата рецензирования:
03-10-2018
Данное исследование выполнено в рамках грантовой программы поддержки молодых лидеров научных коллективов МГУ по теме: «Современные информационные технологии в задаче сохранения историко-культурного наследия: 3D, лазерное сканирование, фотограмметрия, аэрофотосъёмка и др.»
В России большая часть объектов древней архитектуры имеет огромное значение в рамках мирового культурного наследия. Архитектура нашей страны многолика и многогранна. Существует огромное количество памятников историко-культурного
наследия разных эпох. Но проблема сохранности этих памятников, по большей части, периода Древней и Удельной Руси, на данный момент стоит достаточно остро: они существуют на протяжении столетий, их состояние с годами не становится лучше. К тому же, некоторые памятники уже были перестроены, их первоначальный облик утрачен. Исследовательский интерес к таким объектам растет, так как появляются новые технологии, позволяющие реконструировать их начальное состояние.
Данная работа посвящена изучению Георгиевского собора в городе Юрьев-Польский (Владимирская область). Этот памятник домонгольской архитектуры множество раз приобретал и терял разные пристройки. С XIII по XV век собор существовал в том виде, в котором был возведен под руководством князя Святослава Всеволодовича. Храм был украшен резными изображениями библейских сюжетов, различной флоры и фауны, мифических образов. В XV веке по неизвестным причинам собор обрушился. В 1471 году
московский купец Василий Ермолин [5, с 4] восстановил собор, но не в первоначальном облике. Сюжеты на стенах были перепутаны, помещены хаотически, или же вовсе утеряны. Часть каменных рельефов оказалась в каменной кладке на крыше собора и в стенах. Храм после нового возведения значительно потерял в высоте и, судя по работам
реконструкторов, был увенчан новым куполом с- 15]. Собор известен нам именно в таком виде (рис. 1).
Рис. 1. Георгиевский собор (вид с северной стороны)
Уже более ста лет ученые пытаются восстановить первоначальный облик собора и его сюжетную линию, которая некогда украшала белокаменный храм. Им удалось совместить лишь некоторые рельефы (рис.2). При этом, варианты их реконструкций (рис.3-4) носят дискуссионный характер, так как работы проводились в основном с помощью отрисовки сюжетов на бумаге, либо совмещения фотографий.
Рис.2. Реконструкция центральной части пророческого чина Г.К. Вагнера
Рис.3. Георгиевский собор. 1230-1234 гг. Рис.4. Георгиевский собор. 1230-1234 гг.
Реконструкция А.В. Столетова Реконструкция Г.К. Вагнера
Осложняет работу реконструкции разрозненность сохранившихся каменных рельефов собора и их труднодоступность. Часть каменных рельефов в ходе реставрации Георгиевского собора, которые не удалось совместить в рисунок на фасадах храма, были помещены Василием Ермолиным в произвольном порядке под крышу собора, а также в кладку стен, что делает их труднодоступными для изучения. Рельефы, которые находятся на крыше собора, практически не подвергались изучению. Одними из немногих материалов, зафиксировавших их современное состояние, являются фотографии, сделанные реставратором С.А. Карташовым (рис. 17).
Общее количество каменных рельефов, первоначально существовавших на соборе, до сих пор не неизвестно. Большинство исследований, посвящённые реконструкции облика собора и сюжетам каменных рельефов, практически не касаются вопроса о первоначальном количестве каменных рельефов, присутствовавших на соборе и сохранившихся до нашего времени.
Оцифровка рельефов собора с помощью современных информационных технологий и совмещение сюжетов в правильной последовательности могло бы в дальнейшем помочь воссоздать изначальный облик собора более точно, чем это уже было сделано ранее. Поэтому для воссоздания сюжетной линии авторским коллективом был предложен свой метод систематизации и оцифровки, который будет описан в данной статье. Отметим, что в тексте не будут затронуты многие технические вопросы разработки программного обеспечения для совмещения каменных рельефов в Unity 2018, поскольку тема ранее
затрагивалась Тришиным И.Г. в публикации журнала «Историческая информатика» ПШ.
***
Чтобы организовать процесс реконструкции наиболее удобным образом, требуется проанализировать существующие методики работы с каменными рельефами и далее выработать собственную методику:
- Методика зарисовки каменных рельефов и дальнейшая реконструкция на бумаге несовершенна тем, что рисунки художника могут носить идеализированный характер и не содержать шероховатостей или мелких деталей рельефа, важных при их соединении;
- Методика реконструкции каменных рельефов по фотографии тоже имеет ряд серьёзных недостатков. Для данного варианта важно расположение камеры и угол ее наклона, так как сложно получить кадр в ортогональной проекции. Фотография не может точно передать размеров и изгибов рельефов из-за разной цветопередачи снимков, баланса света и тени, и прочих параметров. Не говоря уже о том, что без применения компьютера исследователь сталкивается с проблемой большого количества кадров, беспорядочно расположенных на столе, что значительно осложняет процесс работы.
- Методика компьютерного анализа и реконструкции позволяет исследователю, используя доступное программное обеспечение или разработав собственное, проводить обработку данных каменных рельефов в цифровом формате более качественно.
Перед тем как предложить собственную методику работы, рассмотрим один из примеров отечественного и зарубежного опыта проведения подобного рода цифровой аналитики. В качестве примера можно привести междисциплинарное исследование коллектива под руководством заведующего ОВ Государственного Эрмитажа П.Б. Лурье по реконструкции настенной росписи «Синего зала» из Древнего согдийского города Пенджикента V -VIII
вв. (Таджикистан) [3, с-—^^ которое было представлено на международном форуме «Виртуальная археология» (Эрмитаж, май 2018 г., СПб).
