О некоторых возможностях стереофотограмметрических технологий при исследовании массового керамического материала

танционно, без нарушения культурного слоя.

Первоочередные задачи комплексного исследования массового керамического материала с помощью стереофотограмметрических технологий можно свести к следующему:

• а)    опережающая, дистанционно-неконтактная мультиспектральная стереофотограмметрия участка археологических исследований – обнаружение, классификация и фиксация координат находок в слое, их формы и состояния;

• б)    селекция фрагментов керамики по коэффициенту отражения, оптико-геометрическим и другим признакам, регистрация в базе данных полевых исследований;

• в)    цифровая реконструкция формы сосудов по их фрагментам (из базы данных);

• г)    измерение формы и детализация поверхности сосуда (трёхмерная цифровая модель), регистрация в электронной базе данных.

В соответствии с этими задачами реализуются решения новыми методами с более объективными критериями.3 Так, использование мульти-спектрального дистанционно-неконтактного зондирования способствует более точному опознаванию оптико-геометрических, термографических и иных характеристик, позволяет получать синхронные изображения археологических объектов в различных зонах спектра. Анализ отражающих свойств, оптико-геометрических характеристик фрагментов керамики может быть ключевым, особенно при обработке фрагментов одного и того же сосуда при работе в слое, когда исследования сопровождаются инфракрасной или радиотепловой аппаратурой, с широким диапазоном рабочих частот. В инфракрасном диапазоне отчётливо выделяются термографические признаки соответствующих типов фрагментов керамики.4 Несколько изображений одного и того же поля, полученного с помощью таких стереофотограмметрических систем в течение определенного времени, можно представить в виде трёхмерной модели. Такое представление вводит дополнительную степень свободы, обеспечивает более точную визуализацию, даёт кар- тину расположения и распределения фрагментов по площади и глубине. Очевидно, что селекция фрагментов, анализ механики разрушения сосудов с помощью данных стереофотограмметрии позволит не только учитывать динамику распределения керамики в целом, но и селекцию разброса фрагментов частей одного сосуда. Это позволит в дальнейшем использовать зарегистрированный материал для распознавания объектов сопоставлением, при помощи компьютера, закодированных форм, размеров и плотности фототона полученного изображения и эталонного, реконструировать сопутствующие им явления или события. Так, например, компьютерный анализ фотограмметрических данных, остатков гончарной продукции с Увекского городища5 при исследовании механики разрушения сосудов позволил выявить пространственный разброс фрагментов однотипной керамики: от исходного положения в восточном, северо-восточном направлениях, совпадающих с направлением движения катастрофического оползня, произошедшего в середине XIV вв. Благодаря использованию стереофотограмметрических технологий были получены уникальные данные по динамике и структуре древнего оползня.6

Анализ будет более полным, если будут учитываться данные других исследований, например, материалы ранее выполненных археологических, геофизических, геоэкологических и др. исследований, а также базовые данные, составляющие основу ГИС: электронные карты, цифровые модели рельефа и т.п. Это позволит получить целостную характеристику археологического памятника сопоставлением различных компонентных карт, сопряжённых с мультиспек-тральной стереофотосъёмкой, и расчленением территории на участки, обладающими определёнными свойствами (например, концентрацией однотипной керамики, позволяющей классифицировать данный выдел как специализированный гончарный центр). Важно отметить, что и последние инициативы Европейского Союза в области исследования культурного наследия направлены на стереофотограмметрическую обработку картографической информации, трёхмерную съёмку выявленных объектов, их текстуры, отражающих свойств и других данных по объекту исследований, позволяющих воссоздать расширенную реальность с визуальным распознаванием местоположения (виртуальная археология), идентифицировать опорные признаки, свойства и материалы трёхмерных археологических объектов.7 Это позволит перейти на новый качественный уровень отображения и фиксации археологической информации.8

