Бабайцев М. Н. Трехмерная реконструкция исторических объектов на примере акведука в окрестностях Велико Тырново // Исторические исследования в образовательном пространстве Тверского региона. Выпуск 3. Тверь: Тверской государственный университет, 2017. С. 90-96.
В статье представлены методы и результаты трехмерной реконструкции акведука эпохи средневековья, остатки которого обнаружены автором исследования в окрестностях г. Велико Тырново (Болгария). Рассматриваются основные сохранившиеся элементы системы водоснабжения, выявлена их взаимосвязь. Характеризуются методы и приемы 3D- реконструкции акведука, представлена итоговая модель.
Ключевые слова: 3D-моделирование, виртуальная реконструкция, архитектура, памятник, модель, программное обеспечение.
На сегодняшний день 3D-моделирование исторических объектов является востребованным видом исторической реконструкции и методом исследования. Нет четкой и устоявшейся концепции относительно того, как реконструировать объекты посредством трехмерного моделирования. Однако можно наметить определенный порядок действий в 3D-реконструкциях.
Сначала необходимо определить, что можно реконструировать с помощью 3D технологий. В силу того, что программное обеспечение (далее ПО) не налагает на пользователя каких-либо критических ограничений, наоборот, да ёт моделисту большую свободу, можно сказать, что смоделировать в виртуальной реальности можно практически все. Если говорить конкретно, то это могут быть следующие объекты или комплексы объектов: культурные и природные ландшафты, архитектура, артефакты (музейные экспонаты) (1).
Степень исторической достоверности — также важная составляющая работы. Здесь имеется в виду то соответствие объекта реконструированного, объекту, который был или есть в реальности. Количество информации, которая имеется об объекте и есть критерий, определяющий степень достоверности. Чем больше информации имеется в наличии, тем лучше.
Под детализацией подразумевается количество элементов, применяемых в модели. Чем больше элементов, тем реалистичнее будет она смотреться. Исходя из цели, первоначально поставленной перед исследованием, готовый продукт может иметь очень хорошую детализацию. Например, в модели при родного ландшафта деревья паркового комплекса будут иметь не только общие очертания, но и содержать в себе такие мелкие и второстепенные элементы как листья, ветки и т. п.
В реконструкции, например, фракийской гробницы, включенной в список всемирного наследия ЮНЕСКО, (Казанлык, Болгария) с целью предоставить модель для изучения мировому ученому сообществу, для тех, у кого нет возможности самому прибыть на место изучать объект, важны все детали без исключения. Если же цель – воссоздать городскую застройку на примере города Твери после большого пожара, случившегося 12 мая 1763 г., то в данном случае нет необходимости детально прорабатывать каждый дом – достаточно будет общих очертаний построек.
Немаловажным в трехмерной реконструкции является вопрос качества модели. Под качеством подразумеваются две составляющие. Во-первых, это качество текстур, детализация, правильность геометрических форм и т. п. Во вторых, это степень соответствия воссоздаваемого объекта тем данным, на ос нове которых его воссоздавали (2).
У трехмерной реконструкции есть неоспоримый плюс — это минимальные капиталовложения. Реконструировать объекты можно несколькими способами. Во-первых, проводить полномасштабную материальную реконструкцию. Яркий пример – Спаса-Преображенский (3) и Невский (4) храмы в Твери. Такой тип работ требует больших усилий и ресурсов, и вряд ли подойдет для музеев, за исключением музеев зодчества под открытым небом.
Во-вторых, создание макет объекта из древесины, гипса, папье-маше, пластика и прочих материалов — также ресурсозатратный вариант. Наконец, с помощью трехмерного моделирования. Помимо того, что, оно требует минимум денежных вложений, имеет еще одно хорошее свойство: если необходимо что-то изменить в модели в связи с появлением новых научных данных, то сделать это не составит труда.
В первых двух случаях исправить неточности будет сложнее. Кроме то го, трехмерная модель с легкостью может превратиться в материальную с использованием 3D принтера, и так же легко может быть растиражирована. Для создания модели потребуется один специалист, имеющий знания в области трехмерной графики. Контролировать процесс создания должен ученый, руководитель исследования, при том, что моделисту вовсе не обязательно обладать историческим образованием.
