Обмерные работы, фотореалистичное 3D моделирование и создание точных чертежей фонтана «Золотой колос» на ВДНХ для целей реставрации

Министерство культуры Российской Федерации до настоящего времени в качестве обмерной документации для целей реставрации скульптурных памятников требует предоставления 2D обмерных чертежей с обозначением на них утрат. Плоские чертежи достаточно информативны для фасадов и стен зданий, однако существенно менее информативны для декора и совсем не позволяют производить точный анализ утрат и производить подготовку проектов реставрации для скульптуры. Опытные реставраторы достаточно давно осознают эту проблему и пытаются найти новые формы предоставления результатов обмеров скульптурных памятников в трёхмерном виде.

В самом конце 2016 года специалисты нашей компании провели точные обмерные работы фонтана «Золотой колос» на ВДНХ методом лазерного сканирования. За полтора года до этого мы уже выполняли обмеры фонтана «Золотой колос» для целей подготовки к световому шоу, однако тогда для выпонения задачи не требовалось ни высочайшей точности, ни высокой плотности съёмки, теперь же нам необходимо было произвести съёмку для целей реставрации этого памятника архитектуры, а это совершенно другая, намного более сложная задача, требующая максимальной точности и подробности результатов измерений.

История и современное состояние фонтана «Золотой колос» на ВДНХ

Фонтан «Золотой колос» представляет собой один из трёх крупнейших фонтанов на ВДНХ в Москве. Первый колос пшеницы был возведён посреди Верхнего пруда на ВСХВ ещё до Великой Отечественной войны, в 1939 году. Он был собран из медных листов и не впечатлял размерами. Кроме того, его конструкция оказалась совсем не долговечной, и уже в 1948 году он был демонтирован. Нынешний огромный 16-метровый колос пшеницы был сооружён на его месте в 1954 году и был приурочен к открытию ВСХВ-54. Новый фонтан, который символизировал радостную и сытую жизнь советского народа, был смонтирован уже из железобетонных конструкций и украшен мозаичной золотистой смальтой. Высота струй воды обновлённого «Золотого колоса», которые били как из нижней части конструкции, так и из рогов изобилия, достигала 25 метров. Поражающий своими размерами и красотой фонтан исправно проработал много лет, но к в 1980-х годах начал постепенно терять мощь струй и свой первоначальный блеск. В 1990-х годах фонтан уже больше не работал и постепенно разрушался. Восстановительные работы для сохранения фонтана были проведены лишь спустя двадцать лет, и в мае 2014 года «Золотой колос» был запущен снова в рамках программы возрождения ВДНХ. Тогда был восстановлен остов фонтана и частично заделаны трещины в самом теле скульптуры. Кроме этого, фонтан был укреплён, а его поверхность покрыта специальными составами для сохранения от внешних воздействий. В 2016 году фонтан был законсервирован, а уже в декабре того же года началось обследование этого архитектурного объекта для целей подготовки проекта его реставрации. В рамках данных мероприятий потребовалось проведение точных обмерных работ.

Архитектурные обмеры скульптуры фонтана «Золотой колос» для целей реставрации

Организация, которая занимается реставрацией объектов историко-культурного наследия и памятников архитектуры, обратилась в инженерную компанию «НГКИ» с просьбой произвести архитектурные обмеры фонтана «Золотой колос» на ВДНХ, предоставить им стандартный набор обмерных чертежей, а также найти и предложить наиболее наглядную форму предоставления результатов обмеров в 3D.

Решение, как наиболее наглядно отобразить объект в трёхмерном виде для реставраторов, для нас было очевидным. Необходимо было сделать следующее:
— произвести детальное лазерное 3D сканирование скульптуры;
— произвести детальное фотографирование всех её элементов;
— выполнить построение точечной 3D модели объекта;
— выполнить построение триангуляционной mesh-модели объекта;
— произвести наложение фотографий объекта на его 3D модель с использованием методов фотограмметрии.

Это и было реализовано нашими специалистами. Полевая часть работ производилась в декабре 2016 года в сильный мороз. Пруд вокруг скульптуры фонтана был покрыт толстым слоем льда, что позволило смонтировать многоярусные туры вокруг скульптуры и произвести её 3D лазерное сканирование с различной высоты. Для обеспечения высокой детальности обмерной модели съёмка велась с максимальной плотностью лазерного сканирования, образуя большое количество точек измерений на каждый скан. Параллельно c каждой точки стояния производилось фотографирование объекта встроенной камерой сканера Leica ScanStation P20, и одновременно с этим опытный реставратор выполнял также фотосъёмку на профессиональную цифровую фотокамеру. Фотосъёмка осуществлялась таким образом, чтобы покрыть всю поверхность объекта снимками с перекрытием кадров. В итоге получилось 20 сканов. Общий же объём облаков точек измерений составил 766 миллионов точек!

