Трехмерное сканирование наскальных рисунков Алтая в технике гравировки

На протяжении последних лет неуклонно растет интерес к применению трехмерного моделирования в археологических исследованиях. В первую очередь 3D-технологии используются для создания объемных цифровых моделей. Так, во Франции были созданы копии уникальных пещер с рисунками (Ляско,

Шове) в формате электронных 3D-моделей, по которым выстроены копии пещер в натуральную величину. Сами пещеры законсервированы для сохранения оригинальных рисунков, а их двойники дали возможность демонстрации шедевров наскального искусства широкому кругу посетителей.

В последние годы отмечается значительный прогресс в объеме оцифрованных музейных фондов. Среди российских виртуальных коллекций в 3D отметим Тульский государственный музей оружия , виртуальный музей Ингушетии , археологическое общество Псковской обл. , Гнёздовский археологический комплекс , музеи Пермского университета , виртуальный музей «Артефакт» Томского государственного университета . В совместном проекте ИАЭТ СО РАН и НГУ «3D-галерея НГУ» трехмерные модели предметов археологических коллекций не только публикуются в Интернете, но и используются в электронных и очных учебных курсах [Казаков, Ковалев, Жумадилов, 2016].

Для исследования петроглифов также применяются 3D-технологии. Существует определенная сложность трехмерного моделирования наскальных рисунков, связанная с выраженным плоским характером объектов, что мешает получить достаточно качественное разрешение по глубине рисунка при его большой площади. В трасологии, где не требуется сканирования всей композиции, а достаточно 3D-модели небольшого фрагмента в сверхвысоком разрешении, данная задача успешно выполняется методом фотограмметрии или фо-тостекинга [Plisson, Zotkina, 2015]. В общих задачах изучения петроглифов актуально выполнение трехмерного моделирования наскального рисунка целиком.

До бурного развития цифровой фотографии основным способом копирования петроглифов являлась прорисовка фигур на транспарентные материалы стойкими маркерами или получение разного рода эстампажей. Однако при таком способе велика вероятность непроизвольного внесения автором ошибки или искажения. Фотофиксация петроглифов также весьма непростая задача, так как изображения на скалах, как правило, хорошо различимы лишь при определенном освещении. Рельеф – а петроглифы Алтая по большей части выполнены в технике углубленного контррельефа – становится визуально заметным только при выраженном боковом подсвете плоскости. При этом для рассмотрения всех деталей рисунка может понадобиться боковой подсвет плоскости поочередно с разных сторон.

При работе с качественной трехмерной моделью с высоким разрешением исследователь получает возможность изучать рельеф рисунка удаленно без потери информации или внесения субъективности. Для увеличения четкости рисунка на цифровой модели могут использоваться различные программ-450

ные методики, в т.ч. управление боковым подсветом в виртуальной сцене.

Ранее, в 2015–2016 гг. авторами статьи было опробовано трехмерное сканирование скальных плоскостей с выбитыми рисунками – композиция с изображением колесницы бронзового века, петроглифы в стиле «оленных камней» и др. Для 3D-сканирования использовалась технология структурированного подсвета. Были показаны преимущества этого метода для данной задачи перед фотограмметрией, а также описаны техники постобработки полученных моделей для выделения рисунка [Черемисин и др., 2015].

Таким образом, методика применения сканеров для документирования петроглифов Юго-Восточного Алтая была апробирована, но объектами служили рельефные, достаточно глубоко выбитые на скальных плоскостях фигуры. В 2017 г. методика 3D-сканирования структурированным подсветом была апробирована на более тонких объектах наскального искусства – гравировках. Как правило, они гораздо менее рельефны, врезаны в скалу не глубоко, а прочерченные поверхностными штрихами или процарапанные линии, которыми также выполнялись изображения на скалах, и вовсе нерельефны. При этом встречаются столь тонкие абрисы, что их невозможно скопировать на транспарентные материалы контактным способом, т.к. линия, которую оставляет маркер, шире наскального оригинала. Трудности, связанные с документацией гравировок, хорошо известны специалистам (см.: [Черемисин, 2011, Миклашевич, 2012; и др.]).

