Проблемы и методики трехмерной реконструкции

Проблемы и методики трехмерной реконструкции

• Реконструкции памятников истории, археологии и культуры. Общие вопросы.
• Анализ источников и постановка задачи.
• Методикa создания компьютерных реконструкций. Практические рекомендации
• Моделирование сложной архитектуры. Работа с графическими материалами.
• Создание материалов. Точное текстурирование поверхностей.
• Дополнительные возможности и перспективы.

Мы занимаемся компьютерной реконструкцией памятников истории и археологии с 2005 года. За это время нами было сделано некоторое количество реконструкции памятников истории, археологии и культуры на основе материалов археологических раскопок, а также источников, опубликованных в научной прессе и хранящихся в архивах. С 2005 года мы занимаемся реконструкциями Илурата, города крепости, существовавшего в I – III в.в. н. э. на территории Боспорского царства (теперь на территории Украины в 15 км. от современного города Керчь). С 2006 года мы работаем с материалами, полученными в результате исследования городища Старая Ладога – первой столицы древнерусского государства. В том же 2006 году мы начали работу над проектом, целью которого стала комплексная компьютерная трехмерная реконструкция церкви Спаса-Преображения на Нередицком холме близ Великого Новгорода. Для этого нам потребовалось совместить изображения фресок, сохранившиеся в виде акварельных разверток, живописных копий и архивных фотографий, с трехмерной компьютерной моделью храма. Спустя некоторое время, в 2008 году, мы начали реконструкцию т.н. Двойного склепа, открытого на северном склоне горы Митридат в 18 году археологом Кулаковским и повторно обследованным в 190… М.И. Ростовцевым. Важнейшей частью работы стала реконструкция росписей, покрывавших стены и потолок обеих камер склепа. Сравнивая эти проекты, мы задумались о некоторых закономерностях, возникающих в процессе работы, а также об особенностях каждого из них, связанных как со спецификой как памятников, так и имеющихся в нашем распоряжении материалов. В конце концов, стали использовать свои подходы и методики для каждого из проектов, в то же время используя опыт, полученный во время работы над одним из них для реализации другого. Мы пришли к заключению, что было бы полезно, с одной стороны, прокомментировать нашу работу, чтобы показать зрителю механизмы создания подобных реконструкций, с другой – поделиться нашими мыслями с коллегами, которые занимаются (или собираются заняться) похожими проектами. Предлагаемый текст является не более чем рабочими заметками, ни в коем случае не претендующими на то, чтобы быть истиной в последней инстанции.

С нашими работами можно ознакомиться на сайтах ilurat.nw.ru и oldladoga.nw.ru, www.nereditsa.ru. В 2006 г. в издательстве «BHV-Питер» была опубликована книга С. Швембергера, П. Щербакова и В. Горончаровского «Художественное моделирование в 3Ds Max», в значительной степени посвященная вопросам реконструкции археологических памятников.

Реконструкции памятников истории, археологии и культуры. Общие вопросы.

Идея реконструировать (полностью или частично) исторический объект, памятник культуры или некоторое действо, разумеется, не нова. Множество реконструкций (по большей части художественных, таких как «реконструкция» Вавилонской башни Питера Брейгеля Старшего) было сделано художниками эпохи Возрождения. Позднее, в связи с бурным развитием науки в XVII – XIX веках, появились попытки создания «научных» реконструкций. В конце этого периода традиционная тематика, связанная с легендарной историей была дополнена сюжетами, связанными с вымершими животными и ископаемыми формами человека. Большинство из них, естественно, сегодня вызывают лишь улыбку (за исключением шедевров мирового искусства).

Илл 1. П. Брегель Старший. Вавилонская башня XVI в

Г. Доре. Вавилонская башня XIX в

В прошлом веке методика создания разного рода реконструкций претерпела значительные изменения. Эпохальные открытия XIX – начала XX века обеспечили массовый интерес к истории и истории культуры, а появление принципиально новых способов создания изображения, таких, как фотография и киносъемка, издание книг массовыми тиражами, возможности цветной высококачественной печати, сделали свое дело с технической точки зрения. Естественное стремление к максимальной точности и правдоподобию реконструкций (в сочетании с возможностью использования достижений прогресса) привело к появлению новых методик и приемов (например, использование фотографий специально выполненных макетов). Традиционные материалы (акварель, гуашь, тушь) были блестяще использованы чешским художником З. Бурианом при создании (под руководством ученого-палеонтолога Й. Августы) целой серии книг-альбомов, рассказывающих о происхождении и развитии жизни на Земле. В свое время они стали бестселлерами. Вообще говоря, научно-(или псевдонаучно-)популярные книги, чаще всего связанные с историей и историей культуры, приобрели широчайшую популярность в XX веке, превратившись в специальную индустрию и став, с одной стороны, важным фактором, способствующим популяризации истории, с другой – самостоятельным (иногда – скандальным) специфическим элементом массовой культуры.

Принципиально новые возможности в задачу популяризации истории (и, в том числе, зримого воссоздания нашего прошлого) принес с собой появившийся в конце позапрошлого века кинематограф. Художники кино многократно воссоздавали историко-культурное пространство различных эпох и цивилизаций (реально существовавших, легендарных, или полностью вымышленных). Некоторые научно-(или псевдонаучно-)популярные фильмы стали заметными событиями в области массовой культуры, собирая аудиторию сравнимую с аудиторией фильмов экшн.