Наличие правильно воссозданного объекта в трехмерном пространстве позволит облегчить и оптимизировать работу реставраторов, поскольку специализированное программное обеспечение дает дополнительный инструментарий. Хороший пример – процесс реставрации церкви Фрауэнкирхеѕ (Дрезден, Германия). Церковь была полностью уничтожена в годы Второй мировой войны, но воссоздана по сохранившимся довоенным фотографиям с применением оригинального материала и трехмерной модели, благодаря которой упа лось с высокой точностью поставить сохранившиеся элементы церкви на первоначальные места.
Моделирование — процесс сложный и требует поэтапной разработки Первый и самый важный этап — это сбор и изучение информации об объекта научная работа. Поскольку цель изучения объекта — его последующая визуа. лизация, необходимо собрать все возможные данные как исторические, так и технические: типы применявшегося материала для создания объекта, его количественные характеристики и т. п. На этом этапе также важно решить во. прос с тем, как впоследствии реконструировать выбранный объект. Возможны два варианта: самый простой – воспроизведение того, что сохранилось на данный момент. Второй более сложный – реконструкция первоначального состояния объекта. Чем дальше в глубь веков, тем сложнее реконструкция, и тем меньше шансов, что готовая модель будет соответствовать действительности.
Второй этап – непосредственное моделирование. Включает в себя обработку собранных данных: размеров, форм, а также снятие оригинальных текстур. Последнее необходимо для максимального приближения объекта к исторической действительности.
Для воссоздания исторического объекта в трехмерном пространстве необходимы следующие материалы и ресурсы (6).
Специализированное программное обеспечение для создания модели и для ее демонстрации. Так, можно применять распространяющуюся свободно программу Blender 3D, или же использовать пробные версии, специальные предложения таких программ как Autodesk 3ds Max, Autodesk Maya, AutoCAD (7). Преимущества указанного ПО подтверждается исследователем Д. И. Жеребьятьевым, использовавшим Autodesk 3ds Max как основной инструмент для виртуальной реконструкции Тамбовской крепости (8). Для демонстрации удобно использовать обычные Интернет-страницы со встроенным проигрывателем Adobe Flash Player, что позволяет демонстрировать модель не только локально, но и глобально. Другой вариант — встраивание модели в формат файлов *PDF, в котором часто выпускаются электронные журналы, книги или хранятся электронные копии бумажных экземпляров. Так же измерительный
инструмент для проведения полевых работ и фотокамера для снятия текстур с объекта, персональный компьютер (9).
Рассмотрим конкретный случай, где можно применить созданную в трехмерном пространстве модель. Опытной площадкой может стать Великотырновский археологический музей. В качестве опытного образца была воссоздана модель средневекового водопровода города Велико-Тырново (Болгария). Место, где находится водопровод – труднодоступное. Поэтому показать его туристам можно с помощью информационного табло, на котором каждый посетитель музея может воспроизвести, например, краткий документальный фильм о водопроводе, или же своими руками собрать или разобрать его на составные элементы. Главное – это дать наглядную информацию посетителю об объекте.
Возникает закономерный вопрос: как быть с целым культурным ландшафтом? Реконструкция одного объекта — это незначительная часть культурного ландшафта. Воссоздание объектов таким способом неизбежно затянется на десятилетия и, следовательно, мониторинг объектов с применением трехмерного моделирования окажется нерентабельным. Выход из ситуации есть и заключается он в автоматизации всего процесса моделирования. Человек выступает в роли контролёра.
Автоматизировать процесс можно с помощью устройств, появившихся на рынке сравнительно недавно. Речь идет о мультикоптерах и трёхмерных сканерах. При помощи последних у исследователей появляется возможность переводить в трёхмерное пространство практически все малогабаритные предметы, в том числе и музейные экспонаты. А вот дела с крупными памятниками архитектуры обстоят совсем иначе. Постройка трехмерного сканера таких размеров абсурдна. Решить задачу помогут мультикоптеры с установленным на них сканером. Так как дрон может с большой точностью следовать по заданному маршруту в пространстве основываясь на данных GPS или российского аналога ГЛОНАСС (10), мультикоптер заменит подвижные рамки сканера.
