Как 3D сканирование помогает воссоздать исторические объекты и артефакты?

Сегодня существует целый ряд направлений деятельности, где 3D технологии стали фактически незаменимыми. Например, такими сферами являются археология, история и музейное дело. Технологии 3D сканирования позволяют с максимальной точностью и эффективностью получать и фиксировать информацию об артефактах и культурных объектах в бесконтактном, не повреждающем цифровом формате, который затем может демонстрироваться в онлайн режиме, в яркой и интерактивной форме.

Особенности 3D сканирования

Применение 3Д сканирования обеспечивает сохранение и восстановление различных исторических ценностей, способствует совершению по-настоящему прорывных открытий. Полученный в итоге цифровой архив можно передавать специалистам по всему миру, не тратя время и силы на транспортировку хрупких объектов.

В последние годы цифровые 3D-технологии повсеместно применяются в таких областях, как реставрация, сохранение наследия, архивирование данных, картографирование памятников, создание реплик, получение и корректировка виртуальных изображений. Благодаря инновационному оборудованию и специализированному программному обеспечению, оцифровка культурных и исторических реликвий стали реальностью, что, без сомнения, способствовало распространению музейной культуры, ведь многие артефакты, которые ранее попросту нельзя было доставать в хранилище, смогли попасть на выставку.

Несколько лет назад в нашей стране была создана лаборатория «ЦифрА» Института археологии и этнографии СО РАН, в которой ученые с помощью 3D оборудования выполняют сканирование черепов животных, костей первобытных людей, древних каменных орудий. За достаточно ограниченный период времени им удалось создать уникальную электронную библиотеку, состоящую из трехмерных изображений сотен археологических артефактов, исторических и культурных ценностей. Для этого они применяют экспериментальное и ГИС-моделирование, методы математической статистики и трасологические технологии, позволяющие проводить обширные исследования материальной культуры древних сообществ.

Сам по себе процесс 3D сканирования не представляет особых сложностей:

1. Сканер калибруется под артефакты различного размера. В среднем на создание одной трехмерной модели необходимо 12-15 снимков;
2. Камеры направляются на изучаемый объект под разными углами, что позволяет с максимальной точностью зафиксировать его текстуру и геометрию;
3. Непосредственно перед сканированием проектор накладывает на исследуемый объект подвижную световую сетку, которая затем фиксируется камерой;
4. На основании данных, полученных во время съемки, программа строит цифровую модель.

Детальность и точность готовых изображений варьируется в диапазоне от 0,15 до 0,04 миллиметров. Технологии создания трехмерной модели позволяет многократно увеличивать изображения для проведения более тщательных исследований и даже «разрезать» цифровую версию находки на отдельные слои, для проведения различных измерений (объема, центра гравитации, замеры метрических параметров). До недавнего времени, все эти процедуры были попросту не доступны.

Интересным примером применения 3D сканирования в археологии является ситуация с фигуркой из мамонтового бивня, которая была несколько лет назад обнаружена на памятнике «Турист-2». Впоследствии специалисты цифровой лаборатории провели ее сканирование, что позволило восстановить утраченные части и изначальную форму, вычислить центр массы, определить направление отверстий. В ходе проводимых экспериментов удалось доказать, что данный предмет нашивался на одежду, так как отверстия в нем выполнены наискосок и находились выше центра массы изделия, за счет чего обеспечивалось его устойчивое положение в качестве нашивки.

Возможности и преимущества трехмерного сканирования

Цифровой археологический артефакт является бесценным новшеством, который позволяет выполнять недоступные ранее исследования. К другим особенностям 3D сканирования в археологии и музейном деле можно отнести:

• возможность оперативного создания максимально точного и реалистичного цифрового объекта;
• сохранение максимально полной информации о бесценных артефактах;
• работать можно, как с крупными, так и более мелкими объектами;
• метод является универсальным, так как с его помощью можно проводить анализ костных останков и артефактов практически любых исторических периодов и территорий: от палеолита до современности;
• с помощью трехмерных моделей исследователи анализируют форму орудий, сравнивая их по характеристикам граней, целому ряду других метрических параметров. Такой подход позволяет обойтись без субъективных оценок и неверной интерпретации информации;
• созданная в процессе полевых работ трехмерная модель позволяет фиксировать и хранить сведения о пространственных характеристиках изучаемого объекта, при этом полученное в итоге изображение является более точным и информативным, в сравнении с обычными фотографиями, чертежами и текстом;
• возможность проведения детального обследования объекта не только в полевых, но и в лабораторных условиях.

Безусловно, одним из главных преимуществ 3Д сканирования является его верифицируемость. Это значит, что если другой ученый будет проводить изучение 3D модели, то в результате он получит точно такой же результат. 

С помощью полученного в процессе сканирования образца можно получить точный дубль-макет любого артефакта. Это является особенно полезным, если речь идет о хрупких вещах или антропологических материалах, которые нуждаются в высокой сохранности ДНК для выполнения генетических исследований.

Еще одним направлением применения 3D сканирования стало изучение петроглифов. С помощью фотограмметрии и сканера исследователи получают детализированную цифровую копию поверхности рисунков. Далее специальное ПО в автоматическом режиме выполняет идентификацию рельефа линий, нанесенных металлическим или каменным орудием. К слову сказать, 3D-сканирование — это далеко не новое изобретение. Оно начало применяться для документирования и оцифровки различных культурных, исторических и археологических объектов (от отдельных предметов до целых памятников) около двадцати лет назад. С помощью данной технологии, различных инструментов и оборудования проводится реконструкция утраченных фрагментов костей и артефактов. Например, она позволила китайским исследователям восстановить внешний вид и параметры челюсти денисовского человека, которая была обнаружена археологами на одном из высокогорных плато Тибета. Сравнение формы и параметров костей и орудий древних людей открывает перед историками широкие возможности по получению достоверной информации относительно наиболее вероятных путей миграции наших далеких предков, видовом разнообразии флоры и фауны планеты.