В ходе работы все фрагменты настенной росписи «Синего зала» из фондов Эрмитажа и само помещение были оцифрованы с помощью технологии фотограмметрии (в программе Agisoft PhotoScan) и собраны в единый рисунок в компьютерной CAD программе. Использование информационных технологий позволило упростить процесс реконструкции облика «Синего зала». Поскольку сохранились не все фрагменты росписи, авторским коллективом было принято решение создать слой с гипотетическими реконструкциями утрат росписи. Конечным результатом работы стал собранный рисунок из сцен фольклора и нарративной живописи, иллюстрирующей подвиги иранского героя Рустама, а над ним
- ещё один эпос и изображения богов.
Переходя к Георгиевскому собору, отметим, что используемые методики работы выбраны в соответствии с состоянием всего памятника и каменных рельефов, а также их доступностью для оцифровки. Для того, чтобы подготовить проведение работы в цифровом формате, потребуется решить ряд задач :
1. Провести поиск информации в исторических источниках и соотнести их с имеющимися материалами (данными летописей, монастырских описей, провести сравнение собора с созданными в то же время аналогичными постройками);
2 . Провести анализ существующих архитектурных реконструкций Георгиевского собора, созданных в XIX-XX вв.;
3 . Осуществить полную оцифровку внешних фасадов собора с помощью наземной и аэрофотосъёмки с беспилотного летательного аппарата;
4 . На базе отснятого материала создать 3D модели каменных рельефов с помощью технологии фотограмметрии и сделать разбивку моделей каменных рельефов по сюжетам в программной среде Agisoft PhotoScan и Autodesk 3DsMax;
5 . Используя технологии 3D сканирования оптическим сканером Artec Eva, провести оцифровку каменных рельефов в фондах Юрьев-Польского историко-архитектурного и художественного музея;
6 . Осуществить поиск и апробацию возможностей использования неразрушающей технологии 3D сканирования пустот с помощью ультразвукового томографа для анализа каменной кладки стен собора, выявления каменных рельефов внутри кладки и определения предположительного их количества и возможной формы;
7. Разработать интерактивную программную среду для совмещения всех оцифрованных каменных рельефов на базе движка (компьютерная среда разработки, содержащая необходимые предустановки для создания игр и приложений - прим. авт .) Unity 3D;
8 . Провести структурирование каменных рельефов по типам и видам, создать базу данных сюжетов.
По итогам реализации вышеотмеченных задач можно приступить к работе с цифровыми файлами в программной среде, где производится совмещение сюжетов каменных
рельефов. Работа будет проведена в несколько этапов.
***
Источниковой базой нашего исследования являются современные фасады Георгиевского собора с каменными рельефами, реставрационная документация по Георгиевскому храму (паспорт собора, материалы реставрации (1960, 2014 гг.)), материалы реконструкции декоративных сюжетов, воссозданные реставраторами XIX - XX вв. д.и.н. К. Вагнером, д.и.н., проф. Н.Н. Ворониным, проф. А.В. Столетовым, архитектором П.Д. Барановским, историком-архитектором В.В. Кавельмахером, архитектором-реставратором Д.П. Суховым, к.и.н. С.Г. Щербовым, доктором архитектуры, проф. С.В. Заграевским, проф. К.К. Романовым, проф. В.Н. Лазаревой, А.А. Медынцевой, Л.А. Беляевым и др. Проводимое авторами исследование учитывает результаты работы компаний PFGrado и ООО АРХИТЕКТПОД РЯД, проводившими в 2010 г. лазерное сканирование Георгиевского собора и прорисовку камней с последующим составлением чертежей собора.
Переходя к описанию технической части работы, обратимся к ряду особенностей декоративного орнамента и сюжетов Георгиевского собора. В данном разделе авторы не будут затрагивать такие вопросы, как каноны в архитектуре православного храма, особенности домонгольского каменного зодчества, а также сравнивать облик Георгиевского собора с аналогичными постройками того времени.
Рассмотрим кратко искусство резьбы по камню, которым знаменит собор. Ермолинская летопись содержит о соборе такую информацию: «Того же (1471 - прим. авт.) лета во граде Юрьеве в Польском бывала церковь камена святыи Георгии, а придел святая Троица, а резаны на камени вси...» [ПСРЛ 23:159]. Судя по описанию, собор действительно был полностью покрыт резным камнем. Н.Н. Воронин отмечает два типа
резьбы на соборе: горельефная и ковровая [4, с- 81]. Горельефная резьба выполнялась до установки в стены. К резьбе этого типа относятся изображения святых, мифических существ, животных, а также все элементы аркатурно-колончатого пояса и боковые полуколонны [4, с 81].
Рис.5. Ковровая резьба на западном портале. В центре - Китоврас (Снимок И. Тришина)
На начальном этапе строительства собор, вероятно, был украшен только горельефными изображениями. Затем, после возведения, мастера украсили стены ковровой резьбой растительного орнамента. В наилучшем виде эта резьба сохранилась на северной стороне западного притвора (рис.5). Н.Н. Воронин спорит с мнением К.К. Романова о том, что ковровая резьба не была в изначальных планах строительства собора, и считает, что нанесение ковровой резьбы было намеренным и спроектированным шагом
[4, с. 84]. Тем не менее, можно невооруженным глазом отследить различия этих двух типов. Для нас наибольший интерес представляют горельефные изображения.