По предварительным оценкам, на воссоздание объекта таким способом потребуется времени и сил минимум в десяток раз меньше, чем воссоздание вручную. Кроме того, модель даст представление об уязвимых частях памятника, таких, например, где конструкция наименее прочна. Для этого потребуется задать некоторые дополнительные параметры, например, материал из которого сделан объект или его часть. Специализированная программа, в нашем случае Autodesk AutoCAD, с помощью библиотек, содержащих данные таких технических дисциплин как сопромат, материаловедение и подобных, проанализирует объект и с помощью цвета укажет на уязвимости. После завершения работы беспилотного летательного аппарата (БПЛА) необходимо проверить данные, выдаваемые программой. Например, наличие трещин говорит о сла. бом месте в памятнике культуры.
Мониторинг заключается в периодическом обновлении модели и повторного анализа, сравнения полученных данных и составлении выводов с последующим принятием решений по объекту (11)
Во время прохождения включенного обучения в Велико-Тырново мною был обнаружены развалины водопровода, построенного по технологии, очень напоминающую византийскую. Водопровод находится в верхней части ущелья, протянувшегося по холму «Царевец» от улицы Ксилифорска до Арбанаси Координаты объекта следующие: 43°05’33.4″N 25°40’21.9″E12. То, что сохранилось на конец 2015 г. от водопровода, не отражает его первоначального состояния. Однако материала достаточно, чтобы провести виртуальную реконструкцию сооружения.
Питался водопровод ныне частично пересохшим источником, вытекающим из карстовой пещеры. На советской топографической карте можно обнаружить эту пещеру. По-видимому, русло подземных вод изменилось в результате обвала. На эту мысль наводит наличие другого источника, расположившегося чуть ниже на боковой стене ущелья. Возможно, именно изменение места выхода грунтовых вод на поверхность и стало основной причиной забвения именно этой водопроводной системы.
Структура объекта. Располагается водопровод на высоте приблизительно равной 350 м над уровнем моря. Вода течет вниз по склону ущелья и на высоте около 200 м над уровнем моря впадает в реку Янтру.
Водопроводная система состоит из следующих элементов:
- трубы, что ведет от источника воды к цистерне. Водопроводные тру бы схожи с теми, что экспонируются в археологическом музее Стамбула (No 76.11, 91.4T, 91.3Т);
- цистерны, объемом приблизительно равным 86 м2;
- каменного желоба, соединяющего цистерну с поилкой;
- мощеной дороги, ведущей к водопроводу;
- поилки, служившей предположительно для лошадей. Примерно такие же поилки, выдолбленные в монолитной породе, можно наблюдать в древней крепости Червен, расположенной в 35 км к югу от города Русе;
Предположительно водопровод снабжал водой ремесленников, которые располагались внизу ущелья, приводил в движение какие-либо механизмы (небольшие водяные мельницы, дробилки и т. п.). В таком случае, должна была так же присутствовать система проводящих труб от цистерны вниз к ремесленникам. Обнаружить ее остатки не удалось, соответственно, можно допустить, что водой пользовались прямо на месте, у цистерны, никуда ее не транспортируя.
Датировка. Водопроводная система могла быть построена со II-го по VI-й в. На эту мысль наводит тот факт, что в этот период византийцами был построен ныне существующий Стамбульский акведук Валента, который берет начало в Болгарских Родопах. Но с другой стороны, водопроводная система могла быть сооружена в Византийский период болгарской истории, между первым и вторым Болгарскими царствами в 1018-1185 гг. Однако верхнюю границу датировки можно увеличить до XIII в. Это связано с тем, что аналогичные поилки, обнаруженные в крепости Червен, имеют такую датировку (13). Итак, водопровод построен в период с 1 по XIV вв. нашей эры. Для более точной датировки необходимо провести археологические раскопки.
Обработав предварительно собранные данные, получилась достаточно хорошая, высокополигональная трехмерная модель (14), готовая к апробации в музее.
- Бородкин Л.И., Жеребятьев Д.И. Современные тенденции в разработке виртуальных реконструкций объектов историко-культурного наследия: международный опыт / виртуальная реконструкция историко-культурного наследия в форматах научного исследования и образовательного процесса. Красноярск, 2012. С. 16.
