3D-сканеры в музейном деле

Возможности 3D-сканеров

3D-сканеры максимально точно, быстро и бесконтактно измеряют объекты любых размеров и форм, захватывают текстуру и цвет для реалистичных изображений. Это делает их эффективными инструментами для решения научных, творческих и образовательных задач, стоящих перед сотрудниками музеев.

Технологии трехмерного сканирования успешно применяются для перевода произведений искусства, музейных артефактов, исторических интерьеров в различные цифровые форматы — от VR-туров с полным погружением до онлайн-выставок с возможностью удаленно изучать экспонаты в любой детализации и со всех сторон.

Возможности цифровых моделей:

• легко копируются, что предотвращает утрату данных;
• позволяют изучать объект со всех сторон и в любом масштабе;
• незаменимы при реконструкции предметов и интерьеров, так как сохраняют их первоначальный облик в неизменном виде;
• нет необходимости обращаться к хрупким оригиналам для образовательной и исследовательской работы;
• цифровую копию можно напечатать на 3D-принтере и использовать в качестве демонстрационного материала.

Визуализация

Музеи, галереи, театры используют для привлечения новой, особенно молодой аудитории возможности виртуальной реальности (VR). Благодаря этой технологии люди могут посещать Эрмитаж или Лувр, находясь в любой точке мира.

Государственный музей изобразительных искусств им. А.С. Пушкина (Москва) предлагает на своем сайте виртуальные экскурсии, а берлинский Музей холодной войны большую часть постоянной экспозиции спроектировал в VR-формате: посетители изучают ее в специальных очках и наушниках.

Основной инструмент создания виртуальной реальности — лазерные 3D-сканеры, которые делают тысячи снимков в секунду, захватывают мельчайшие детали, текстуру и цвет объектов. После сканирования изображения редактируют и импортируют в платформы виртуальной реальности. Эффект от VR может быть потрясающим, будто бы вы действительно стоите в музее и прогуливаетесь по выставке.

Особенно популярной оцифровка музейных пространств и ценностей стала во время пандемии COVID-19. Тогда цифровые медиа стали единственной возможностью для людей по всему миру насладиться искусством.

Немецкий музей Висбадена планировал временную выставку работ художника-экспрессиониста Алексея фон Явленского до того, как ее пришлось закрыть из-за пандемии. Все желающие смогли ее посмотреть в мультимедийном формате с помощью мобильного приложения музея.

Реставрация

Современные 3D-сканеры позволяют получить информацию о геометрии поверхности с высокой степенью точности: от десятков до сотен микрометров. Этого достаточно для распознавания незаметных на первый взгляд изменений в состоянии полотен, поверхности монументов или стен.

Для мониторинга состояния памятников древности и произведений искусства желателен бесконтактный метод. При этом важно выявлять изменения до того, как они станут видны невооруженным глазом, чтобы избежать дальнейшего разрушения. Все эти возможности предоставляет 3D-сканирование.

В 2019 году данные о состоянии собора Нотр-Дам после пожара были собраны еще до разбора завалов. Это произошло благодаря наземной и воздушной съемкам с помощью лазерных 3D-сканеров и фотограмметрии.

С помощью данных были исследованы балки, камни, бронзовые детали. Это позволило провести более эффективные работы по очистке собора от мусора, консервации сохранившихся элементов. Трехмерные измерения дали необходимую информацию для подготовки реконструкции собора.

Кейс: реставрация Триумфальной арки II-III века

В 2015 году террористы взорвали Триумфальную арку в сирийском городе Пальмира. Центр спасательной археологии Центр спасательной археологии Института истории материальной культуры (ИИМК) РАН инициировал работы по реставрации облика исторического памятника. Компания Globatek выступила поставщиком оборудования для реализации проекта — трех 3D-сканеров Artec Eva.

После взрыва уцелело около 40% Арки. Также 40% оригинальных блоков пострадали, но могли быть использованы для восстановления. Специалисты Центр спасательной археологии, используя технологию бесконтактного оптического 3D-сканирования, создали высокоточные модели каждого найденного элемента Арки.

3D-реконструкция геометрии и текстуры фрагментов Арки позволила исследовать их, провести цифровое восстановление памятника, увидеть недостающие места и выработать общую концепцию реставрации.

Подробнее о проекте >>

Кейс: бесконтактный анализ состояния картины

Специалисты центра прототипирования Технопарка Санкт-Петербурга и СБГЭТУ «ЛЭТИ» использовали 3D-сканирование для исследования состояния написанных маслом картин. Одна из них, из коллекции Военно-исторического музея артиллерии, инженерных войск и войск связи Санкт-Петербурга, была изучена при помощи 3D-сканера RangeVision PRO5M.