Первая большая группа резных сюжетов - святые. Во-первых, это изображения Иисуса Христа (рис.6). В основном, встречаются три основных типа изображений: Спас Нерукотворный, Спас Эммануил и Спас-Пантократор. В эту же группу следует относить изображения апостолов, представленные преимущественно на аркатурно-колончатом поясе (гипотезу о том, что эти рельефы изображают апостолов, выдвинул Г.К. Вагнер в
реконструкции Деисуса [1, с 34~35""). Также это изображения архангелов, херувимов и серафимов. Есть как отдельные изображения, так и части комплексных сюжетов, которые
выделены реставраторами: «Семь спящих отроков Эфесских» [1, с 71], «Даниил во рву львином» [1, с- 76"", «Вознесение» [1, с- 67"", которое есть и у К.К. Романова [6, с 27], «Победный крест» [4, с—Сюда же можно отнести изображения местных князей, почитаемых обывателями, как святых. Их изображения находятся в лапидарии собора. Также на колоннах встречаются маски святых. Часть святых дана в круговом обрамлении, довольно много таких изображений встречается на южном фасаде. Г.К.
Вагнер размещал эти элементы на барабане собора, один над другим [5, рис-10"". Такие же поясные изображения святых встречаются и без таких рамок, что было отмечено Г.К. Вагнером [1, с 24""
Рис.6. Изображение Спаса Нерукотворного на южном притворе Георгиевского собора (снимок И. Тришина)
Вторая группа - изображения животных и зооморфный орнамент. Храм украшен множеством изображений львов и львиных голов. Львиные головы находятся преимущественно на южном фасаде, одно из изображений присутствует на барабане, ниже купола. Они также присутствуют в композициях, например, в уже указанном сюжете «Даниил во рву львином». Многочисленны изображения птиц, напоминающих мифическую жар-птицу. На северном портале было найдено изображение, похожее на кота. Коты (или тигры) присутствуют на угловых колоннах собора. Также над одной из полуколонн расположен знаменитый слон.
Третья группа сюжетов - мифические существа (рис.7). Г.К. Вагнер также описал эту
группу [1, с- 28]. Здесь представлены кентавры (китоврасы), драконы, грифоны, грифо-змеи, сирины. Они занимают разное положение на соборе, некоторые украшают углы притворов в виде более плоских рельефов, некоторые представлены в виде самостоятельных сюжетов. Подобные сюжеты часто встречаются и на других соборах того времени.
Рис.7. Изображения животных и мифических существ на южном фасаде собора (снимок
И. Тришина)
Еще одна отличительная особенность орнамента - наличие следов краски. Как писал в
своем отчете К.К. Романов, «Все фасады собора покрыты толстым слоем извести от
многочисленных побелок» [7, с- 3]. Если внимательно приглядеться в глубину резных сюжетов, можно увидеть следы синей или сине-зеленой краски. А.И. Скворцов утверждает, что в разное время белокаменные храмы Владимирской земли по-разному расписывались, а краска такого цвета характерна для украшения храмов середины XIX
века [7, с- 86]. Не остался в стороне и Георгиевский собор. Если учесть, что распятие в лапидарии собора (Святославов крест) окрашено, то в таком же цвете мог выполняться и весь собор. Тем не менее, эта гипотеза носит дискуссионный характер и требует дополнительных исследований.
Как уже было указано, Георгиевский собор обладает замысловатым резным орнаментом, который включает в себя многочисленные сюжеты библейского или мифологического характера. Наиболее просты в разборе библейские сюжеты - существует иконописный канон, который помогает идентифицировать каменные рельефы святых. Идентификация животных не вызывает сложностей, но их положение на соборе может носить лишь гипотетический характер. Наиболее сложна идентификация мифических существ - для понимания того, что изображено в конкретном случае, следует понимать не только общую мифологию, но и искать схожие элементы в особенностях местного фольклора.
Рассмотрев кратко особенности декоративного орнамента и сюжетов Георгиевского
собора, перейдем к описанию технического этапа оцифровки его каменных рельефов.
***
В 2010 г. компанией PFGrado совместно с ООО АРХИТЕКТПОДРЯД проводилось лазерно сканирование Георгиевского собора, частичная прорисовка каменных рельефов и создание фиксационных чертежей здания. Сами авторы располагали только данными отчёта. Несмотря на большой объём проделанной работы, прорисовка каменных рельефов фасадов собора, судя по материалам, выполнялась в автоматическом режиме в программе AutoCAD. Как следствие, большая часть рисунка каменного рельефа была утрачена, и прорисовка получилась приблизительной: на рельефах отсутствуют черты лиц людей, мелкие детали одежды, ряд рельефов представлен гладкими камнями, границы между отдельными изображениями в некоторых случаях не читаются или расположены совсем иначе, чем в действительности. Стоит отметить, что лазерному сканированию подверглись только фасады собора. Каменные рельефы, находившиеся под крышей храма в каменной кладке и хранившиеся в фондах музея, не подвергались сканированию и дальнейшей прорисовке. Доступ к данным лазерного сканирования (облаку точек и 3D модели) для самостоятельной обработки получить не удалось.
Таким образом, было принято решение провести повторную оцифровку фасадов собора, каменных рельефов под крышей храма и в фондах силами сотрудников и студентов кафедры исторической информатики Исторического факультета МГУ, преподавателей института МИИГАиК и сотрудников музея. На начальном этапе работы был составлен подробный план действий при оцифровке собора. В зависимости от доступности каменных рельефов для исследования и финансовых возможностей исследовательского коллектива была выбрана методика оцифровки каменных рельефов. Перечислим кратко основные варианты методики оцифровки.