- Жеребятьев Д.И. Методы исторической реконструкции памятников истории и культуры России средствами трехмерного компьютерного моделирования. М., 2013. С 25.
- Спаса-Преображенский кафедральный собор в Твери. [Электронный ресурс]. URL: тверь собор.рф (дата обращения: 25.04.2016).
- Бокарев А. Церковь Александра Невского на Привокзальной площади. [Электронный ресурс]. URL: http://temples.ru/card.php?ID=17563 (дата обращения: 25.04.2016).
- Старооскольский В. Церковь Фрауэнкирхе (Frauenkirche). [Электронный ресурс]. URL: http://masterok.livejournal.com/582017 .html (дата обращения: 25.04.2016).
- Рудов И.Н., Пиков Н.О. Особенности построения трехмерной сцены виртуальной реконструкции; технологии и методы визуализации в реальном времени // Виртуальная реконструкция историко-культурного наследия в форматах научного исследования и образова тельного процесса. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2012. С. 135-146.
- Смирнов А.С., Трифоненко А.В. Архео-программа для создания графических информационных схем в среде системы AutoCAD // Круг идей: традиции и тенденции исторической информатики. М., 1997.
- Жеребятьев Д.И. Применение технологии интерактивного трехмерного моделирования для восстановления утраченных памятников истории и архитектуры (на примере тамбовской крепости) // Круг идей: междисциплинарные подходы в исторической информатике. М., 2008. С.321-342.
- Жеребятьев Д.И. Междисциплинарное взаимодействие в процессе виртуальной реконструкции объектов историко-культурного наследия // История и компьютер. Петрозаводск, 2011. No 37. С. 52-56.
- Логдачева Е.В., Швембергер С.В. Проблемы и методики трехмерной реконструкции. Б.м., б.г. [Электронный ресурс]. URL: http://www.nereditsa.ru/3D/article.htm (дата обращения: 26.12.16).
- Жеребятьев Д.И., Кончаков Р.Б. Технологии трехмерного моделирования в ракурсе исторической информатики // Круг идей: модели и технологии исторических реконструкции. Москва-Барнаул-Томск: МГУ, 2010. С.145-155.
- Карты Google. [Электронный ресурс]. URL: https://www.google.ru/maps/place/43%C2%B005’33.4%22N+25%C2%B040’21.9%22E/@43.092 615,25.6705613,832m/data=!3m2!1e3:4b1!4m2!3m1!1s0x0:0х0 (дата обращения: 01.03.2016).
- 13 Овчаров Н. Десять жемчужин в короне Болгарии. София, 2005. С. 23.
- Бабайцев М. Н. Промежуточный итог реконструкции Великотырновского водопровода на апрель 2016 г. [Электронный ресурс]. URL: https://youtu.be/S17daFMcWуY (дата обраще ния: 25.04.2016).
Литература
- Бородкин Л.И., Жеребятьев Д.И. Современные тенденции в разработке виртуальных реконструкций объектов историко-культурного наследия: международный опыт // Виртуальная реконструкция историко-культурного насле дия в форматах научного исследования и образовательного процесса. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2012.
- Жеребятьев Д.И. Междисциплинарное взаимодействие в процессе виртуальной реконструкции объектов историко-культурного наследия // История и компьютер. Петрозаводск, 2011. No 37. С. 52-56.
- Жеребятьев Д.И. Методы исторической реконструкции памятников истории и культуры России средствами трехмерного компьютерного моделирования. М., 2013.
- Жеребятьев Д.И. Применение технологии интерактивного трехмерного моделирования для восстановления утраченных памятников истории и архитектуры (на примере Тамбовской крепости) // Круг идей: междисциплинарные подходы в исторической информатике. М., 2008. С. 321-342.
- Жеребятьев Д.И., Кончаков Р.Б. Технологии трехмерного моделирования в ракурсе исторической информатики // Круг идей: модели и технологии исторических реконструкций. Москва-Барнаул-Томск: МГУ, 2010. С.145-155.
- Овчаров Н. Десять жемчужин в короне Болгарии. София, 2005.