Файл: Математические методы в исторических исследованиях виртуальная историческая реконструкция и трехмерное моделирование.docx
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 151
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
- Моделирование природных процессов и их воздействия на исследуемый объект.В некоторых случаях результаты компьютерногомоделирования воздействия природных явлений на рассматриваемыйобъект может дать объяснение отдельным найденным археологическим артефактам.
Например, Колизей. Долгое время археологи не могли дать идентификацию назначения отдельных деталей стен, предположительно используемых под крепление тента. Сложная конструкция, состоящая из 240 столбов, поддерживающих гигантскую материю (тент), оставила после себя только следы и отдельные крепления в стенах древнего монумента. Проверке гипотезы существования тента и функционирования механизмов Колизея посвящена монография «Reconstitution virtuelle de la Rome antique» Françoise Lecocq [34].
Существовало несколько вариантов тентов Колизея, предложенных исследователями; наиболее правдоподобными считались две гипотезы – историков и архитекторов (см. рис. 8). По одной из них предполагалось, что конструкция тента работала на основе больших деревянных столбов-мачт, на которых натягивалась ткань (аналогично парусам) . Вторая гипотеза, предложенная архитектором А.С. Carpiceci, совершенно иначе представляла конструкцию тента, опираясь на использование сетей канатов для поддержки купола, излучающих сети канатов из центрального кольца. При этом первая система канатов, связанная с центральным кольцом, проходит через шкивы на верхней части мачты, а затем вниз к земле, к лебёдке [34].
Рис. 1. Гипотезы устройства тента над Колизеем F. Lecocq
Построение виртуальной модели Колизея с двумя системами тента и моделирование воздействия освещения в течение всего дня посредством компьютерного эксперимента позволили исследователям David Desfougeres и Frédéric Tourniquet проверить функциональность существующих в науке гипотез о его конструкции и внешнем виде, что невозможно было без применения компьютерных программ в рамках традиционного подхода [34]. Таким образом, в ходе компьютерного эксперимента исследователями была отобрана гипотеза архитектора А.С. Carpiceci как наиболее выдерживающая критику с технической стороны (см. рис. 9).
Рис. 9. Проверка гипотезы Dearborn-Bauer о функциональности двух строений Священной Скалы (слева). Фотография фундаментов двух башен (справа)
Аналогичный эксперимент был осуществлён в Institute for Advanced Technology in the Humanities университета Виржиния и Cultural Virtual Reality Laboratory (University of California at Los Angeles) историком – антиковедом Bernard Frischer и Chris Johanson с целью проверки гипотезы Dearborn-Seddon-Bauer (гипотеза названа по фамилиям трёх исследователей) о функциональном назначении двух башен инков, расположенных на острове озера Титикака (Боливия) как месте для сакральных целей (храм Солнца). По этой гипотезе башни служили маркерами отметки времени зимнего солнцестояния. Но испанские летописи XVI в. невнятно описывают многие места, где происходило поклонение богу Солнца.[13]
Большинство найденных археологических артефактов (отдельные отверстия в скалах, ряд больших ступеней на склоне гор, отдельные башни, в частности две одиноко стоящие каменные башни на острове озера Титикака) вызывали ряд вопросов о функциональности строений. Так, в ходе анализа сохранившегося фундамента двух башен и других артефактов в числе гипотез о функциональности строений была выдвинута идея об использовании данных строений в культовых целях – поклонение богу Солнца в период летнего и зимнего солнцестояния. Однако подобная гипотеза нуждалась в обосновании, для чего исследователями был осуществлён полевой эксперимент. Так, на место фундамента каждой из башен в период солнцестояния было выставлено по одному флагу для создания видимости момента нахождения солнца между двумя башнями. Эксперимент был призван удавшимся, однако оценить полную картину исследователи не могли. Более подробная реконструкция момента солнцестояния могла быть проведена только компьютерным экспериментом в 3D-программах.[11]
В ходе эксперимента движение солнца и момент зимнего солнцестояния светила между двух башен позволили исследователям Bernard Frischer и Chris Johanson восстановить картину солнцестояния, а также сделать отдельные предположения о количестве участников церемонии при наличии значительного расстояния между жрецами и простыми участниками поклонения и при минимальном расстоянии между ними с учетом угла обзора наблюдавших процесс солнцестояния исходя из площади фундамента башен и т.д. Несмотря на то, что эксперимент подтвердил теорию Dearborn-Seddon-Bauer о возможности использования зданий башен как места отправления религиозного культа, точность компьютерного эксперимента более чётко позволила сформулировать представление о функциональности строений и участниках культового ритуала [7].
Не стояли на месте исследования в области палеоантропологии. Применение трёхмерных технологий палеоантрополагами началось практически одновременно с археологами. Так, в середине 1980-х гг. компьютерные программы начинали постепенно внедряться в сферу этой области науки первоначально как инструменты анализа изображений; появившиеся впоследствии трёхмерные программы, лазерные сканеры производят, по словам Jean-Jacques Hublin, профессора Института эволюционной антропологии Fritz Haber Institute of the Max Planck Society Jean-Jacques Hublin [8], «революцию в области палеонтологии человека и физической антропологии», положив начало тому, что стали называть виртуальной палеоантропологией.
Для специалистов 1994 г. ознаменовался выходом в свет статьи C. Baldock, S.W. Hughes, и D.K. Whittaker «3D-реконструкция древних египетских мумий с применением компьютерной рентгенотомографии» [35].
Анализируя опыт своих предшественников, профессор Jean-Jacques Hublin среди возможностей применения трёхмерных технологий в палеоантропологии отметил:
- возможность компьютерного моделирования недоступной прямому наблюдению внутренней структуры объекта;
- методику виртуальной фильтрации и реконструкции артефакта(включая коррекцию пластических деформаций).