Каменные рельефы, расположенные на фасадах собора в свободном доступе, могут быть оцифрованы как лазерным сканером, так и методом фотограмметрии. Учитывая высокую цену аренды и приобретения архитектурного лазерного сканера, а также сравнимое итоговое качество результатов оцифровки, исследовательский коллектив остановил свой
выбор на технологии фотограмметрии. Фотосъёмка рельефов производилась по всему периметру собора как с земли на фотокамеру, установленную на штативе, так и с борта беспилотного летательного аппарата (БПЛА) мультироторного типа на высоте нескольких метров.
Для оцифровки каменных рельефов под крышей собора был выбран другой метод. Из-за недостатка свободного пространства, невозможности демонтажа крыши собора и в условиях недостаточной освещенности использование технологий фотограмметрии для оцифровки каменных рельефов затруднительно. В данном случае наиболее удобным методом является оптическое или лазерное 3D сканирование.
Каменные рельефы, находящиеся в фондах музея , расположены на стеллажах лицами вверх, часть камней является трудно транспортабельными и при перемещении на съёмочный стенд могут пострадать или требовать больших усилий для переноски. Небольшое пространство рядом со стеллажами также затрудняет расстановку освещения для оцифровки с помощью технологии фотограмметрии. Поэтому предпочтительной технологией оцифровки является оптическое 3D сканирование.
Одним из способов проверки каменной кладки Георгиевского собора на пустоты для оценки количества каменных рельефов в стенах собора является использование ультразвукового томографа в режиме построения 3D модели пустот.
Перечислив основные методики оцифровки каменных рельефов, подробнее рассмотрим рабочий процесс.
***
Для наземной съемки фасадов собора использовался фотоаппарат Canon GP-2 с объективом Canon EF 70-200mm. Такой набор оборудования позволил обеспечить наиболее четкие снимки. В общей сложности внешние фасады храма были зафиксированы на 2621 кадре с шагом в 1,5 метра и радиусе съемки 5 м. Арендованный квадрокоптер DJI Phantom 3 Advanced дополнил базу снимков более чем на 1000 кадров (рис.8-9). Таким образом, было получено около 3700 снимков собора.
Рис.8-9. Съемка Георгиевского собора с помощью квадрокоптера
(оператор квадрокоптера - преподаватель РАНХиГС Станислав Далидчик)
После загрузки снимков в программу Agisoft PhotoScan, машинным путем было просчитано подробное облако точек всего здания (90 млн. точек) с качеством, позволяющим различать детали и делать замеры без проработки мелких элементов
декора (вязи, трещин и т.п.). Полученное облако точек (рис.10) было загружено на
сервер Pointbox.xyz где есть возможность проводить различные измерительные
работы с подобного рода данными (рис.11). В дальнейшем этот ресурс позволил проводить замеры здания и масштабировать отдельные модели в Agisoft с минимальной погрешностью.
Рис.10. Разреженное облако точек по Георгиевскому собору с пометками расположения
камер съёмки и маркерами в Agisoft PhotoScan
Рис.11. Замер длины порога Георгиевского собора на облаке точек с помощью инструментов программной среды Pointbox . xyz (скриншот)
Следующим этапом стала оцифровка рельефов на фасадах храма. Для обработки сюжетов вручную, качества, полученного при построении облака точек всего собора, было недостаточно, а потому каждый фасад настраивался и просчитывался отдельно в зависимости от количества полученных снимков. Было сгенерировано облако точек (рис.12) для каждого фасада. Модели масштабировались до оригинальных размеров с помощью данных замеров данных участков стен, полученных в Рот^ох
Рис.12. Облако точек фасада собора в программе Agisoft PhotoScan (скриншот)
В программе Agisoft PhotoScan фасады (рис.13) разбивались на отдельные каменные рельефы, которые выносились в рабочую область (chunk). После этого на каждый каменный рельеф просчитывалась геометрия и с фотографий на модель производилась проекция текстуры. Все полученные 3D-модели сюжетов сохранялись в двух разных форматах: OBJ и FBX. Этот шаг был необходим в связи с решением задач разного рода.
Рис.13. 3 D-модель фрагмента стены южного фасада до этапа разбивки
на отдельные рельефы в программе Agisoft PhotoScan (скриншот)
Для получения двухмерных изображений каменных рельефов были использованы программы Autodesk 3dsMax, Agisoft PhotoScan и Adobe Acrobat. Сохранение сюжетов в двухмерной графике и дальнейшая обработка в Adobe Photoshop помогла создать базу фронтальных изображений каменных рельефов, которые в дальнейшем необходимы для разработки программы совмещения каменных рельефов между собой (рис.16).
Рис.14. 3 D-модель рельефа с линейкой в программе Autodesk 3 DsMax (скриншот)
Рис.15. 3 D-модель рельефа с линейкой в программе Autodesk 3 DsMax (скриншот)
Рис.16. Изображения каменных рельефов Георгиевского собора с масштабной шкалой
Для оцифровки каменных рельефов под крышей собора в кладке сводов требуется иная технология. Узкое пространство и запыленность каменных рельефов в условиях плохой освещенности с трудом позволяют исследователю сразу определить каменный рельеф в кладке собора (рис.17). Поэтому идентификация сюжетов требует выполнения уже непосредственно в виртуальной среде, а сканирование каменных рельефов свода должно производиться одним файлом или большими частями, не разбивая рельефы на части при сканировании, так как в таком случае появляется опасность получения искаженной информации.