Наскальные изображения, выполненные в технике гравировки и прочерчивания, представляют собой большой пласт среди разновременных петроглифов Юго-Восточного Алтая. В долине р. Ча-ган они встречены среди петроглифов бронзового века, скифской эпохи, раннего Средневековья, нового и новейшего времени [Окладникова, 1988; Черемисин, 2003, 2011; и др.]. Зафиксированы гравированные эскизы, по которым впоследствии выполнялась выбивка, сочетание техники пикетажа и гравировки. Особую ценность представляют гравированные изображения колесниц бронзового времени и высокохудожественные древнетюркские гравюры, в деталях представляющие реалии эпохи. Для нанесения таких гравюр, насколько можно судить по детализированным фигурам древнетюркских воинов, использовались различные инструменты, оставлявшие разные по ширине и глубине линии. Раскрытие, проявление пласта гравированных петроглифов позволяет представить многообразие, техническое совершенство и богатство наскального искусства [Миклашевич, 2012, Панкова, 2012; и др.].

В качестве одного из объектов сканирования выбрана батальная сцена с противостоящими древнетюркскими воинами, которую невозможно скопировать на прозрачные материалы ввиду небольших размеров и тончайших резных линий (фрагмент сцены представлен на рис. 1). Для трехмерного сканирования использовался сканер на основе технологии структурированного подсвета RangeVision. Сканирование проводилось со следующими параметрами: размер зоны сканирования: 66 × 50 × 50 мм, точность 3D-точки

(среднеквадратическое отклонение): 0,03 мм, 3D-разрешение: 0,02 мм, рабочее расстояние: 0,27 м; разрешение камер: 5 МП; разрешение проектора: 1280 × 800 p; минимальное время создания одного снимка: 30 сек.

Для нивелирования отрицательного влияния окружающей среды на процесс сканирования использовалась палатка без дна, внутри которой размещался специалист со сканирующим оборудованием над горизонтальной скальной поверхностью с рисунками. Это позволило защитить оборудова-

Рис. 1. Фрагмент трехмерной модели древнетюркских гравировок (вверху) и фрагмент фотографии того же участка (внизу).

Рис. 2. Фотопанорама выбитой фигуры оленя (вверху) и трехмерная модель того же объекта (внизу).

ние от возможных атмосферных осадков, а также обеспечить защиту от искажений, вносимых порывами ветра (вибрации сканера) и насекомыми, привлекаемыми ярким источником света.

Для полученной модели древнетюркских гравировок с применением инструментов пакета для 3D-моделирования (GeoMagic Studio, инструмент «линейка») были измерены параметры глубины резных линий, которые в разных местах составили лишь 0,02–0,09 мм.

В 2017 г. также продолжались работы по сканированию выбитых рисунков, например, крупной фигуры оленя в стиле оленных камней (рис. 2), нанесенной на горизонтальную поверхность скального выхода.

Сравним полученные 3D-модели c фотографиями по степени различимости рисунка. В случае древнетюркских гравировок – преимущество за фотоснимком по двум основным причинам. Во-первых, данный наскальный рисунок хорошо выделяется цветом на фоне поверхности, что встречается далеко не всегда. Во-вторых, фиксация тонких гравировок находится на пределе разрешающей способности данного сканера.

С выбитой фигурой оленя ситуация противоположная – рисунок на 3D-модели в целом более различим, нежели на фотографии, несмотря на то, что достигается более высокое разрешение фотографии за счет использования панорамной склейки. Видно, что на фотографиях рисунок сли- вается с фоном, в то время как на 3D-модели можно выделить фигуру рядом техник, таких как боковой подсвет, маска глубины и др.

Таким образом, в 2017 г. применение сканирующего устройства на основе структурированного подсвета было апробировано на гравированных петроглифах. На полученной модели программным методом была измерена глубина резных линий. Было проведено сравнение трехмерных моделей петроглифов в различных техниках с их высококачественными фотоснимками. В результате сравнения было показано, что информативность трехмерных моделей выше, что особенно заметно на рисунках, выполненных в технике контррельефа. Перспективы использования сканера в большей степени связаны с фиксацией и изучением выбитых наскальных изображений, а также тех, в которых техники гравировки и пикетажа сочетаются.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14-50-00036).