Разработанные методы анализа артефактов широко используются виртуальной палеоантропологией (яркий пример – проект Британского музея 2004 г. по построению трехмерной модели древнеегипетской мумии священника Неспереннуба, захороненного в Фивах примерно 2800 лет назад, на рубеже VIII–VII вв. до н.э. (см. рис. 10). В ходе оцифровки модели, проводимой на основе специализированного программного обеспечения Silicon Graphics, было получено полторы тысячи срезов (слоёв) мумии, впоследствии «склеенных» в единую модель. Благодаря проведённой оцифровке стало возможным проводить многоаспектный анализ частей мумии, слоёв ткани, различных сопутствующих предметов (например, амулетов, фрагментов стекла и т.д.) без повреждений исследуемого объекта) [36].
Рис. 10. Компьютерный анализ мумии священника Неспереннуба
2.2 Трехмерные технологии как инструмент автоматизированной реконструкции объектов историко-культурного наследия
В рамках данного подхода исследователями были предложены следующие методы обработки исторических источников и археологических артефактов:
- Автоматизированная генерация городских ландшафтов. В 2009 г. междисциплинарная исследовательская группа Ritsumeikan Asia Pacific University Akihiro Tsukamoto, Yuzuru Isoda и др. предложила в рамках этого подхода методику восстановления городской застройки на базе технологий автоматизированной генерации городских ландшафтов (на примере реконструкции японского города Киото XVII в.) [37].
Предложенный подход был апробирован по данным о районе исторической части города Киото – Kyomachia, в котором было выделено семь типовых видов дворов, размещаемых в автоматическом режиме программой на основе анализа плана с отметками границ строений (см. рис. 11). В итоге анализа плана города программа предлагала исследователю несколько вариантов размещения типовых объектов дворов, которые затем корректировались разработчиками в редакторе самостоятельно [37].
Рис. 11. Восстановление городской застройки Киото XVII в. на базе технологий автоматизированной генерации городских ландшафтов
- Автоматизированный анализ фрагментов осколков разрушенного объекта на базе технологий лазерного сканирования. В качестве объектов исследования выступают составные части строения, такие как колонны, лепнина, осколки бытовой античной посуды и т.д. Посредством лазерного сканера программа по заданному алгоритму осуществляет автоматическую «сборку» отсканированных фрагментов в единую структуру. В качестве примера стоит отметить проект автоматизированного анализа фрагментов керамической посуды и их реконструкции, реализованный исследователем Avshalom Karasik [1].
В ряде случаев междисциплинарными коллективами исследователей (например, исследовательской группой Fondazione Bruno Kessler – 3D Optical Metrology 3DOM и др.) [39], работающих в области реконструкции объектов культурного наследия, для решения задачи пространственного анализа и реконструкции исторической территории используются технологии лазерного сканирования, беспилотные летающие аппараты для аэрофотосъёмки (гексакоптеры, самолёты и т.д.), ГИСы, а также программы трёхмерного моделирования.
В отечественной историографии данная проблематика неоднократно затрагивалась в работах Д.С. Коробова [39]. Так, в ходе изучения памятников разных эпох в Кисловодской котловине сотрудники Института археологии РАН совместно с немецкими археологами проанализировали 590 археологических объектов, осуществили привязку объектов к системе географических координат, разработали базу данных ГИС, включающую материалы обследования: аэроснимки, карты георадарного обследования, микротопографической съемки и т.д. [40].
При реконструкции объекта с хорошо сохранившимся комплексом источников исследователь должен обладать навыками синтеза источников разных типов (описательного и изобразительного характера); при этом стоит учитывать, что исторический источник может отражать объект в его эволюции. Тем самым при построении виртуальной реконструкции полученная трёхмерная модель может содержать несколько временных срезов, отражающих эволюцию объекта. Такие реконструкции в большинстве случаев получают название 4D- виртуальных реконструкций, где в качестве одной из компонент измерения служит время, а 3D-инструментарий используется для пространственного анализа реконструируемого объекта в его исторической эволюции.[35]
Посредством технологий трехмерного моделирования, геоинформационных систем, аэрофотосъёмки с использованием беспилотного летательного аппарата (гексакоптер на базе программного модуля управления Xaircraft 650) могут осуществляться пространственный анализ территории реконструируемого монастырского комплекса с учетом его исторической эволюции (см. рис. 12) [39].
Рис. 5. Гексакоптер Xaircraft 650 (переработанная модель), видеоочки для
полёта Fat Shark, пульт управления Hitek 9-канальный (слева). Территория монастыря с квадратами съёмок (справа). Съемка Д.И. Жеребятьева
В процессе восстановления внешнего облика монастырских строений выявлялись отдельные противоречия данных, представленных в источниках разных видов, например в чертежах и фотографиях. Выявилась также частичная неполнота источниковой базы по отдельным строениям монастыря. Решение этих проблем стало возможным благодаря синтезу источниковой базы, реализованному с помощью компьютерных программ трёхмерного моделирования. В процессе построения виртуальной реконструкции синтез разного рода источников (в частности, фотографий начала XX в.) дал возможность восстановить внешний облик монастырских строений, по которым чертежи не сохранились. Виртуальная реконструкция монастырского кладбища, парка, огорода и других составных частей монастыря позволила нам не только проследить эволюцию облика и формы монастырских построек, но и затронуть вопросы экономических и социальных аспектов деятельности монастыря.[39]
Построение информационной оболочки на базе html-страницы дало возможность нам осуществить привязку трёхмерных моделей строений к имеющимся источникам о монастырском комплексе из архивных фондов ЦИАМ, ЦАГМ, РГАДА, тем самым создав потенциальную возможность пользователям верифицировать виртуальную реконструкцию.[40]