Рис.17. Георгиевский собор. Кладка сводов (снимок Карташова С.А.)
Данную операцию можно выполнить оптическим бестекстурным или текстурным сканером при наличии освещения ручным фонарем или иным оборудованием. Полученный компьютерный файл обрабатывается в программной среде, поставляемой разработчиками вместе со сканером, и далее программой создается единая поверхностная триангуляционная 3D-модель. На модели свода выявляются каменные рельефы, после чего производится их вычленение. Методика обработки каменных рельефов является идентичной методике, описанной выше. Ортогональные изображения рельефов создаются из PDF-файла вместе со шкалой масштаба. Трехмерные файлы проходят обработку в программе Autodesk 3Ds Max и сохраняются в формат OBJ и FBX.
Рис.18. Пример этапа работы по оцифровке каменного рельефа сканером Artec Eva Lite
Для оцифровки исследователями был найден и опробован оптический 3D-CKaHep Artec Eva Lite. Стоит отметить, что на данном этапе работы планируется проводить сканирование и фотофиксацию только лицевой стороны каменного рельефа, не двигая объект со стеллажа, или, при необходимости, перемещая мелкогабаритные рельефы на специально подготовленное рабочее место (рис.18). Несмотря на отсутствие возможности захвата текстуры, материал каменного рельефа планируется фиксировать на фотоаппарат и наносить его в программе Autodesk 3Ds Max вручную. Авторы не будут подробно описывать методику 3D съёмки каменных рельефов, поскольку эта методика упоминалась выше.
Рис.19. Ультразвуковой томограф А1040 MIRA и рабочая станция
Заключительным этапом оцифровки каменных рельефов является апробация возможностей использования неразрушающей технологии 3D сканирования пустот с помощью ультразвукового томографа. Данный способ сканирования необходим для анализа оборотной стороны фасада и выявления каменных рельефов внутри кладки , определения их предположительного количества и возможной формы . Одним из инструментов, который планируется использовать для сканирования является ультразвуковой томограф А1040 MIRA (рис.19). Томограф предназначен для обнаружения дефектов и инородных включений в конструкциях из камня и железобетона. Он разработан для поиска трещин, расслоений, полостей и инородных включений, как в каменных стенах, так и в таких сложных конструкциях, как мостовые балки, перекрытия, марши лестниц, железобетонные сваи и мачты. Максимальная глубина сканирования объекта составляет 2,5 метра.
K-J ■■ „ !. -
V юз K»j
Рис.20-21. Примеры использования ультразвукового томографа А1040 MIRA при
сканировании стены
Томограф позволит выявить пустоты внутри стен собора, определить, являются ли эти пустоты сломами на стыках камней или же рельефами, развернутыми лицевой стороной внутрь стены, а также определить форму этих рельефов (рис.20-21).
Работа по оцифровке каменных сюжетов Георгиевского собора с помощью технологии фотограмметрии ведется уже второй год. На данном этапе проведена оцифровка всех фасадов собора и сделана разбивка на каменные рельефы по сюжетам за исключением сюжетов с ковровым орнаментом. Авторы только приступили к оцифровке каменных рельефов на сводах храма и в фондах музея.
Применение ультразвукового томографа для анализа каменной кладки стен Георгиевского собора на наличие пустот и определение количества и возможного
облика каменных рельефов находится на стадии апробации указанного оборудования на примере исследуемого объекта культурного наследия.
В ходе следующего этапа работы, заключающегосяв структурировании каменных рельефов и их расположении на фасадах, авторы столкнулись с проблемой ограниченности аппаратных ресурсов, так как единовременная обработка большого количества рельефов становилась невозможной в связи с недостатком мощности компьютера. Вторым минусом стала дополнительная подгрузка текстур, привязанных к модели в PhotoScan, что также замедляло процесс.
Несмотря на то, что на данном этапе времени исследовательским коллективом оцифрованы еще не все возможные каменные рельефы, находящиеся в фондах, каменной кладке сводов собора или в стенах, параллельно встает вопрос о необходимости разработки собственного программного обеспечения, способного работать с большим массивом 3D-моделей рельефов или их ортогональными изображениями. Важно отметить, что данная задача возникла вследствие недостатка возможностей у существующих программных пакетов, таких как Adobe Photoshop, где невозможно работать с большим количеством растровых изображений в масштабе 1:1, не ухудшая качество исходного изображения. Минимальное разрешение каждого рельефа 4000x3000 пикселей, а при размещении более 50-80 изображений рельефов на одном рабочем листе, любые действия в программе даже при наличии высоких производительных мощностей (процессор i7, видеокарта GeForce GTX 950M, ОЗУ 16 Gb) не представляются осуществимыми. Таким образом, мы пришли к выводу, что структурирование и совмещение изображений рельефов на небольших полотнах является малопродуктивным, и требуется поиск иного программного пакета или разработки собственной среды для решения подобного рода задач (рис.22).
Рис.22. Небольшая часть изображений каменных рельефов структурированных по сюжетам в масштабе 1:1 в программе Adobe Photoshop (скриншот)
Рис.23. Окно реконструкции сюжетов. Авторская программа И. Тришина (скриншот)
С большим количеством 3D моделей каменных рельефов успешно справляются стандартные 3D редакторы и BIM пакеты, такие как Autodesk 3Ds Max и ArchiCAD. Однако для того, чтобы приступить к работе, требуются специальные навыки взаимодействия с программами, а повторная загрузка проекта требует длительного ожидания.
