«Технологии оцифровки трёхмерных пространственных исторических данных: 3d моделирование, фотограмметрия, лазерное сканирование, цифровая аэрофотосъёмка»

Спецкурс

I I семестр 2012/2013 уч. года

программа спецкурса

Автор:

ассистент Д.И. Жеребятьев

1. Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины являются:
знакомство студентов с существующими технологиями оцифровки трёхмерных пространственных исторических данных;
раскрытие общих принципов и специфики пространственного моделирования объектов историко-культурного наследия;
знакомство студента с технологиями анализа исторических источников посредством программ трёхмерного моделирования, фотограмметрии, лазерного сканирования и аэрофотосъёмки.

2. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина «Технологии оцифровки трёхмерных пространственных исторических данных: 3d моделирование, фотограмметрия, лазерное сканирование, цифровая аэрофотосъёмка» входит в вариативную часть учебного плана подготовки бакалавра/магистра по направлению подготовки 030600 «История» в рамках профиля «Историческая информатика». Логически и содержательно-методически данная дисциплина связана с такими базовыми курсами по направлению подготовки 030600 «История», как: «Источниковедение», «Информатика и математика», а также со спецдисциплинами профиля «Историческая информатика»: «Компьютерные реконструкции объектов историко-культурного наследия», «Компьютерная графика для историков», «Историческая география и географические информационные системы».
Для успешного освоения дисциплины студент должен обладать основами знаний по отечественной и всеобщей истории, информатике, источниковедению.

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

знание истории исторической информатики как междисциплинарного направления в исторических исследованиях и образовании, ее структуры и содержания, методологической, методической и технологической составляющих (СПК–1);

владение методами компьютерного моделирования, математической статистики, контент-анализа, виртуальной реконструкции исторических объектов (СПК–14);

владение современным аппаратным и программным обеспечением для компьютерной обработки и анализа данных нарративных, изобразительных, картографических, аудиовизуальных и др. исторических источников (СПК–13);

способность использовать технологии баз данных, технологии обработки изображений, географические информационные системы, сетевые технологии (СПК–15);

владение основами алгоритмизации и программирования в объеме, необходимом для адаптации стандартного программного обеспечения и разработки специализированного программного обеспечения для целей исторического исследования (СПК–16);

умение использовать возможности 3D-технологий для реконструкции объектов историко-культурного наследия (СПК–19);

знание основных направлений в области использования информационных и коммуникационных технологий для сохранения историко-культурного наследия, особенностей применения этих технологий в архивном, музейном и библиотечном деле (СПК–20).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

пределы и возможности применения технологий 3D моделирования в исторических и археологических исследованиях;

пределы и возможности применения технологии фотограмметрии в анализе исторических и археологических источников;

зарубежный и отечественный опыт применения технологий оцифровки пространственных исторических данных посредством программ 3D редакторов, фотограмметрии, лазерных сканеров, беспилотных модулей для аэрофотосъёмки.

Уметь:

исходя из поставленных задач исследования, выбрать технологию оцифровки пространственных исторических данных;

осуществлять синтез описательной и графической информации в компьютерных программах на базе технологий фотограмметрии, виртуальных панорам, 3D редакторов и конвертеров 3D файлов, флеш технологий;

разработать концепцию информационной интерактивной системы виртуальной реконструкции с возможностью её научной верификации.

Владеть:

специализированным программным обеспечением построения виртуальных панорам Microsoft ICE, PTGui 9.1., Pano2VR на начальном уровне;

специализированным программным обеспечением построения интерактивных флеш карт iMapBuilder Interactive Flash Map Builder;

специализированным программным обеспечением фотограмметрии и работы с аэрофотоснимками Agisoft Photoskan, PhotoModeler Scanner и др.;

специализированным программным обеспечением для построения программных модулей виртуальной реконструкции Adobe Acrobat X, Issuu, Prezi, Zoho Creator и уметь их интегрировать в структуру сайта;

специализированным программным обеспечением конвертации 3D моделей и адаптации их для построения электронной цифровой библиотеки (3D World Studio, Deep Exploration, Adobe Acrobat X, Google SketchUp и др.).

HTML caption. Link to Google.

4. Структура и содержание дисциплины.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 академических часа, в т. ч. лекции – 18 а.ч., практических занятий 18 а.ч., самостоятельной работы и подготовки к зачёту 36 а.ч.

Содержание разделов дисциплины

Раздел I Историография метода применения 3D технологий в исторических и археологических исследованиях.

Тема 1. Компьютерное моделирование в исторических исследованиях. Особенности 3D моделирования. Обзор состояния направлений виртуальной реконструкции.

Раздел II Технологии виртуальных панорам в исторических и археологических исследованиях.

Тема 2. Основы построения виртуальной панорамы. Оборудование и программное обеспечение.

