Как российские ученые реставрируют Триумфальную арку в сирийской Пальмире с помощью 3D-сканеров

Триумфальная арка – символ Сирии, самое известное архитектурное сооружение древней Пальмиры. Она была построена в 193-211 годах во время правления римского императора Септимия Севера и входит в список наследия ЮНЕСКО. В 2015 году Арка была разрушена в результате террористического акта, уцелело менее половины оригинальной конструкции.

Проект реставрации

Центр спасательной археологии ИИМК РАН выступил инициатором работ по реставрации облика исторического памятника. Специалисты Центра возглавили рабочую группу и вели проект на каждом этапе — от концепции до реализации. Руководитель работ — Наталья Федоровна Соловьева, директор Центра спасательной археологии ИИМК РАН.

Сегодня можно с уверенность сказать, что это самый амбициозный проект реставрации античного наследия в мире.

Компания Globatek выступила поставщиком оборудования для реализации проекта — трех 3D-сканеров Artec Eva.

Задачи проекта

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.

Вот полный список проведенных работ:

1. Документирование состояния каждого из рухнувших блоков.
2. Анализ, оценка сохранности фрагмента, возможности применить при реставрации.
3. Идентификация местоположения фрагментов до взрыва.
4. Трехмерная реконструкция вида Триумфальной арки на момент строительства.
5. Трехмерная реконструкция вида Триумфальной арки до взрыва.
6. Проектные работы.

Вот что говорит исполнительный директор Фонда восстановления Пальмиры Сергей Тиглинов:

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

Этапы реконструкции

Для оценки объемов работ и в соответствии с международными нормами необходимо было подробно задокументировать и оценить состояние памятника. Арка была разрушена, и единственный способ решить эту задачу – разборка завала и его послойное исследование с фиксацией каждого элемента в виде компьютерной 3D-модели. Весь рабочий процесс по цифровому исследованию выглядел следующим образом:

1. создание модели видимой поверхности развала в его состоянии непосредственно после взрыва;
2. построение базовой упрощенной модели для предварительного анализа, позволяющей провести выделение видимых на поверхности блоков, подсчет сохранившихся элементов и планирование дальнейших работ по документации развала;
3. послойная разборка развала и трехмерное моделирование каждого сохранившегося элемента Арки при помощи 3D-сканера;
4. виртуальная реконструкция арки и размещение выявленных сохранившихся элементов на исходных местах в пространстве модели.

Для создания трехмерных моделей отдельных камней использовался 3D-сканер Artec Eva. Устройство позволило не только оцифровывать геометрию объектов с точностью до 0,1 мм, но и захватывать информацию о текстуре поверхности. Использование 3D-сканера в сравнении с классической фотограмметрией позволило существенно снизить трудозатраты на построение отдельных моделей.

Компания Globatek поставила в Институт истории материальной культуры РАН сразу три 3D-сканера Artec Eva, что позволило производить оцифровку блоков в короткие сроки.

Сложности

Работе с 3D-сканерами препятствовали условия внешней среды: высокая температура воздуха, яркий солнечный свет, отсутствие электросети, большое количество пыли и песка в воздухе. Яркий солнечный свет негативно влиял на качество и скорость работы. Решением этой проблемы стало использование мобильного укрытия, собранного из легкой арматуры и брезентовой ткани. Также ученые старались сканировать вечером и ночью.

Проблему недостатка электричества решали специальные портативные батареи, которые позволяли несколько часов работать без доступа к электросети.

В ходе работ стало очевидно, что слишком подробные модели затрудняют цифровую реконструкцию, с ними невозможности работать всем одновременно. Поэтому был выработан стандарт облегчения 3D-моделей: для каждого блока сохранялись обе модели — и высокополигональная и упрощенная. Специалисты ИИМК РАН экспериментально выяснили, что количество полигонов каждой модели может быть сокращено в среднем до 20-30 тысяч без значительной потери информации об особенностях камня. При необходимости уточнить какие-то детали, которые могли быть утрачены при упрощении модели, у исследователей всегда была возможность обратиться к архиву, в котором хранятся оба варианта модели — исходные полноразмерные и «легкие» упрощенные.

Результат

На основе данных 3D-сканирования была произведена компьютерная реконструкция Триумфальной арки, затем — проект реставрации, который 11 апреля 2023 года был одобрен на заседании ученых советов Института истории материальной культуры РАН, Государственного Эрмитажа и Московского архитектурного института.