Разработка собственной программной оболочки, предназначенной специально для совмещения 3D моделей и растровых изображений каменных рельефов, позволит упростить для исследователей задачу построения сюжетной линии рельефов.
Учитывая, что разработка программы совмещения каменных рельефов в Unity 2018 была уже освещена в ранней публикации членом исследовательского коллектива Тришиным И.Г., авторы не будут подробно останавливаться на освещении технической стороны разработки программы (рис.23) -t10^
Завершив подготовительные работы (оцифровку каменных рельефов и разработку программной среды для их совмещения), перейдем к описанию одной из наиболее сложных задач исследования - реконструкции сюжетов каменных рельефов Георгиевского собора.
Необходимо отметить, что в силу отсутствия множества рельефов на фасадах и их нахождения в сводах собора, а также из-за повреждений некоторых рельефов, реконструкции на данный этап времени поддается лишь часть имеющихся сюжетов. Тем не менее, авторы надеются восстановить часть существующих сюжетов и провести параллели с предыдущими реконструкциями. После полной каталогизации всех каменных рельефах, находящихся как на стенах собора, так и в лапидарии и хранилищах, возможна наиболее точная реконструкция первоначального сюжетного ряда.
В первую очередь, следует обратить внимание на изображения, отраженные на рельефах. В результате оцифровки камней с горельефной резьбой всего было получено 199 изображений. Из них 155 изображений святых и 44 изображения животных и мифических существ. Их идентификация является наиболее важным шагом для корректной реконструкции сюжетов собора.
Рис.24. Рельефы аркатурно-колончатого пояса. Авторская программа И. Тришина
(скриншот)
16 изображений святых входят в аркатурно-колончатый ряд на фасадах (рис.24). Г.К. Вагнер, ориентируясь на исследования К.К. Романова, предложил вариант реконструкции большого и малого Деисуса, включая фигуры апостолов в композицию. Но, в свою очередь, вариант реконструкции этого элемента, предложенный Г.К.
Вагнером [5, рис1 10], предполагает наличие множества составных частей аркатурно-колончатого пояса (более 10 на каждый фасад), в то время, как в нашем распоряжении имеется всего 16 рельефов. Поэтому до полного исследований сюжетов, находящихся под крышей собора и поиска недостающих элементов, заниматься реконструкцией аркатурно-колончатого пояса не представляется целесообразным.
22 изображения святых расположены в круговом обрамлении. П.Д. Барановский идентифицировал их как изображения мучеников, но не привел конкретных исследований и не определил, кто именно изображен на этих элементах. Аналогичные изображения находятся на Дмитриевском соборе во Владимире. Существует вероятность того, что такие изображения не полностью представлены на стенах Георгиевского собора, часть из них находится в кладке, а потому их идентификация не может быть выполнена с полной уверенностью в ее правоте.
г- !■■■■■«
Рис.25. Херувимы и серафимы. Авторская программа И. Тришина (скриншот)
На стенах собора было найдено 10 изображений херувимов и серафимов (рис.25). Их идентификация не вызывала сложностей - четырехкрылые херувимы [Иезекииль: 1:524.] и шестикрылые серафимы [Исайя. 6:2-3]. Нами не было найдено композиций в предыдущих реставрациях, которые включали бы в себя эти изображения. Но изображения херувимов и серафимов известны и распространены в древней традиции, они есть и в композициях Дмитриевского собора, а потому их наличие на стенах
Георгиевского собора не вызывает удивления.
Также было найдено три изображения Спаса Нерукотворного. Одно из них Г.К. Вагнер отнес к композиции «Оранта и воины» с- 45]. Еще одно из изображений может быть отнесено к композиции распятия, но такое размещение может быть лишь гипотезой, проверить которую не удастся до момента оцифровки самого креста, находящегося в лапидарии собора. Два изображения Богородицы также расположены на стенах собора. Одно из них Г.К. Вагнер отнес к композиции «Оранта и Воины», второе не было включено исследователем ни в одну из существующих композиций.
Рис.26-27. «Вознесение» (слева) и «Преображение» (справа). Авторская программа И.
Тришина (скриншот)
Изображения комплексных композиций есть в работах реставраторов, нам удалось оцифровать большую часть таких компонентов. Определены все семь изображений,
установленных реставратором К.К. Романовым, как «Преображение» [6, с 27] (рис.27). Центральный и два нижних боковых рельефа В. Ермолин поместил рядом на южном фасаде Георгиевского собора, остальные части сюжета расположены также с южной стороны, но в разных местах. Исследователям удалось соединить еще одну комплексную
композицию - «Вознесение» с- 67]. Было найдено и оцифровано шесть элементов данной композиции. Из-за повреждений рельефов четкость изображения потеряна, но элементы все же можно различить (рис.26). Г.К. Вагнером были установлены два из трех
камней композиций «Троица», относящейся к Ветхому Завету^1,———57]. Третье изображение, вероятно, осталось в кладке собора, или же вовсе было утеряно, а потому его поиск или восстановление требует отдельного исследования. Из других сюжетов, найденных Г.К. Вагнером, было оцифровано 4 изображения композиции «Семь спящих
отроков эфесских» —с;—71]. Пятое изображение не удалось оцифровать из-за прилегающей к нему водосточной трубы, которая закрывает примерно 2/3 всего сюжета.