Тема 3. Разработка виртуального тура по объекту историко-культурного наследия.

Раздел III. Технологии лазерного сканирования в решении задач сохранения объектов историко-культурного наследия.

Тема 4. Объекты лазерного сканирования, методика и технологии работы. Этапы работы. Примеры использования в исторических и археологических исследованиях.

Раздел IV Задачи технологий фотограмметрии и аэрофотосъёмки в исторических и археологических исследованиях.

Тема 5. Понятие о фотограмметрии.

Тема 6. Технологии анализа размеров объектов на фотоизображении. Расчёт перспективы съёмки.

Тема 7. Построение трёхмерных моделей по фотографиям. Работа в программе Agisoft Photoskan.

Тема 8. Знакомство с моделями и устройством беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), использующихся для аэрофотосъёмок территории в исторических и археологических исследованиях.  Основы построения трёхмерной модели рельефа по аэрофотоснимкам с БПЛА в программе Agisoft Photoskan.

Раздел V  Технологии разработка электронного цифрового каталога объектов историко-культурного наследия на базе технологий трёхмерного моделирования, лазерного сканирования, фотограмметрии, флеш технологий и др.

Тема 9. Работа в Adobe DreamweaverCS5. Построение оболочки сайта на базе htm / html страниц. Работа с CSS. Привязка источникового материала к составным частям цифрового каталога.

Тема 10. Разработка программного модуля цифрового каталога на базе интерактивной флеш карты в программе iMapBuilder Interactive Flash Map Builder.

Тема 11. Разработка программных модулей каталога: цифровой картотеки на базе технологий Zoho Creator, Prezi, ISSUU и др.

Тема 12. Перспективы применения технологии оцифровки трёхмерных пространственных исторических данных.

5. Рекомендуемые образовательные технологии

Работа в аудитории: лекции; практические занятия, консультации, в том числе  консультации для групп и индивидуальные консультации, коллоквиумы, интерактивные семинары.

Внеаудиторная работа: самостоятельная работа в библиотеках и сети Internet с целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся, работа студентов с использованием технологий ДО.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

Виды самостоятельной работы обучающегося, порядок их выполнения и контроля:

научно-исследовательская работа учащегося в электронных библиотеках, в том числе на базе материалов библиотеки электронных публикаций по виртуальной исторической реконструкции;

подготовка к лекциям, практическим занятиям, коллоквиумам и устным экзаменам;

выполнение заданий, участие в обсуждении во время презентации результатов на занятии.

Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства

В ходе занятий студент выполняет 5 заданий, имеющих практический характер и связанных с освоением тех или иных программных средств. За каждое выполненное задание студент получает оценку в баллах. Максимальная сумма баллов, которые можно набрать за семестр при прохождении курса (до экзамена), составляет 200 баллов. Максимальная оценка каждого задания зависит от сложности задания, включающего как учет необходимых трудозатрат на выполнение задания, так и творческий характер задания (задание, в котором для получения результата важно только четкое выполнение технических действий, оценивается ниже).
На экзамене студент отвечает на теоретический вопрос (оценка - до 50 баллов) и выполняет практическое задание (оценка - тоже до 50 баллов). Поэтому с учетом экзамена студент может набрать до 300 баллов. Студент получает «удовлетворительно», если набрал больше 150 и меньше 200 баллов, «хорошо» - если набрал больше 199 и меньше 250 баллов, «отлично» - если набрал 255 баллов и более. Если студент набрал менее 165 баллов, ставится оценка «неудовлетворительно». Прохождение экзамена является необходимым условием для получения положительной оценки вне зависимости от набранной суммы баллов.

Виды отчетности по курсу:

Примерный вариант заданий

Вариант задания № 1.

Создать виртуальную панораму территории исторического памятника архитектуры по данным снимка с фотоаппарата  Canon 400D EF Fish-Eye 8 мм. В программе PTGui 9.1. правильно настроить параметры кадра и создать сферическую фотографию. В программе Pano2VR на основе сферической фотографии создать виртуальный тур.

Пример виртуальной панорамы

* Для просмотра виртуальной панорамы используйте мышку и колесо прокрутки для приближения. Чтобы войти в режим полноэкранного просмотра нажмите иконку в нижнем углу окна.

Вариант задания № 2.

На основе нескольких виртуальных панорам территории бывшего монастыря Всех скорбящих радости г. Москвы и спутникового плана Google современной территории создать интерактивную флеш карту с обозначением построек, расположенных на территории. Флеш карта должна в себя краткую информационную справку о зданиях, их фотографии и виртуальную панораму.

Пример флеш карты с информационной справкой без флеш панорам

Вариант задания № 3.

