3D графическая реконструкция и визуализация памятника археологии

__________________

Черненко Е.А.



Рекомендовано А.М. Елизаровым 12.02.2015 г.

Аннотация

Воссоздание и визуализация исторических объектов формирует новое информационное пространство. В статье рассматриваются современные методы представления графической исторической археологической информации. Результаты трехмерного моделирования позволяют получить представление о существовавшем некогда археологическом объекте, частично или полностью утраченном к настоящему времени. Рассмотрена методика воссоздания объекта, представлены результаты моделирования.

Ключевые слова: графическая информация, культура информационного общества, компьютерная графика, 3D-модель, визуализация.

В настоящее время мультимедиа, компьютерная графика обеспечивают беспрепятственный обмен знаками, символами, идеями. Подбор и визуализация графической и мультимедийной информации должны отвечать требованиям качества и достоверности, соответствовать по содержанию, уровню наполненности изучаемой области знания.

Графическое представление информации позволяет упростить процессы ознакомления с мировыми достижениями культуры, знакомиться с традициями разных стран и народов, совершать интернет-путешествия. Интернет-технологии позволяют человеку в виртуальном информационном пространстве.

В последнее время приобрели актуальность разработка и адаптация методов моделирования трехмерных объектов в археологии. Активно используется 3D-моделирование и создание виртуальных экспонатов, что позволяет наблюдать исторические события далекого прошлого. Использование методов геометрического и физического моделирования позволяет детально изучить объект, организовать его изучение и затем осуществить его виртуальную реконструкцию. Можно утверждать, что трехмерное моделирование является мощным, удобным и необходимым инструментом оформления и представления результатов археологических работ, а также ввода памятников культурного наследия в научный оборот.

Для демонстрации процесса и представления результатов археологических исследований удобно использовать 3D-анимацию. Возможны два основных ее варианта – экспозиционные ролики (виртуальные экскурсии) и интерактивные путешествия (виртуальная реальность). Одним из реализованных проектов с использованием 3D-технологий является проект «Виртуальный Укек» (Singatulin, Rashitov, 2005) и его дальнейшее развитие в проекте «Средневековые города Поволжья: Укек–Булгар–Биляр» (Huzin and ets., 2008) [1].

В Хакасском техническом институте осуществляется проект по 3D реконструкции Салбыкского кургана – знаменитого «царского кургана», расположенного в Салбыской степи Хакасии и исследованного членом-корреспондентом АН СССР С.В. Киселевым в 1954-1956 гг. Создается мультимедийная система, описывающая этот объект. В качестве исходных данных используются фотографии и описания археологов.

Актуальность проекта обусловлена тем, что, во-первых, до сих пор материалы раскопок не были опубликованы в научной литературе; во-вторых, несмотря на то, что уже существуют варианты реконструкции объекта, 3D-модель позволит лучше оценить объем восстановительных работ. Кроме того, трехмерная реконструкция даст возможность наглядно представить музеефицированный объект, а также использовать его элементы с целью сохранения и развития хакасского языка и культурного наследия.

Большой Салбыкский курган расположен в Салбыкской долине, прилегающей с юга к Коксинскому хребту Батеневского кряжа. Он является самым большим курганом скифского времени не только в Хакасии, но и во всей Сибири. Его земляная насыпь до исследований достигала 11,5 м в высоту, а ее объем составлял 23,5 тыс. м3. Обследовав курган в 1954–1956 гг., С.В. Киселев пришел к заключению, что насыпь при ее возведении имела пирамидальную форму и в высоту достигала 25–30 м. По его приблизительным расчетам, 100 человек должны были возводить такую насыпь в течение семи лет [2]. Под насыпью была расчищена каменная ограда площадью 70×70 м, ориентированная практически по сторонам света. Она сложена из массивных плит девонского песчаника, высота которых составляла до 2 м. Поверх этих плит находилась надстроенная кладка из аккуратно плашмя выложенных плит. Ограда с восточной стороны имела вход в виде каменного коридора длиной 14 м. На некоторых плитах имеются древние выбивки. В конце коридора по углам и в стенках ограды были вкопаны 23 стелы высотой до 6 м и весом до 50 тонн.

В центральной части внутри ограды со смещением к западу располагалась погребальная камера 5×5 м и глубиной 1,8 м, в которую с западной стороны имелся вход в виде дромоса, сооруженного из досок, покрытых берестой. В яме был установлен сруб в четыре венца, перекрытый шестью накатами бревен, обернутых несколькими слоями бересты. В склепе были найдены останки 70-летнего старика. Кроме того, немного в стороне были обнаружены кости еще шестерых человек: двух членов «царской» семьи, двух женщин-служанок, двух молодых воинов. С.В. Киселев датировал курган IV в до н.э. По современным данным, полученным в результате радиоуглеродного и дендрохронологического анализа, курган относится к V веку до н.э

Этот монументальный курган был сооружен для одного человека и членов его семьи. Значимость в обществе погребенного еще более подчеркивают человеческие жертвоприношения, совершенные в ходе погребального ритуала. Одни ученные считают, что здесь был захоронен вождь племени или даже союза племен, по мнению других – царь, которому была подвластна вся территория Хакасско-Минусинской котловины. С точки зрения специалистов, Большой Салбыкский курган соизмерим с «царскими» усыпальницами саков Средний Азии и скифов Причерноморья.