Рис.28. Орнамент из масок людей и химер. Авторская программа И. Тришина (скриншот)
Изображения животных и мифических существ не так широко представлены на фасадах собора. Удалось насчитать всего 44 различных изображения. 9 изображений грифонов (определены по крыльям и львиным лапам), 5 сирин (птицы с женскими лицами), 7 львов или иных кошачьих (сложно определить из-за плохой сохранности некоторых камней), 8 львиных масок, две птицы, два волка и один слон. Интересно нахождение на соборе орнаментального пояса из масок людей и львов, извергающих огонь из пасти (рис.28). Есть предположение, что головы львов относятся к химерам [Еврипид. Ион 201 — 204], так как эти существа были самыми известными мифическими существами с извергающими пламя львиными головами, но проверить эту гипотезу также пока не удалось. Остальные изображения животных и мифических существ были определены и
каталогизированы Г.К. Вагнером [1, с 26-28].
Особый интерес представляет компоновка пророческого чина [1, с' 43]. Г.К. Вагнеру удалось найти лишь четыре изображения пророков. По результатам оцифровки и выявления схожих элементов, в ходе данного исследования удалось найти 25 схожих по оформлению сюжетов. Композиция, определенная, как пророческий чин иконостаса, может содержать в себе 19 сюжетов, некоторые пророки размещаются в праотеческом
чине иконостаса, рядом выше пророческого [11, с 241]. Таким образом, эти изображения могли входить в два верхних чина древнерусского иконостаса (рис.29).
Рис.29. Пророческий чин. Авторская программа И. Тришина (скриншот)
По мнению исследователя Т.А. Чуковой, Георгиевский собор мог иметь алтарную преграду, украшенную резными изображениями, хотя эта гипотеза носит дискуссионный
характер [13, с 24]. Тем не менее, по тем изображениям, которые были найдены, можно установить наличие древних царей Давида и Соломона (по обе руки от центрального
фрагмента) с 42], на рельефах различимы короны на их головах. За ними должны изображаться четыре главных пророка - Исайя, Иеремия, Иезекииль, Даниил^. Удалось определить Исайю по описанию: «старец 126 лет с седыми волосами, широкой, окладистой, но не длинной бородой» Он стоит прямо за Давидом (слева).
Всего на начальном этапе работы удалось идентифицировать 99 изображений святых, а также все 44 изображения животных. Идентификация не всегда строилась на основе конкретного изображения, но также на основе его включения в определенный сюжет (изображение Соломона справа от центральной части пророческого чина повреждено, а потому его идентификация возможна только на основе имеющихся знаний о пророческом чине иконостаса и визуальном анализе орнамента, дающем право поместить конкретный элемент на место рядом с центром композиции). Но такие способы идентификации возможны уже при реконструкции сюжетов, речь о которой пойдет уже в следующем разделе.
В процессе реконструкции были использованы либо работы предыдущих реставраторов, либо непосредственно сюжетами, отраженными в рельефах. Выбор такого пути для реконструкции обусловлен небольшим количеством рельефов вообще (всего оцифровано 199 камней, при том, что в восстановленные сюжеты реставраторов входят 6-9 элементов), а также плохим состоянием некоторых рельефов. Тем не менее, удалось получить определенные результаты.
Первым делом было решено восстановить те сюжеты, которые в той или иной степени описаны предыдущими исследователями (этим занимались и К.К. Романов, и Н.Н. Воронин, и Г.К. Вагнер, и другие). Композиции «Преображение» (рис.26) и «Вознесение» не вызвали особых сложностей с компоновкой. В композиции «Преображение» присутствуют все основные элементы - пять святых по краям композиции наблюдают за преображением Иисуса в центре. Отсутствуют два боковых
компонента, которые К.К. Романов восстановил как обрамления центра сюжета [6, с- 27]. Возможно, по бокам композиции на месте отсутствующих камней могли находиться и другие изображения святых, но такие рельефы не были обнаружены на стенах собора. Сюжет «Вознесение» содержит всего 6 элементов: Христос в центре, возносящийся в не бе с а , дв а а нг е ла по о б е руки о т не г о , ле тя щие в с ле д з а ним, а по с то лы и последователи, которые смотрят на вознесение снизу. Судя по орнаменту, по краям, между верхней и нижней частью были вставлены и другие камни, соединяющие сюжет, но найти их так и не удалось. Примерную схему этого сюжета обрисовал Г.К. Вагнер с-67]. Его же вариант композиции «Троица» содержит прорисовку отсутствующего камня
пунктиром с 57]. По всей видимости, В. Ермолин при реконструкции собора пытался собрать этот сюжет и поместил два элемента рядом, но не смог обнаружить третий элемент.
Рис.30. Оранта и воины. Авторская программа И. Тришина (скриншот)
Рис.31. «Три отрока в пещи». Авторская программа И. Тришина (скриншот)
«Оранта с предстоящими», реконструированная А.В. Столетовым содержит 5 элементов, еще один рельеф утрачен. Время не щадило камень, а потому орнамент, который соединял рельефы, в некоторых местах стерся, а это затрудняет подбор подходящих элементов. Тем не менее, собранные детали мы попытались сопоставить по оставшимся элементам орнамента (рис.30), а Спас Нерукотворный был по исследованиям Вагнера помещен над композицией.
«Три отрока в пещи» - композиция, вариант которой в графике был предложен Г.К.
Вагнером [1, с 74] (рис.31). Особая сложность восстановления этого сюжета в том, что камни не содержат коврового орнамента, поэтому их соединение нельзя подтвердить воссоединением рисунка. Тем не менее, вариант расположения каменных сюжетов был подобран, хотя всего на фасадах собора можно найти лишь четыре камня. Особое положение рук центрального отрока, не встречающееся на рельефах с подобными изображениями, было все же найдено и размещено по центру данной композиции.
