3D-сканирование в реставрации

Какие задачи решают 3D-сканеры

Сохранение и восстановление культурного наследия требует внимания к деталям и высокой точности, добиться которой позволяют 3D-сканеры. Они измеряют объекты любых размеров и форм, захватывают текстуру и цвет для реалистичных изображений.

Точную цифровую копию можно изучать в деталях с любого ракурса, анализируя состояние объекта и моделируя варианты его восстановления.

Традиционные архивы состоят из рисунков, фотографий, видео. Этого часто бывает недостаточно для реставрации, если объект поврежден пожаром или другими стихийными бедствиями. Тогда на помощь приходит 3D-сканирование, с помощью которого можно воссоздать точную цифровую модель разрушенной ценности.

3D-сканеры позволяют:

• фиксировать не только верхний слой объекта, но и глубину, текстуру, форму;
• рассматривать объект под разными углами, в разном масштабе;
• точно определять участки, нуждающиеся в реставрации; -действовать быстро. Скорость критически важна, когда объект разрушается буквально на глазах;
• Создавать цифровые архивы и копии для научных, образовательных и просветительских целей.

Диагностика

Произведения искусства представляют собой сложную комбинацию материалов, подверженных изменениям под воздействием микроклиматических условий и механическим повреждениям.

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.

При этом критически важно ограничить физический контакт с поверхностью исследуемого объекта, ведь цена случайного повреждения слишком велика. Все эти возможности предоставляет 3D-сканирование.

Кейс: исследование 200-летней фрески

В китайской провинции Чжэцзян в результате стихийного бедствия оказался затоплен храм с 200-летней фреской. Нижняя часть фрески долго находилась под водой и была утрачена, а сохранившаяся часть сильно деформировалась.

Перед специалистами стояла задача собрать данные для анализа состояния фрески. Требовалось, во-первых, сделать это бесконтактно, во-вторых, как можно быстрее, ведь поврежденная поверхность продолжала разрушаться.

В проекте использовался Shining EinScan HX — ручной 3D-сканер с цветной камерой. Он собирает данные с очень высокой скоростью — до 1,2 млн точек в секунду — и точностью до 0,04 мм.

Специалисты получили точную информацию быстро и безопасно для фрески, несмотря на ее внушительную площадь — 3х4 м. На основе собранных данных была проведена реставрация.

Восстановление

3D-сканеры позволяют создавать высокоточные цифровые копии объектов культурного наследия. Трехмерные изображения обладают массой преимуществ: их можно многократно увеличивать и даже делить на слои для проведения различных измерений. Анализируя цифровые модели, специалисты успешно воссоздают утраченные фрагменты исторических ценностей.

Так, например, при реставрации здания музея Максима Горького в Нижнем Новгороде был использован 3D-сканер RangeVision Spectrum. Сложные декоративные элементы дома сканировались, затем разрушенные фрагменты восстанавливались в цифровом виде. Трехмерное сканирование позволило полностью автоматизировать воссоздание орнамента.

Кейс: реставрация шумерской статуи

Осенью 2020 года специалисты из МГУ им. М. В. Ломоносова провели 3D-сканирование оригинальных фрагментов статуи шумерского царя Гудеа из коллекции отдела Древнего Востока Пушкинского музея.

Отсканированные с помощью сканера Artec Space Spider фрагменты были встроены в 3D-модель аналогичной скульптуры. Шумерский правитель обычно изображался либо сидящим, либо стоящим на ногах.

Расположение надписи на плече и линия скоса края одежды на спине позволили сделать вывод, что статуя из ГМИИ им. А.С. Пушкина изображала именно стоящего Гудеа. Благодаря работе с 3D-моделью стало ясно, что масштаб и форма фрагментов позволяет разместить в статуе лишь четыре из них. Оставшиеся два фрагмента, по всей видимости, принадлежат к другим статуям.

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.

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 >>

Архивация

3D-сканирование позволяют любые ценные объекты переводить в цифровой формат. Виртуальный архив — это отличный способ сохранения всех данных об объекте, включая его цвет, форму, дефекты.

Цифровые архивы не могут уничтожены в результате стихийного бедствия, изменившегося микроклимата помещения или непрофессионализма хранителей. При необходимости копий всегда могут быть восстановлены. При этом они не требуют специальных условий хранения.

Еще одно преимущество цифрового архива — его доступность. Виртуальные копии картин или скульптур можно легко передавать научным институтам, университетам и школам в любые города и страны. Таким образом, цифровые архивы — важная часть науки и образования в современном мире.

Кейс: архивация прядильной фабрики

Корейская компания CBT Solutions занимается создание и сохранением цифровых моделей старых зданий, разрушенных в силу исторических причин. Один из проектов — архивирование 3D-модели прядильной фабрики 1930-х гг.

Поскольку никаких чертежей, с которыми можно было бы работать, не сохранилось, специалисты использовали 3D-сканер для получения точных размеров здания.

По словам основателя CBT Solutions, сложно привлечь внимание местных жителей к проекту, используя лишь рисунки и фотографии. 3D-модели позволяют не только записывать точные данные, но сделать информацию доступной неограниченному кругу людей.

Выводы: как используются 3D-сканеры в реставрации

ЗD-сканеры позволяют быстро и бережно оцифровывать объекты культурного наследия. При этом они лучше традиционных инструментов справляются с диагностикой состояния ценностей. Преимущества 3D-сканеров:

• более высокая скорость работы по сравнению с традиционными инструментами записи;
• высокая точность. 3D-сканер захватывает мельчайшие детали, невидимые невооруженным глазом;
• 3D-сканирование позволяет сохранить все особенности объекта, включая его текстуру и цвет;
• исключены риски, связанные с недостатками оптики и человеческим фактором.

В сочетании со специальным софтом ЗD-сканеры предоставляют уникальные возможности для визуализации и архивации объектов. На основе трехмерных создаются цифровые модели, которые являются надежным способом сохранить первоначальный облик предмета.