1. Программное обеспечение разработки виртуальной реконструкции
Процесс становления технологий трёхмерного моделирования и признания его в научной среде в качестве инструментария пространственного анализа был достаточно долгим и начался еще в конце 1980-х годов в период формирования комплексов программ трёхмерного моделирования.
Одним из первых комплексных пакетов для моделирования и рендеринга был Lightwave 3D, выпущенный в 1990 г. для компьютеров серии Amiga. Программа 3Ds Max компании Autodesk, которую сейчас широко используют в своих исследованиях историки, археологи, историки архитектуры, появилась в 1996 г. Первые опыты использования трехмерных технологий в области исторической реконструкции характеризовались тесным сотрудничеством историков и технических специалистов.
До конца 1990-х гг. использование программ трёхмерного моделирования в исторических исследованиях требовало от гуманитариев или сотрудничества с техническими специалистами, или специальной подготовки. На данный этап времени специально разработанных пакетов программ трёхмерного моделирования для историков пока не нет.
В последнее время в среде компаний, специализирующихся на разработке программ по трёхмерному моделированию и «3D движков», наметилась тенденция к упрощению процесса работы, в результате система взаимодействия пользователя и программы, которая ранее осуществлялась программистом, а сейчас – через визуальный интерфейс программы, стала значительно проще. Благодаря упрощению программного инструментария и сотрудничеству гуманитариев и IT-специалистов, стало возможным использование программ трёхмерного моделирования в исторических исследованиях.
Правильный выбор программного обеспечения играет большую роль в построении виртуальной реконструкции. Сегодня можно выделить три направления программ разработки реконструкции: 2D редакторы (графические редакторы), 3D редакторы (трёхмерные редакторы) и «3D движки» (3D engines).
1) 2D редакторы. Построение любой простейшей трёхмерной модели невозможно без использования графических редакторов, которые необходимы для обработки изображений. Полученные изображения (текстуры) служат основой для построения моделей, выступая в качестве материала для трёхмерной модели. Самыми распространёнными графическими редакторами являются программы Adobe Photoshop, Corel Draw, а также их бесплатный аналог «The GNU Image Manipulation Program». Подобные программы не являются уникальными, существует много других менее, известных графических редакторов.
2) 3D редакторы. Сегодня существуют разнообразные программы, которые применяются для визуализации, построения трёхмерных моделей и их обработки. Трёхмерные редакторы позволяют исследователю визуализировать реконструируемый объект, смоделировать в программной оболочке тот или иной процесс, событие; с помощью программного модуля расчета прочностных характеристик провести анализ созданной трёхмерной модели. В большинстве случаев конечный результат работы в программе трёхмерного моделирования может быть представлен широкому кругу пользователей, только посредством отдельных снятых картинок реконструкции (скриншотов) или видеофрагментов.
Отметим, что большинство трёхмерных программ являются коммерческими, «обычный» пользователь для просмотра трёхмерной модели, как правило, не будет приобретать программу. Для таких пользователей существуют бесплатные программы-плееры, предназначенные для просмотра трёхмерных моделей; подобные плееры имеются для каждого формата трёхмерной модели, в частности, для формата моделей, созданных в таких программах как
AutoCAD или Autodesk 3D Max.
Возможности программ-плееров весьма ограничены, вследствие чего большинство разработчиков виртуальных реконструкций предпочитает представлять свою работу посредством программ «трёхмерных движков», которые существенно улучшают возможности работы с трёхмерной реконструкцией. Таким образом, появляется возможность анализа трёхмерных моделей (речь идёт об анализе параметров трёхмерной модели), реконструкции процессов (событий), появляется возможность работы и просмотра восстановленной виртуальной реконструкции в реальном времени.
Все программы трёхмерных редакторов в основе имеют общую базу:
1. Схожий интерфейс, включающий в себя следующие элементы и функции: готовые «примитивы», которые применяются при построении любой 3D модели (куб, цилиндр, треугольник, конус, иногда шар и т.д.), функции копирования, вставки, зеркального отражения объекта, функции освещения объекта и т.д.