Новые технические возможности появились в последние десятилетия. С одной стороны, они связаны с появлением различных цифровых методов создания изображения, с другой – с появлением принципиально новых средств телекоммуникаций, развитием традиционных и возникновением новых средств массовой информации. В то же время, во многих странах развитие инфраструктуры, в том числе транспортной системы в сочетании с некоторой стабилизацией внутриполитической ситуации привело к развитию массового туризма. Памятники истории, археологии и культуры, которые 150 лет назад могли увидеть лишь некоторые специалисты и искатели приключений, сегодня стали обычным элементом семейного туризма. Естественно, это привело лишь к усилению интереса к нашему прошлому.

Среди множества технологий компьютерной графики, появившихся в последние десятилетия, можно выделить одну, оказавшую огромное влияние на процесс создания иллюстративного ряда для Интернета и современных электронных СМИ. Мы имеем в виду комплекс инструментов, предназначенных для создания трехмерной анимированной компьютерной графики (т. н. 3D-графика). Соответствующие приложения (самые популярные – 3Ds Max и Maya (отдельные версии приложений имели названия, незначительно отличающиеся от приведенных)) были разработаны в конце 80-х годов прошлого века.

Трехмерную компьютерную графику можно упрощенно представить себе следующим образом. Прежде всего художник создает т. н. модели. Моделирование представляет собой процесс создания так называемых сцен, состоящих из различных объектов (своего рода компьютерной скульптуры, виртуальных архитектурных объектов и т. д.), именуемых моделями, а также из виртуальных источников света, видеокамер и, иногда, некоторых других специальных объектов. Моделям может быть назначен материал. Это значит что с каждым объектом сцены (прежде всего моделью) связывается некоторый пакет информации, определяющий свойство его поверхности - цвет, фактуру, (объект можно каким-то образом «покрасить»), прозрачность, возможность отражать другие объекты и т.д. Частью материала может быть графическое изображение в оцифрованном виде, которое с помощью специальных инструментов (компьютерных команд) «накладывается» на поверхность модели. Сцена может быть визуализирована, т. е, превращена в графический файл практически любого формата, и, следовательно, может быть представлена в распечатанном виде или просматриваться на каком либо мониторе. С другой стороны, имея такую сцену, мы можем менять во времени положение объектов в пространстве, а также практически любые их свойства (выраженные в числовом виде). В результате мы получим т. н. анимированную сцену, которая может быть визуализирована в каком либо из форматов видео и просматриваться зрителем как обычный фильм.

Появление такого инструментария дало возможность художникам, в том числе, создавать исторические реконструкции различной степени условности, от схематичных до т. н. «реалистических». Справедливости ради заметим, что реконструкции не являются, конечно, ни единственной, ни даже основной сферой применения этой техники. Наибольшее влияние на сегодняшний день она оказала на кинематограф, сделав возможным появление множества полнометражных художественных анимационных фильмов, таких как всем известные «Шрек», «Мадагаскар», «Ледниковый период» и «Наверх». С помощью инструментов 3D графики создаются самые разнообразные визуальные эффекты для игрового кино. Кроме того, существует множество примеров успешного применения 3D графики, без сомнения, очень интересной художественной техники вообще, как в различных видах искусства, так и в других областях (в инженерном и архитектурном проектировании и т. д.). Тем не менее, в жанре исторической (и не только) реконструкции за последние годы были достигнуты впечатляющие успехи.

Сегодня ни один серьезный проект в области исторического документального кино (например, «Древние империи» и другие сериалы ВВС и других компаний) не обходится без выполненных в самой разнообразной стилистике компьютерных трехмерных реконструкций. Реконструкции, используемые в этих и подобных телефильмах, играют в них различную роль. Они могут быть информативны, т. е.давать зрителю подробное представление об исчезнувших памятниках и целых исторических ландшафтах, но могут также играть и сугубо декоративную роль. Широко известна масштабная реконструкция античного Рима, выполненная с высочайшей степенью детализации и реализованная как в электронной, так и в печатной версии. Великолепные реконструкции ископаемых животным обеспечили широчайшую популярность сериалам «Прогулки с динозаврами» и «Прогулки с чудовищами» телекомпании ВВС. Различные трехмерные реконструкции публикуются на интернет-сайтах, как предназначенных для профессионалов, так и научно-популярных.

Илл. 5. Реконструкции Древнего Рима. Проект, основанный на сочетании современных фотографий и трехмерных компьютерных реконструкций.

Другая область применения 3D графики – это возможность использовать реконструкции для публикации различных материалов в области истории, археологии и истории культуры, для введения их в научный обиход. Трехмерная компьютерная реконструкция сегодня – это, например, неотъемлемая часть публикации материалов археологических исследований. Несмотря на то, что сегодня эта деятельность не получила еще достаточного развития (может быть, просто в силу недостаточного финансирования науки), некоторые авторитетные ученые-гуманитарии уже сегодня считают, что 3D графика в XXI веке станет основной формой публикации материалов в соответствующих областях науки.