Применение трехмерного лазерного сканирования и цифровой фотограмметрической съемки для решения задач реставрации настенной живописи

на примере Вознесенского Войскового кафедрального собора в г. Новочеркасске и интерьеров здания бывшего Главного штаба в г. Санкт-Петербурге.

Одной из важнейших задач при выполнении научной реставрации памятников архитектуры является создание полной, достоверной и точной обмерно-фиксационной документации.
Благодаря современным технологиям, помимо традиционных форм фиксации памятников, таких как чертежи и фотоснимки, сегодня доступны новые виды обмерно-фиксационной документации:

1. Точные трехмерные модели, получаемые в результате трехмерного лазерного сканирования – наиболее точная и полная форма фиксации геометрии памятника (Рис. 1). Если параллельно со сканированием выполняется цифровая фотограмметрическая съемка, – возможно создание цветной модели, фиксирующей не только геометрию, но и цветовые характеристики памятника (Рис. 2).

Рис. 1. Трехмерная точечная модель интерьера здания бывшего Главного штаба
Рис. 2. Цветная трехмерная точечная модель интерьера здания бывшего Главного штаба

2. Ортофотопланы

Ортофотоплан – ортогональная проекция точной трехмерной модели объекта на заданную плоскость. Данная форма фиксации сочетает в себе геометрические свойства обмерного чертежа с изобразительными свойствами фотоснимков (Рис.№3).


Рис. 3. Ортофотоплан плафона интерьера здания бывшего Главного штаба с нанесенной координатной сеткой.

Причем точность и детальность изображения могут быть обеспечены наивысшие, включая требования масштаба 1:1 (Рис.№4).

При создании ортофотопланов важнейшим параметром, определяющим затраты на выполнение документации, является детальность выходного изображения. Для оценки данного параметра мы используем термин «масштаб фиксации», т.е. предельный масштаб, в котором ортофотоплан может быть выведен на печать с фотографическим качеством, при котором изображение сохраняет четкость и не расплывается.


Рис. 4. Фрагмент ортофотоплана плафона интерьера здания бывшего Главного штаба, показанного на рис. №3. Разрешение оригинала – 0.4 мм/пиксель (масштаб фиксации 1:2).

Масштаб фиксации определяется, главным образом, оптическим разрешением фотограмметрической съемки.
Данную зависимость представим в виде таблицы:


3. Чертежи, совмещенные с ортофотопланами (Рис. 5,6).


Рис. 5. Вертикальный разрез Вознесенского Войскового кафедрального собора, г. Новочеркасск. Разрешение ортофотопланов – 1-2 мм/пиксель.


Рис. 6. План Вознесенского Войскового кафедрального собора, г. Новочеркасск. Разрешение ортофотопланов – 1-2 мм/пиксель.

Как видно, чертежи и ортофотопланы выполнены в одной проекции, одной системе координат, и изображения абсолютно совпадают. Очевидным достоинством такого материала является то, что настенная живопись зафиксирована на нем в масштабе всего объекта, причем с необходимой точностью и разрешением.

4. Растровые развертки, полученные из трехмерной точечной модели объекта (Рис. 7, 8, 9).


Рис. 7. Трехмерная модель сводчатого потолка одного из залов здания бывшего Главного штаба


Рис. 8. Растровая развертка сводчатого потолка. Разрешение развертки – 0.5 мм/пиксель.

Детальность изображения при создании разверток может быть обеспечена такая же, как и при создании ортофотопланов (в данном случае 0.5 мм/пиксель, что примерно соответствует масштабу фиксации 1:2).

Развертки получают автоматизированными средствами, методом проецирования точек трехмерной модели на аппроксимирующую математически правильную поверхность, которая затем разворачивается на плоскость. На рис. № 7 и № 8 представлен достаточно простой случай – поверхность сводчатого потолка геометрически может быть представлена в виде участка поверхности цилиндра и развернута на плоскость без искажений.

Если же мы имеем дело с поверхностями более сложными (сфера, эллипсоид), то получить развертки, полностью свободные от искажений, не удастся. В таком случае целесообразно использовать методы математической картографии, – применив ту или иную картографическую проекцию, можно сохранить неискаженными требуемые параметры. На рис. №9 показана трехмерная модель главного купола Вознесенского Войскового кафедрального собора в г. Новочеркасске, который представляет собой практически правильную сферу диаметром более 17 метров. На рис. №10 показан ортофотоплан купола, а на рис. №11 и №12 – развертки, полученные с применением картографических проекций.


Рис. 9. Трехмерная точечная модель главного купола собора (перспектива).
Рис. 10. Ортофотоплан главного купола собора.


Рис. 11. Растровая развертка главного купола собора, полученная с применением равновеликой проекции.
Рис. 12. Растровая развертка главного купола собора, полученная с применением равноугольной проекции.

Изображения, представленные на рисунках №№ 9–12, получены по одним и тем же данным и отличаются лишь видом проекции и, соответственно, характером искажений.

Равновеликая проекция сохраняет площади контуров, т.е. площади всех контуров на куполе и на развертке, полученной с применением данной проекции (Рис. 11), будут совпадать. Этот вид разверток можно использовать, например, для подсчета площадей утрат, площади золочения или для оценки участков, пораженных грибком, и т. п.

Равноугольная проекция (Рис.12) искажает площади, но сохраняет неизменными углы и подобие фигур. Данную проекцию можно использовать,
например, для изготовления шаблонов, трафаретов при реставрации настенной живописи, мозаики и т. п.

Все представленные обмерно-фиксационные материалы получены по оригинальной технологии совместной обработки результатов трехмерного лазерного сканирования и цифровой фотограмметрической съемки, ядром которой является уже достаточно хорошо известный в Санкт-Петербурге программный комплекс ScanIMAGER Professional (разработка в НПП «Фотограмметрия»). Мы постоянно совершенствуем данную технологию и будем признательны архитекторам и реставраторам за ценные замечания и пожелания по ее развитию.

Войнаровский А. Е., генеральный директор ООО «НПП «Фотограмметрия», доцент Санкт-Петербургского государственного университета, Санкт-Петербург.

В рамках VIII Международной специализированной выставки «Архитектура. Градостроительство. Реставрация», прошедшей в Петербурге накануне празднования Дня реставратора — 2011, КГИОП провел научно-практическую конференцию «Реставрация как вид экономической деятельности, направленной на сохранение культурного наследия».

На конференции выступил Войнаровский А. Е., генеральный директор ООО «НПП «Фотограмметрия», доцент Санкт-Петербургского государственного университета, с докладом "Применение трехмерного лазерного сканирования и цифровой фотограмметрической съемки для решения задач реставрации настенной живописи на примере Вознесенского Войскового кафедрального собора в г. Новочеркасске и интерьеров здания бывшего Главного штаба в г. Санкт-Петербурге".

...

Распечатать