2. Схожую систему построения 3D моделей: полигональное моделирование, в которое входят Editable mesh (редактируемая поверхность) и Editable poly (редактируемый полигон). Методы моделирования могут сочетаться друг с другом. Моделирование на основе стандартных объектов, как правило, является основным методом и служит отправной точкой для создания объектов сложной структуры, что связано с использованием примитивов в сочетании друг с другом как элементарных частей составных объектов.
Перечислим основные программы трёхмерных редакторов: Autodesk 3D Max, Autodesk Maya, Zbrush, AutoCAD, ArhiCAD, Catia, Hexagon, MoI, Nevercenter Silo, 3DWorldStudio, Argile, Google SketchUp, Blender, Wings 3D, Cartography Shop. Последние четыре программы относятся к бесплатному программному обеспечению.
Перечислим основные программы трёхмерных конвертеров 3D моделей: Deep Exploration CAD, 3D Photo Browser, 3D Object Converter и др.
3) 3D движки – компьютерные программы, необходимые для построения виртуальных «интерактивных миров», в которые помещаются трёхмерные модели. Наиболее распространёнными трёхмерными движками, применяемыми для разработки виртуальных исторических реконструкций, являются программы: Cry Engine 3, Unreal Tournament UDK, Unity 3DQuest 3D, 3DVia Studio (Virtual Tools), Torque Game Engine, Nebula Device, ShiVa 3D game engine, Unigine, 3D Game Studio и др.
Трёхмерный движок позволяет разработчику создать интерактивную реконструкцию памятника культуры с возможностью просмотра в реальном времени, задать определённый алгоритм развития событий, обучающую систему, создать, например, аналог электронного справочника, интегрировать в виртуальную среду базы данных и т.д. Создать подобный пользовательский функционал и возможности в программах-плеерах просмотра трёхмерных моделей или модулей, существующих в программах трёхмерных редакторов для просмотра трёхмерных моделей (например, в программах AutoCAD, ArhiCAD, Autodesk 3D Max и др.), пока что невозможно. Многие программы трёхмерных движков позволяют сделать все вышеперечисленные операции без навыков программирования, в некоторых из них можно обойтись начальным уровнем технического образования.
Использование трёхмерных движков позволяет разработчику виртуальной реконструкции сделать доступным свой продукт, посредством технологии Web-клиента (или web-плеера), который поддерживают большинство операционных систем. Благодаря данной программе стало возможным предоставить пользователю возможность работать с программой через Интернет.
Среди перечисленных 3D движков только небольшая часть программ и программных модулей имеем возможность транслировать виртуальную реконструкцию через Интернет в окне Web браузера (Internet Explorer, Opera, Mozilla Firefox, Google Chrome, Safari и др.): Unity 3D, Quest 3D, 3DVia, технология Java (Java(TM) Web Start Launcher), технология трансляции трёхмерных моделей в формате VRML (на базе плееров Cortona VRML Client, Cosmo Player, OpenVRML и др.), среда Google Earth и среда Second Life. В будущем времени к этому перечню присоединятся разработки компаний-лидеров по созданию трёхмерных движков CryEngine 3, Unreal Tournament UDK и Gamebryo LightSpeed, которые в настоящий момент только планируют включить в список возможностей программы трёхмерного движка трансляцию приложения через Интернет (посредством технологий flesh и web плееров). На данный момент рассматриваемые компании осуществляют трансляцию 3D приложений через сервер, но подобная технология постепенно устаревает.