Рис.32. «Даниил во рву львином». Авторская программа И. Тришина (скриншот)
Сюжет «Даниил во рву львином» был восстановлен исключительно на основании работы Г.К. Вагнера. Центральное изображение и два льва по бокам к низу от композиции не имеют точек соприкосновения, но по всем фасадам собора только два льва имеют характерное положение лап - они будто преклоняются перед Даниилом (рис.32). Возможно, в кладке собора есть и другие компоненты данного сюжета, но проверить это не представляется возможным.
Иная ситуация обстоит с пророческим чином, изображения которого присутствуют на фасадах собора. Г.К. Вагнер смог установить только четыре камня из композиции, по бокам от центрального камня. Это фигуры Давида и Соломона, а также пророки Илья и Исайя [1, с- 42] (сложно сказать, Илья это, или Иезекииль, так как их изображения в
христианской традиции схожи -Ш - прим. авт.). Но в процессе оцифровки был найден рельеф Спаса Эммануила (Богородица и маленький Христос), который устанавливался по
центру пророческого чина [11, с' 239]. Его положение в конкретном месте доказывается совпадением орнамента на изображении Давида и изображении Спаса (рис.26). Также были найдены изображения пророков Ильи (или Иезекииля) и Даниила (по описанию он
юный, безбородый, в шапочке на голове [1]). Таким образом, ряд пророческого чина пополнился еще тремя компонентами.
В завершение реконструкционных работ нами проведена попытка совместить элементы орнаментального пояса масок людей и химер (рис.33). Из 10 камней лишь 3 удалось поставить в один ряд, от края до края композиции. Вероятно, элементов данного пояса было больше, но они были либо утрачены, либо помещены в кладку собора.
Рис.33. Орнамент из масок людей и химер. Реконструкция (скриншот)
Итак, в ходе исследования были полностью или частично восстановлены 8 комплексных сюжетов Георгиевского собора, указанных ранее в работах реконструкторов/реставраторов. Из них два сюжета были в разной степени дополнены,
один полностью воссоздан. По большей части, эта реконструкция стала проверкой гипотез реставраторов, показавшей, что при сложении моделей рельефов их мнения подтверждаются, но их варианты не всегда были полными и могут дополняться иными рельефами, выявленными на соборе. Работа по оцифровке каменных рельефов собора и их совмещению в разработанной программной среде в дальнейшем будет продолжаться, и авторы надеются освещать полученные коллективом научные результаты, как в
публикациях, так и на сайте проекта ^^ Библиография
1. Архимандрит Николай (Погребняк). Иконография пророческого служения [Электронный ресурс] URL: http://www.mepar.ru/library/vedomosti/58/1106/ (дата обращения: 25.07.2018).
2. Вагнер Г. К. Скульптура Владимиро-Суздальской Руси, г. Юрьев-Польской. — М.,1964. - 232 с.
3. Виртуальная археология (с воздуха, на земле, под водой и в музее): Программа и тезисы международного форума «Виртуальная археология-2018, СПб» / Государственный Эрмитаж. - СПб.: Изд-во Гос. Эрмитажа, 2018. С.17.
4. Воронин Н.Н. Зодчество Северо-Восточной Руси XII-XV веков. М., 1961-1962, Т.2. 559 с.
5. Заграевский С.В. Вопросы архитектурной истории и реконструкции Георгиевского собора в Юрьеве-Польском. - М.: 2008. 56 с.
6. Романов К.К. Георгиевский собор в г. Юрьеве Польском.( Краткий отчет о разведке осенью 1909г.).-б/г., 1910. - 27 с.
7. Скворцов А.И. Белокаменное зодчество. Владимир, 2012. 360 с.: ил.
8. Современные информационные технологии в задаче сохранения историко-культурного наследия: 3D, лазерное сканирование, фотограмметрия, аэрофотосъёмка и др. [Электронный ресурс] URL:
http://www.hist.msu.ru/YoungLeaders3D (дата обращения: 29.07.2018).
9. Столетов А.В. Георгиевский собор города Юрьева-Польского XIII века и его реконструкция [Электронный ресурс] URL: http://www.rusarch.ru/stoletov1.htm (дата обращения: 25.07.2018).
10. Тришин И.Г. Опыт создания программного обеспечения на базе игрового движка Unity 3D для решения задач реконструкции фасадов Георгиевского собора г. Юрьев-Польский (Владимирская область) // Историческая информатика. - 2018. -№ 2. - С. 68-74. DOI: 10.7256/2585-7797.2018.2.26602 URL: http:// nbpublish.com/library_read_article.php?id = 26602
11. Успенский Л.А. Вопрос иконостаса. - Вестник Русского Западно-европейского патриаршего Экзархата, 1963, октябрь - декабрь, т. 44. С. 223-255.
12. Фонд ''Охрана природного наследия'' [Электронный ресурс]. URL: http://www.nhpfund.ru/world-heritage/russian-sites.html (дата обращения: 25.07.2018)
13. Чукова Т. А. Алтарь древнерусского храма конца X - первой трети XIII в. Основные архитектурные элементы по археологическим данным. СПб.: Петербургское Востоковедение, 2004. 224 с.
14. Saint George Cathedral, Yuryev-Polsky [Электронный ресурс] : Pointbox.xyz, 2017. URL: https://www.pointbox.xyz/clouds/595ffebecbcb7a0f94dd58b4 (дата обращения: 25.05.2018).
15. World Heritage List. [Электронный ресурс]. URL: http://whc.unesco.org/en/list (дата