На основе виртуальной интерактивной реконструкции объекта историко-культурного наследия (пример проект Монастырь Всех скорбящих радости конца XIX - начала XX в. или проект усадьба графа Храповицкого конца XIX - начала XX в.) создать несколько виртуальных панорам на фоне основных строений. В программе PTGui 9.1. правильно настроить параметры кадра и создать сферическую фотографию на основе скриншотов виртуальной реконструкции. В программе Pano2VR создать виртуальный тур. Сделать привязку созданных виртуальных панорам к флеш карте в программе iMapBuilder.

Пример виртуальной панорамы

* Для просмотра виртуальной панорамы используйте мышку и колесо прокрутки для приближения. Чтобы войти в режим полноэкранного просмотра нажмите иконку в нижнем углу окна.

Вариант задания № 4.

На основе созданной в 3D редакторах таких как Autodesk 3D Max и 3D World Studio 3D модели в формате .3ds или .x переконвертировать модель в файл PDF и встроить в структуру сайта. В программе Adobe Dreamweawer создать html страничку и цифровой каталог с 3D моделями с их описанием.

Пример 3D модели в формате PDF

Посмотреть 3D модель бывшего дома княжны А.В. Голицыной нач. XX в.

Посмотреть 3D модель храма Трёх Святителей нач. XX в.

Посмотреть 3D модель храма Тихвинской Божьей Матери нач. XX в.

* для того чтобы открыть 3D модель нужна программа Adobe Reader не ниже версии 9.0.

* если на данной страничке у вас не работает флеш плеер и не показывается карта и виртуальная панорама, то необходимо обновить флеш плеер (нажмите здесь)

 

Пример 3D модели в формате PDF, встроенной на сайт

Экзаменационные вопросы

1. Задачи оцифровки трёхмерных пространственных исторических данных.
2. Роль технологий фотограмметрии и лазерного сканирования в разработке виртуальной исторической реконструкции.
3. Пределы и возможности применения технологии фотограмметрии в анализе исторических и археологических источников.
4. Зарубежный и отечественный опыт применения технологий оцифровки пространственных исторических данных посредством программ 3D редакторов, фотограмметрии, лазерных сканеров, беспилотных модулей для аэрофотосъёмки.
5. Основы построения трёхмерной модели рельефа по аэрофотоснимкам с БПЛА в программе Agisoft Photoskan.
6. Этапы построение виртуальной реконструкции. Роль технологий фотограмметрии в данном процессе.
7. Роль ГИС (геоинформационных систем) в разработке виртуальной исторической реконструкции.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

а) основная литература:

Назаров А.С. Фотограмметрия: учеб. пособие для студентов вузов. Мн., 2006. 368 с. [Электронный ресурс]. URL: http://issuu.com/denisigorevich/docs/nazarov (дата обращения: 15.02.2013).

Блохинов Ю.Б. Алгоритмы формирования цифровой модели поверхности и текстурного покрытия в наземной фотограмметрии // Известия высших учебных заведений: Геодезия и Аэрофотосъемка. М. 2011. №1. С. 51-57. [Электронный ресурс]. Систем. требования: Adobe Acrobat Reader. - URL: http://www.miigaik.ru/journal.miigaik.ru/2011/20110217154314-3507.pdf (дата обращения: 15.02.2013).

Гук А.П., Лазаренко М.М. Разработка методик создания 3D моделей по аэрокосмическим снимкам высокого и сверхвысокого разрешения и другим данным дистанционного зондирования // Известия высших учебных заведений: Геодезия и Аэрофотосъемка. М., 2011, №2. С. 32-34. [Электронный ресурс]. Систем. требования: Adobe Acrobat Reader. - URL: http://www.miigaik.ru/journal.miigaik.ru/2011/20110707142609-6240.pdf (дата обращения: 15.02.2013).

Шляхтина С. Виртуальный тур своими руками. URL: http://www.comprice.ru/articles/detail.php?ID=40552 (дата обращения: 15.02.2013).

Теория и фотосъемка. URL: http://1panorama.ru/uslugi-1p#contactInfo (дата обращения: 15.02.2013).

Жеребятьев Д.И. Построение открытой информационной среды в задачах 3D моделирования историко-культурного наследия: онлайн доступ к источникам виртуальной реконструкции монастырского комплекса XX в. // Историческая информатика: Информационные технологии и математические методы в исторических исследованиях и образовании. 2012. №1. С.80-93. . [Электронный ресурс]. Систем. требования: Adobe Acrobat Reader. - URL: http://kleio.asu.ru/2012/1/hcsj-12012_80-91.pdf (дата обращения: 15.02.2013).

Computer applications and quantitative methods in archaeology (CAA). [Электронный ресурс]. URL:  http://www.leidenuniv.nl/caa/index.htm (дата обращения: 10.02.2011).