Каждая из представленных в данном списке программ обладает определёнными возможностями и позволяет разработчику репрезентовать источниковую базу виртуальной реконструкции только в определённом формате файла (например .dox, xls, ppt, .ogg, avi и другие). Существует несколько технологий интеграции источниковой базы в виртуальную реконструкцию: непосредственно в трёхмерную оболочку посредством системы «горячих точек» (требуются навыки программирования) и подключение источников к окну трёхмерного приложения (см. гл. III, §3.4). В некоторых случаях оперирование в программном коде позволяет расширить эти возможности за счёт навыков программирования и внедрения дополнительных команд, подключаемых модулей. К сожалению, большинство исследователей-гуманитариев не могут самостоятельно освоить языки программирования и в совершенстве овладеть программой без помощи технического специалиста, тем более развивать исследования в области виртуальных исторических реконструкций. Вследствие этого встаёт вопрос о выборе наиболее удобной и легко усвояемой программной базы, на основе которой возможен процесс разработки виртуальной исторической онлайн реконструкции в рамках проектов гуманитарных факультетов.
Говоря об информационной наполняемости виртуальной реконструкции, мы подразумеваем интеграцию в виртуальное пространство информационного текстового и графического материала (рисунки, планы, чертежи, видео-материалы), баз данных, истории объекта. В данном случае речь идёт о представлении всего комплекса архивных данных, на основании которых осуществляется построение виртуальной реконструкции.
Наиболее высокими возможностями в степени информационного наполнения виртуальной сети обладает среда Google Earth. Сама программа Google Earth 3.0 появилась только в 2005 г., до этого официально её прототипом считалось Keyhole Earthviewer (разработана в 2001 г.). Программа представляет собой трёхмерную модель поверхности Земли с нанесёнными на спутниковую карту трёхмерными моделями современных зданий с привязанными к трёхмерным моделям текстовой и графической информацией и Интернет-страницами, которые можно там же пополнять. Существует ряд инструментов для работы в данной программе и интеграции в неё материала: SketchUp, Building Maker. Так, посредством Google Earth была осуществлена реализация проекта виртуальной реконструкции Рима IV в. н.э. (проект «Rome Reborn»).
Наиболее простым и доступным для выполнения поставленных задач среди 3D движков, на наш взгляд, является программа Unity 3D, относящаяся к категории условно-бесплатного программного обеспечения. Аналогичная ей технология Quest3D имеет ограниченные возможности онлайн презентации виртуальной реконструкции.
2. Вспомогательные технологии виртуальной реконструкции (фотограмметрия, лазерное сканирование, аэрофотосъёмка)
В данном разделе речь идёт о технологиях, дополняющих инструментарий исследователя, облегчающих и частично автоматизирующих процесс построения виртуальной реконструкции объекта историко-культурного наследия. Рассмотрим существующие вспомогательные технологии:
- «Фотограмметрия – это научно-техническая область, ориентированная на разработку методов определения форм, размеров, пространственного положения и степени изменения во времени различных пространственных объектов по результатам измеренийих фотографических изображений. Термин «фотограмметрия» имеет греческие корни: photos – свет, gramma – запись, metreo – измерение.
К предметам изучения фотограмметрии стоит отнести геометрические и физические свойства снимков, способы их получения и использования для определения количественных и качественных характеристик сфотографированных объектов, а также приборы и программные продукты, применяемые в процессе обработки. Характеристики объекта могут изучаться по его изображению на одиночном снимке или по паре перекрывающихся снимков, полученных из различных точек пространства.
С необходимостью анализа пространства посредством технологий фотограмметрии исследователь сталкивается при работе с изобразительными источниками, такими как фотографии или аэрофотоснимки. Нередко фотографии являются единственным историческим источником, характеризующим облик строения. Анализ перспективы фотографии, степени искажения пространства, выявление размеров строения невозможно без использования технологий фотограмметрии, осуществляемом в специализированном программном обеспечении, например, в пакете PhotoModeler Scanner и его аналогах.
В задачах построения виртуальной реконструкции технологии фотограмметрии играют не последнюю роль. Анализ материалов аэрофотоснимков и правка перспективы фотографии в большинстве случаев осуществляется не в графических редакторах, таких как Adobe Photoshop или GIMP, а в специализированном программном обеспечении; к нему можем отнести: PHOTOMOD 5, PHOTOMOD 5 GeoMosaic, MapEDIT PRO и др.
