Фотофиксация архитектурных объектов и возможности псевдо-3D моделирования

В историко-архитектурных и этнографических исследованиях фотофиксация фасадов зданий и деталей конструкций играет подсобную роль, уступая главенствующее место крокам с обмерами и зарисовкам. Документальная и художественная фотофиксация дает в работах по обмерам зданий и в дальнейшей камеральной обработке материала возможность более глубокого анализа объекта и помогает в дешифровке кроки. В полевых условиях работы по обмерам трудоемки и часто страдают неполнотой и неточностью. Появление цифровых фотоаппаратов высокого разрешения, в том числе и профессионального класса, позволяет выполненные фотоснимки использовать для псевдо-3D моделирования, которое дает не истинные модели, а их имитацию, что является более простым и доступным способом получения объемных изображений. Вместе с тем, псевдо-3D моделирование выгодно отличается от простых стереоизображений, полученных, например, фотограмметрическим методом, и видеосъемки возможностью приближения моделей к зрителю для уточнения деталей, вращения и установления размеров по масштабу.

В настоящее время существует несколько программных продуктов для псевдо-3D моделирования. Актуальность разработок программ для псев-до-3D моделирования подчеркивает тот факт, что одним из последних продуктов компании Майкрософт является Photosynth, выпущенный в свободный тестовый доступ в августе 2008 г. Он обладает как достоинствами, так и недостатками, пока еще слабо разработаны способы навигации, доступности файлов и пр. Областью применения подобных программ, как правило, являются презентации, популяризация каких-либо объектов, развлечения. Однако они открывают и новые возможности в проведении научных исследований, в частности, в обследованиях памятников архитектуры. Данная статья посвящена обсуждению результатов применения разработанной авторами новой методики фотофиксации архитектурных объектов.

В полевой сезон 2008 г. отряд под руководством В.С. Мыглана (Сибирский федеральный университет, г. Красноярск) выполнял обследования и дендрохронологический анализ объектов Архитектурно-этнографического музея «Тальцы» (Иркутская область). По предложенной авторами методике сотрудниками его отряда были выполнены фотографии построек Илимского острога, церкви Казанской Божией Матери, волостного прав- ления, дома псаломщика, церковно-прих одской школы, каскада мельниц, усадеб Московского, Зарубина, Непомилуева, Прокопьева, Серышева, Сотая. Всего было сделано около 1000 фотографий. Полученный фотоматериал был апробирован для получения псевдо-3D моделей с помощью программы Photosynth.

Разработанная методика предусматривает комплексное использование документальной и художественной фотосъемки, причем в реальных полевых условиях необходимо выполнить ряд требований, чтобы выйти за рамки обычных видовых съемок, а полученный материал стал научной фотофиксацией. Фотографирование ведется с разрешением не менее 5 Мpx.

Начинать съемку нужно с общих видов сооружения. Они дают более полное представление о сооружении и показывают его в контексте городского или природного ландшафта. При фотографировании ансамблей и комплексов фиксируются все объекты, входящие в их состав. Художественная фотосъемка показывает достоинства архитектурного объекта как произведения искусства, выявляет особенности его архитектурного облика и образные характеристики. При этом съемка может производиться с самых разных точек при использовании эффектов освещения в любое время суток.

При документальной фиксации недопустимо фотографирование в сильном ракурсе, искажающем сооружение. Необходимо также избегать резких контрастов света и тени, чтобы были лучше видны детали. Затем снимают фасады, фрагменты и интерьеры. Далее последовательно фиксируют все неповторяющиеся архитектурные детали и элементы декоративного убранства здания, произведения монументальной живописи и скульптуры, связанные с ним.

Изображение деталей, фрагментов и фасадов нужно давать максимально приближенным к ортогональной проекции. Для четкого выражения масштабности снимаемого следует применять рейку с делением на дециметры и сантиметры в зависимости от размера элемента или детали. Использование двух соединенных под прямым углом реек с делениями делает возможным более точное воспроизведение детали при камеральной обработке. При фотографировании здания не следует ограничиваться съемкой только внешних и внутренних видов здания и его деталей. Надо фиксировать все старые части здания и остатки его декоративной обработки, которые сохранились на чердаках, в подвалах и т.д., а также те места, где заметны переделки, искажения и разрушения.

Фотограф обходит объект по воображаемой дуге, делая снимки через каждые 5-7 градусов. Нужно принять во внимание, что методы построения трехмерной модели, заложенные в существующие программы, оказываются эффективными при условии, что фотографии делаются при движении по дуге с остановками не более, чем через 15 градусов. При больших значениях восстановление изображения из промежуточных углов требует дополнительного оборудования (напр., лазерной подсветки) и больших вычислительных мощностей.

При фотофиксации интерьеров, фотограф делает снимки, поворачиваясь вокруг своей оси также на 5-7 градусов. Снимки сохраняются на любом накопителе достаточного объема. В составe оборудования в полевых условиях необходим ноутбук с выносным жестким диском 400 Гб. Для объекта выполняется не менее 30 снимков, которые затем могут быть использованы как в программе Photosynth, в основу которой положено восстановление узловых точек объемной модели на основе анализа контуров, подобия цвета и градиента освещенности, так и другой аналогичной программе. Привязка изображения в отличие от аналогичных панорамных моделей делается не к шару, а к тору, что позволяет показать не окружение объекта, а сам объект в пространстве со всех сторон.

Методика позволяет создать изобразительную основу для дальнейшей обработки. Благодаря выполненным фотографиям не представляет труда восстановление технологических приемов создания конструктивных элементов. Результатом работы является не только наглядность, но и возможность производить измерения, приближать объект для уточнения деталей, вращать его и производить другие действия. В отличие от стереоизображений предложенная технология способна убирать геометрические искажения изображения путем пересчета параллаксов. Снимки успешно заменяют чертежи, позволяют получить детальное представление не только о самом объекте, но и о природном окружении, а также при необходимости наносить размеры.