Отдельной особенностью применения стерео-фотограмметрических технологий при исследовании археологической керамики является возможность быстрого и качественного измерения формы фрагментов с последующей программной рекон- струкцией гончарного сосуда. Необходимый уровень точности и качество инструментальных измерений (особенно при трёхмерной реконструкции сосудов) достигаются с помощью координатноизмерительных систем, широко используемых в машиностроении. Эти системы, в конструкциях которых используются стереофотограмметричес-кие принципы, способны обеспечивать высокую точность и скорость измерения различных сложных объектов и структур. Вместе с тем сформированная на такой аппаратуре информация о размере имеет свои погрешности, связанные с погрешностью размещения керамического изделия на базирующую поверхность, положением и формой измерительных и основных элементов и др. Кроме того, для обеспечения точности позиционирования, а также для предотвращения наклона, отрыва или разворота изделия относительно базирующей поверхности в конструкцию измерительной системы часто вводят подпружиненные упоры, которые вызывают нежелательные колебания и деформацию измеряемого изделия. Использование в измерительной системе элементов конструкции гончарного круга с нижней базирующей поверхностью и верхним пневматическим конусно-кольцеобразным регулируемым упором обеспечивает оптимальную установку измеряемого изделия, особенно в тех случаях, когда необходимо произвести трёхмерное измерение координат точек поверхности сосуда (аналогичное устройство было создано и использовано при виброакустических исследованиях археологической керамики лабораторией Пединститута Саратовского государственного университета совместно с Саратовским государственным техническим университетом и Институтом археологии Национальной Академии наук Украины в 2002-2004 гг.). При вращении гончарного сосуда происходит относительное перемещение сенсора (входящего в состав стереоскопического блока) вдоль измеряемой поверхности, и для каждого положения устройства производится запись пары стереоскопических изображений, которые передаются на блок обработки. Результатом такой обработки стереопары является вектор измерений трехмерных координат точек поверхности.

Задача измерения сосуда существенно затрудняется при отсутствии его отдельных частей. В то же время при исследованиях, связанных с реконструкцией археологической керамики по её фрагментам, в настоящее время накоплен достаточно большой опыт.9 Причём использование стереофотограмметрических систем на основе оптико-геометрического синтеза и специализированных программных продуктов позволяет проводить такие исследования в автоматизированном режиме и на более качественном уровне. Архитектура такой системы оптико-геометрического синтеза основана на иерархическом упорядочении эвристик поиска комплементарных пар фрагментов керамики, т.к. оптико-геометрические характеристики приносят достаточную информацию, определяемую микротекстурой поверхности, декором, трасологическими структурами и взаимным расположением фрагментов. Данный подход был успешно реализован в лаборатории информационных технологий Пединститута СГУ, и его возможности были продемонстрированы на прошедшей в 2006 г. III Международной научной конференции, посвящённой 75-летию Г.А. Фёдорова-Давыдова (г. Москва), и в 2007 г. на Учредительном съезде Международного Конгресса средневековой археологии евразийских степей (г. Казань). Программный механизм разработанной системы был реализован на базе среды разработки экспертных систем CLIPS (функциональный язык программирования). Были реализованы независимые пакетные программы, связанные с селективной выборкой фрагментов керамики, анализом гистограмм, численными расчетами на языке Turbo Pascal 7.0, построением трёхмерной модели сосуда и др. Для создания прототипа была проведена формализация некоторых эвристик, относящихся к качественному анализу формы трасологических образований и термографических характеристик изображений. На практике производилась сте-реофотограмметрическая съёмка атрибутивных фрагментов керамики, на основании которых строилась 3D-модель сосуда, заполняемая зафиксированными фрагментами. Основной акцент был направлен на пользовательский интерфейс, позволяющий в доступной форме производить автоматизированную обработку фрагментов керамики с помощью обычного планшетного сканера. Полученные результаты – десятки реконструированных сосудов из археологических сборов 2002-2006 гг. (Увекское городище) – позволяют сделать вывод о целесообразности применения пакетных стереофотограмметрических программных алгоритмов при реконструкции гончарных изделий, которые значительно упрощают камеральную обработку массового материала, повышают качество и достоверность исследования археологической керамики. В настоящее время стереофотограмметрические технологии являются наиболее отработанным продуктом, позволяющим эффективно проводить исследования комп- лексного характера как на всей территории археологического памятника, так и по отдельным объектам культурного наследия.