Сканирование проводилось с интервалом в 4,5 года для сравнения двух вариантов 3D-моделей произведения. Программное обеспечение позволило совместить две модели и, в результате наложения, была получена визуализация изменения состояния полотна.

Различия в состоянии поверхности картины выделены цветами. Две крупные области голубого цвета особенно заметны: на этом месте поверхность картины стала более рельефной, чем ранее.

Оптическое 3D-сканирование помогает получить количественную информацию о деформации холста, рамы и самой поверхности полотна за время хранения под воздействием условий окружающей среды.

Реконструкция

Иногда современные технологии помогают ответить на вопросы о древних существах. 3D-сканирование — надежный помощник ученых в реконструкции облика людей и животных, обитавших на Земле десятки тысяч лет и даже миллионы лет назад.

Так, например, специалисты Института этнологии и антропологии РАН и студии Visual Science воссоздали внешность 30 000-летних homo sapiens из Сунгиря — самого северного палеолитического поселения первых людей современного типа в Европе.

Компьютерное моделирование внешности жителей Сунгиря проводилось с применением современных технологий реконструкции лиц, а также на основании данных лазерного сканирования и высокоточной фотосъемки черепов из захоронения.

На основе исследований был создан научно-популярный VR-фильм, в котором доступно и подробно рассказывается о реконструкции древних сунгирцев.

Кейс: сканирование останков черепов

В 2019 году Globatek оснастил Институт этнологии и антропологии РАН несколькими 3D‑сканерами. Главная задача, для которой их используют, — сканирование останков черепов для точного восстановления внешности людей.

Стоматологический сканер позволяет быстро получить высокоточные модели зубов при помощи бесконтактного 3D-сканирования. Такое устройство значительно упрощает процесс сбора материалов для изготовления слепков.

Ручной 3D-сканер Artec Space Spider используется для сканирования останков черепов в полевых условиях. С его помощью ученые получают точные модели костей, по которым затем выполняется реконструкция лица.

Подробнее о проекте >>

Кейс: изучение человеческого черепа возрастом 2 млн лет

В 2020 году исследователи объявили об обнаружении в Южной Африке невероятно редкого черепа возрастом 2 млн лет, который является родственным видом Homo erectus — вымершего архаичного человека эпохи плейстоцена.

Череп был заключен в массу осадочных пород и состоял из более чем 300 фрагментов. Однако специалисты смогли его тщательно изучить — с помощью ручного сканера Artec Space Spider. Им удалось обнаружить даже следы на зубах, указывающие на вероятный рацион питания представителя Homo erectus.

Создание точных цифровых копий

Зачастую из-за ограниченности площадей музеи выставляют лишь часть экспонатов, оставляя большую часть ценностей томиться в запасниках. Эту проблему решает перенос коллекций в мультимедийные форматы.

Отсканированные предметы размещаются на музейных онлайн-ресурсах, где их изучает неограниченное число людей. Также копии дополняют офлайновые выставки, используются в образовательных роликах.

3D-сканирование позволяет создавать точные виртуальные копии предметов искусств, археологических находок и других ценных предметов любой величины и формы. При этом сохраняется текстура и цвет предметов.

Кейс: оцифровка остеологической коллекции Дарвиновского музея

Крупнейший естественно-научный музей Москвы — Дарвиновский — переносит экспонаты в виртуальную реальность при помощи 3D-сканирования. Так, например, была оцифрована остеологическая коллекция музея.

Для этой цели использовали 3D-сканер Artec Eva. Устройство обладает структурированной подсветкой, благодаря которой текстуры на цифровой модели получаются равномерными по яркости.

При сканировании нужно, чтобы сканируемый объект попал в объектив сканера полностью. Если модель сложная, как череп коровы на фото ниже, имеет много скрытых поверхностей или составных частей, часто приходится делать отдельные сканы.

Кейс: оцифровка экспонатов Балахнинского музейного комплекса

В 2019 году в Балахнинском музейном историко-художественном комплексе были оцифрованы четыре экспоната: изразец Спасской церкви XVIII века, стальной шлем 2-й половины XVI века, нагрудный знак “Балахнинский городской голова” и чернильница XVII века.

Оцифровка выполнялась с помощью 3D-сканера RangeVision. Готовые 3D-модели были размещены на сайте музея.

Выводы: как 3D-сканеры используются в музейном деле

Сейчас во всем мире для сохранения и популяризации культурного наследия применяются 3D-сканеры. Их преимущества:

• технология безопасна даже для хрупких предметов, так как не требует контакта с ними;
• более высокая скорость работы по сравнению с традиционными инструментами записи;
• 3D-сканирование позволяет сохранить все особенности объекта, включая его текстуру и цвет;
• исключены риски, связанные с недостатками оптики и человеческим фактором.