Чтобы реализовать трехмерную модель кургана, нужно было получить данные о его размерах. С этой целью использовались различные источники информации из сети интернет: фотографии с места раскопок, любительские фотографии до и после раскопок кургана, информация о проведении раскопок и предположения археологов, исторические сведения о подобных сооружениях – все, что могло дать представление о Большом Салбыкском кургане, учитывалось для расчета данных, необходимых для создания трехмерной модели. В качестве программного средства применялось трехмерное моделирование 3ds Max, разработанное компанией Autodesk, включая следующие подходы к 3D-моделированию:


Модель Большого Салбыкского кургана состоит из довольно простых 3D-объектов, к которым применились модификаторы. Расположенная позади создаваемого объекта виртуальная студия является шаблоном, по которому происходит моделирование. Для этого в виртуальной студии могут использоваться фотографии, чертежи или рисунки. Именно с подготовки изображений и создания виртуальной студии началась работа по созданию 3D-модели Большого Салбыкского кургана.

По фотографиям кургана до раскопок и во время них были созданы чертежи. Затем для создания виртуальной студии в 3ds Max использовался Г-образный метод, основывающийся на расположении объектов Plane (плоскость), примыкающих друг к другу. На боковые поверхности были наложены чертежи, нижняя поверхность для создания виртуальной студии не использовалась.


На основе ранее собранных сведениий о Большом Салбыкском кургане были произведены расчеты его размеров. Непосредственную роль сыграли старые фотографии с места раскопок, по которым производилось большинство расчетов размеров кургана и его менгиров. В результате были получены следующие приблизительные размеры кургана, по которым и подгонялись размеры его 3D-модели:
Далее из простых объектов Box, изменяемых посредством модификатора EditPoly, с использованием модификатора сглаживания MeshSmooth создавались менгиры кургана. Каменная кладка, менгиры, ворота и остальные элементы кургана располагаются согласно их месту на фотографиях до и во время раскопок.

В результате сложной работы в 3ds Max к настоящему времени созданы следующие модели Большого Салбыкского кургана (рис. 1, 2), демонстрирующие его изменение во времени и его изображение без земляного покрытия на момент сооружения.

Рис. 1. Вид кургана на момент постройки, IV век до н.э.

Модель кургана формируется с учетом технологии подобных древних сооружений – курган внешне напоминает пирамиду. «Кирпичи», изображенные на рисунке 1, в реальности представляют собой прессованную землю и глину, которые образуют достаточно прочный материал, который довольно долго обеспечивал сохранность формы кургана. Благодаря глиняным и земляным «кирпичам» курган быстро покрылся травяной растительностью.

Рис. 2. Внешний вид кургана на момент начала раскопок в 1954 г.

Под действием климата, разрушительных тектонических процессов, а также вмешательства человека (к моменту раскопок курган был разграблен) курган приобрел очертания, изображенные на рисунке 2. В настоящее время Большой Салбыкский курган, к сожалению, имеет вид, далекий от его первоначального состояния и даже от того, который он имел на момент раскопок.

Работа по созданию 3D-модели Большого Салбыкского кургана довольно объемная и требует немалых временных затрат. Сейчас подготовлены модели кургана, отражающие его изменения с момента постройки до начала раскопок в 1954 г. Планируется разработать модели внутреннего и внешнего окружения кургана и снять фильм, который позволит проследить историческое изменение Большого Салбыкского кургана на протяжении нескольких десятков веков.

Литература

1. Евтеев А.А., Кубанкин Д.А. Археологические раскопки северо-западного некрополя Увекского городища в 2005–2007 гг. // Археологическое наследие Саратовского края. Вып. 9. Саратов, 2009. С. 129–151. http://uvek.sgu.ru/archeology/kubankin.jsp

2. Киселев С.В. Исследование Большого Салбыкского кургана в 1954 и 1955 гг. // Тезисы докладов на сессии Отд. исторических наук и Пленуме ИИМК, посвященных итогам археологических исследований 1955 г. M.–Л., 1956; Киселев С.В. Отчет о раскопках в 1954 г. // Архив ИА. Ф. 1. Д. 975; Киселев С.В. Краткий отчет о раскопках Большого Салбыкского кургана в 1955 г. // Архив ИА. Ф.1. Д. 1165.

_______________________________________

ЧЕРНЕНКО Елена Александровна

Кандидат технических наук, доцент кафедры электроэнергетики (секция прикладной информатики) Хакасского технического института-филиала Сибирского федерального университета

© Информационное общество, 2015 вып. 2-3, с. 80-85