Rapana M. Photogrammetric 3D documentation and modeling of a medieval town // The European Archaeologist. Praha. 2010. №33. pp. 10-13. [Электронный ресурс]. URL: http://www.academia.edu/1476939/Photogrammetric_3D_documentation_and_modeling_of_a_medieval_town (дата обращения: 15.02.2013).

Reilly P., Rahtz S. Archaeology and the information age: a global perspective. Oxford. 1992. (доступно в электронном ресурсе автора спецкурса)

Reilly P. Towards a virtual archaeology // Computer Applications in Archaeology /ed. by K. Lockyear and S. Rahtz. Oxford. 1990. p.133-139. (доступно в электронном ресурсе автора спецкурса)

Wells, S., Frischer, B., et al. Rome Reborn in Google Earth / Making History Interactive. 37th Proceedings of the CAA Conference March 22-26, 2009, Williamsburg, Virginia. 2010. P. 373-379. [Электронный ресурс]. Систем. требования: Adobe Acrobat Reader. - URL: http://www.romereborn.virginia.edu/rome_reborn_2_documents/papers/ Wells2_Frischer_Rome_Reborn.pdf (дата обращения: 10.02.2011).

б) дополнительная литература:

Борисов Н.В., Горончаровский В.А., Швембергер С.В., Щербаков П.П. Компьютерная 3D реконструкция археологических памятников (по материалам боспорского города-крепости Илурат) // 10-я юбилейная международная конференция «EVA 2007 Москва». [Электронный ресурс]. URL: http://conf.cpic.ru/eva2007/rus/reports/theme_1112.html (дата обращения: 10.02.2011).

Баранов Ю.М., Баранов М.Ю. Поселенческие памятники коренного населения Средней Оби нового времени: опыт виртуальных реконструкций (по материалам поселений Сырой Аган 11, 12) // Институт истории и археологии УРО РАН. [Электронный ресурс]. URL: http://www.ihist.uran.ru/index.php/ru/articles?paper_id=2 (дата обращения: 11.11.2011).

Логдачева Е.В., Швембергер С.В. Проблемы и методики трехмерной реконструкции [Электронный ресурс]. URL: http://www.nereditsa.ru/3D/article.htm (дата обращения: 10.02.2011).

Простов В.А., Жеребятьев Д.И. Формирование источникового комплекса для построения виртуальной интерактивной реконструкции Скорбященского монастыря // Историография и источниковедение отечественной истории / под ред. С.Г. Кащенко. СПб, 2011 [Электронный ресурс]. Систем. требования: Adobe Acrobat Reader. - URL: http://www.hist.msu.ru/Labs/HisLab/News/lmns2010.pdf (дата обращения: 10.02.2011).

Archeovision. Publications dans l’environnement de la PFT3D ou bien de projets de recherche 3D auxquels la PFT3D a collabore.  [Электронный ресурс]. URL: http://archeovision.cnrs.fr/spip.php?rubrique29 (дата обращения: 10.02.2011).

Donald H. Sanders. Why do Virtual Heritage? // Archaeology magazine, March 13, 2008 [Электронный ресурс]. URL: http://www.archaeology.org/online/features/virtualheritage/ (дата обращения: 10.02.2011).

Frischer B. et al. Beyond illustration: 2d and 3d digital technologies as tools for discovery in archaeology / ed. by B. Frischer, A. Dakouri-Hild, Oxford. 2008. p.106-111. [Электронный ресурс]. Систем. требования: Adobe Acrobat Reader. - URL: http://archive1.village.virginia.edu/spw4s/Beyond/BAR/BeyondIllustration_final.pdf (дата обращения: 11.11.2011).

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы

Библиотека электронных публикаций по виртуальной исторической реконструкции на сайте Исторического факультета МГУ и других Интернет-сайтах.

Видео уроки (см. youtube канал).

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Освоение дисциплины предполагает использование академической аудитории для проведения лекционных и практических занятий с необходимыми техническими средствами (компьютер, проектор).

Программы для построения виртуальных панорам:

Microsoft ICE

PTGui 9.1.

Pano2VR

Программы по фотограмметрии:

Agisoft Photoskan

PhotoModeler Scanner

Autodesk 123D Catch

Программа для построения интерактивных флеш карт:

iMapBuilder Interactive Flash Map Builder

Программа для построения файлов pdf с 3D контентом

Adobe Acrobat X

Программа 3D конвертер файлов

Deep Exploration

Программа графический редактор

Adobe Photoshop CS3 и выше

Google SketchUp

Программа для разработки сайтов

Adobe Dreamweaver

Разработчик:
МГУ имени М.В. Ломоносова,
Исторический факультет,                                     

ассистент кафедры  исторической                                                    
информатики

Д.И. Жеребятьев