Создание фотореалистичной 3D модели и точных обмерных чертежей фонтана

При очень большом количестве граней на скульптуре фонтана «Золотой колос» достаточно высокая точность сшивки облаков могла бы быть обеспечена и при сшивке «по плоскостям», однако для того, чтобы подстраховаться и достичь максимальной точности сшивки полученных сканов, скульптура перед выполнением обмерных работ была обклеена специальными геодезическими марками. Это позволило нашим специалистам на камеральном этапе сшить облака точек по маркам и достичь наивысшей возможной точности сшивки. В результате была получена точечная 3D модель скульптуры, позволившая подготовить стандартный комплект обмерных чертежей скульптуры фонтана.

Построение 3D модели проводилось с помощью фотограмметрической обработки снимков с привязкой к облаку точек в качестве опорного объекта. Совмещение технологий лазерного сканирования и фотограмметрии дало возможность использовать преимущества каждой из методик. Фотоснимки позволили значительно уменьшить количество мёртвых зон, поскольку с фотокамерой можно заглянуть в места, невидимые для лазерного сканера, а также обеспечили более высокую детализацию элементов конструкции. Данные 3D сканирования в качестве опорного элемента обеспечили метрическую информацию ориентации и размера модели.

Для создания фототекстуры при параметрах соответствия одного пикселя одному квадратному миллиметру реальной поверхности скульптуры, нашими специалистами суммарно было обработано более 5000 снимков.

В результате работы наш Заказчик получил:
— точечную модель памятника в формате RCP;
— полный комплект обмерных чертежей в формате DWG;
— текстурированную триангуляционную mesh-модель фонтана в формате OBJ;
— ортофотоизображения модели фонтана в формате TIF.

Реставраторам очень понравились результаты выполненной нашими специалистами работы, и они обещали начать переговоры с Министерством культуры РФ на тему изменения требований к обмерной документации по скульптуре и декору на примере подготовленной нашей компанией документации по фонтану «Золотой колос» на ВДНХ.

Примеры отчётных материалов по проекту

С примерами итоговых отчётных материалов, подготовленных на камеральной стадии работ в результате обработки данных 3D лазерного сканирования и подробной фотосъёмки фонтана «Золотой колос», можно ознакомиться, скачав следующие файлы в формате PDF:

— облако точек скульптуры фонтана «Золотой колос» в ландшафте, полученная по данным 3D сканирования;
— облако точек скульптуры фонтана «Золотой колос» в ландшафте в цветах встроенной в сканер фотокамеры;
— фрагмент сшитого облака точек фонтана «Золотой колос» в цветах фотографии;
— обмерный план фонтана «Золотой колос», построенный по данным 3D сканирования;
— обмерный чертёж фасада 1 фонтана «Золотой колос», построенный по данным лазерного сканирования;
— обмерный чертёж фасада 2 фонтана «Золотой колос», построенный по данным обмерных работ;
— обмерный чертёж фасада 7 фонтана «Золотой колос», созданный по данным архитектурных обмеров;
— ортофотоизображения фонтана «Золотой колос», созданные по результатам обмеров;
— mesh-модель скульптуры фонтана «Золотой колос» с тенями, созданная по сканам;
— mesh-модель скульптуры фонтана «Золотой колос», построенная по данным обмерных работ и фотосъёмки;
— фрагмент mesh-модели фонтана «Золотой колос» с наложенными фотографиями.

По результатам комплекса полевых и камеральных работ, которые были выполнены нашими специалистами в рамках данного проекта, помимо стандартного набора обмерных чертежей скульптуры фонтана «Золотой колос» на ВДНХ, были получены уникальные материалы, предоставляющие результаты обмеров в трёхмерном виде с высочайшей степенью фотореалистичности и точности. Отчётные материалы, переданные нашим предприятием реставраторам, очень информативны и позволяют проводить точный анализ утрат, а также в значительной мере упрощают процесс подготовки проектов реставрации для скульптуры.

Видеоролик о 3D сканировании, моделировании и подготовке обмерных чертежей

Кроме этого, вы можете также посмотреть короткий видеоролик, созданный нашими специалистами, о выполненной работе по лазерному сканированию, фотореалистичному 3D моделированию и подготовке полного комплекта точных обмерных чертежей фонтана «Золотой колос» на ВДНХ для целей подготовки проекта его реставрации; данное видео наглядно демонстрирует широкие возможности совмещения технологий лазерного сканирования и фотограмметрии.

Инженерная компания «НГКИ» много лет профессионально занимается производством обмерных работ на объектах историко-культурного наследия и архитектуры, накопив за это время внушительный опыт выполнения архитектурных обмеров. Наши специалисты при проведении обмерных работ применяют инновационную технологию 3D лазерного сканирования, которая позволяет в сжатые сроки получить подробные, точные и актуальные результаты измерений, и самое современное оборудование. На основе данных лазерного сканирования можно как составлять традиционные плоские обмерные чертежи, так и создавать трёхмерные каркасные, твердотельные и mesh модели, получать точные ортофотоизображения. Более подробно обо всех видах выполняемых нами работ в этом сегменте рынка Вы сможете прочитать на специальной странице сайта нашей компании в разделе «Услуги», которая называется «Производство обмерных работ на объектах историко-культурного наследия и архитектуры».