Ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ, участник «Проекта 5–100») разработали фотограмметрическую систему высокоточных бесконтактных измерений 3D-координат, которая может создавать 3D-модели древних памятников культуры. Ее планируется применить в археологическом исследовании Игнатьевской пещеры, расположенной в южной части Уральских гор, где в 1980 году были обнаружены наскальные рисунки.
Фото: Sergey Averchenko
Фото: Sergey Averchenko
Игнатьевская пещера — памятник природы и культуры мирового значения, расположена неподалеку от села Серпиевка (Катав-Ивановский район, Челябинская область). На стенах пещеры есть изображения, созданные 15 400–18 900 лет назад. На рисунках — мамонты, лошади, быки, фантастические животные, антропоморфные фигуры, знаки, отдельные линии и пятна краски.
Пещера — одно из популярных туристических мест на Урале, в силу чего ее микроклимат нарушается, что негативно сказывается на сохранности древних изображений. Ученые-археологи отмечают: чтобы спасти рисунки от полного исчезновения, необходимо ограничить доступ в пещеру, а сами изображения воссоздать в 3D-формате при помощи фотограмметрической съемки и 3D-сканирования.
«Фотограмметрическая система применима для создания цифрового облика пещеры. Ее 3D-реконструкция позволит с высокой точностью — до миллиметра — воспроизвести размеры и месторасположение элементов изображений, рассмотреть их с высоким разрешением в 3D-формате. Таким образом, мы получим возможность воссоздать объемный наскальный рисунок в доступном для всех желающих месте (например, сделать экспозицию в специальном павильоне, аналоге пещеры). Тем самым мы в точности сохраним бесценные артефакты для будущих поколений. Второй важный момент: перевод рисунков в цифровой 3D-формат дает нам возможность изучать уникальную наскальную живопись дистанционно из любой точки мира при наличии нужного девайса и сети интернет»,— комментирует Гаяз Самигуллов, старший научный сотрудник Научно-образовательного центра евразийских исследований ЮУрГУ, кандидат исторических наук.
Система также широко используется в аэрокосмической отрасли, машиностроении, самолето- и спутникостроении, строительстве, криминалистике, а также при анализе ДТП, где необходимо знать положение одних объектов относительно других, причем бесконтактно. В частности, в строительстве фотограмметрическая система применяется в области технологий информационного моделирования для измерения соосности опор высотных зданий: она позволяет с минутной или секундной точностью определять, насколько эти опоры отклонятся от вертикального положения или по отношению друг к другу.
В криминалистике фотограмметрическая система поможет по фотографии восстановить сцены происшествия в 3D, позволяя помечать определенные места, определять координаты и расстояния. Еще одно применение — вычисление ущерба, который получил автомобиль при ДТП. Сцена дорожно-транспортного происшествия отмечается кодовыми марками и мишенями — так создается ее реконструкция.
Принцип работы фотограмметрической системы основан на съемке специальных маркеров при помощи обычного фотоаппарата или даже камеры телефона. Другие системы работают только с определенными моделями фототехники. Разработанное программное обеспечение вычисляет быстро и с высокой точностью 3D-координаты контрольных точек объекта, расстояния, форму поверхности без необходимости в непосредственном контакте с измеряемым объектом.
«Методы измерительной фотографии являются наиболее точными, скоростными и удобными. Система работает следующим образом: определенные точки помечаются мишенями, а потом фотографируются с нескольких ракурсов; программное обеспечение обрабатывает фотографии и выдает 3D-координаты этих точек. Но для чего нужны эти координаты? По ним узнают, как те или иные конструкции расположены в пространстве, ведется контроль расположения элементов этих конструкций. Наша система позволяет сделать это с высокой точностью»,— рассказывает автор разработки, доктор технических наук, заведующий кафедрой информационных технологий в экономике Высшей школы экономики и управления ЮУрГУ Борис Суховилов.
Сейчас фотограмметрическая система ученых Южно-Уральского государственного университета используется ведущей аэрокосмической корпорацией России «“Информационные спутниковые системы” имени академика М. Ф. Решетнёва». Научный коллектив университета участвовал в проекте создания высокотехнологичного низкопольного трамвая совместно с предприятием «Уралтрансмаш», для которого была создана высокоточная система измерения координат каркаса этого транспортного средства.
Фотограмметрическая система ученых ЮУрГУ может использоваться без специальной масштабной линейки, что существенно сокращает стоимость ее применения. Алгоритмы фотограмметрической системы запатентованы (имеют свидетельства о регистрации программ ЭВМ).