Среди программ, используемых в фотограмметрии для анализа фотографий и построений трёхмерных моделей на их основе, стоит отметить: PhotoSculpt Textures, 3DSOM, PhotoModeler и Autodesk 123D Catch (ранее Project Photofly).
- Технология лазерного сканирования. Лазерный сканер (3D сканер) — это аппаратное устройство, анализирующее физический объект и на основе полученных данных создающее его 3D модель. Трёхмерная модель сканируемого артефакта или строения обычно представляется в виде облака точек или готовой трёхмерной моделью. Отметим, что лазерные сканеры появились совсем недавно. Появление на рынке первых лазерных сканеров связано с деятельностью японской компании Cyra Technology. Основателем компании Cyra Technology стала семья Бена и Барбары Какура, благодаря деятельности которых в 1990-х на мировом рынке оборудования стал доступным первый лазерный сканер высокой четкости, который за последние 20 лет получил широкое распространение в среде как технических специалистов, так и гуманитарных (археологов, историков, музееведов и т.д.).
С целью популяризации внедрения лазерных сканеров в гуманитарные исследования для решения задач оцифровки, анализа объектов историко-культурного наследия в 2003 г. компания создала проект CyArk, имеющий целью создание депозитария цифровых копий результатов электронного сканирования объектов историко-культурного наследия, полученных с помощью разработанного фирмой лазерного сканера. Этот некоммерческий проект принёс фирме значительную известность и способствовал распространению практики внедрения аппаратов лазерного сканирования в гуманитарные науки, в частности, в археологии - для решения задач оцифровки археологических артефактов, архитектурных строений, а также рельефа.
Сегодня существует большой выбор разновидностей лазерных сканеров, отметим основные из них: сканеры фирмы CyArk, Optech ILRIS-3D laser scanner, Leica HDS6100, RIEGL LMS-Z390i, IMAGER5006, Topcon GLS-1000, Kreon (серии AQUILON, ZEPHYR и SOLANO), ZScanner и недорогие варианты, такие как, Roland LPX-250, Minolta VI-700, David Laser Skaner, самодельный лазерный сканер на базе технологий Kinect или обыкновенных web камер с программным алгоритмом анализа изображения.
Стоит отметить, что практика современных зарубежных археологических экспедиций в большинстве случаев не обходится без лазерного сканера. Как отмечает Д.С. Коробов, «трёхмерное лазерное сканирование осуществляется при помощи специализированной и весьма дорогостоящей аппаратуры – 3D сканеров наземного и воздушного базирования». Несмотря на дороговизну, этот способ трёхмерного моделирования получает всё большее распространение в археологии за счёт максимального приближения результатов моделирования к исходному объекту. Причём речь идёт не только о создании трёхмерных изображений археологических находок, но и участков ландшафта в окрестностях памятников, а также видов раскопов и выявленных объектов.
В качестве примеров стоит отметить исследовательские проекты компании CyArk по построению цифровой копии захоронения королей Буганды в Касуби, проект германской компании ArcTron по сканированию укреплений римского времени в Констанце, проекты Центра передовых пространственных технологий Арканзасского университета по оцифровке Мачу-Пикчу, руин римского г. Остия VII в. до н.э. и др.
- Аэрофотосъёмка. Если использование ГИС в гуманитарных исследованиях началось относительно недавно – около 20 лет назад, то история применения аэрофотосъёмки насчитывает уже более 100 лет. «Мощный толчок в развитии аэрофотосъёмки произошёл в ходе Первой мировой войны, когда всеми воюющими странами она использовалась в разведочных целях. После окончания войны активизируется применение аэрофотосъёмки в археологии, проводившейся с самолётов».
В задачах виртуальной реконструкции данные аэрофотосъёмки позволяют создать трёхмерную модель ландшафта и выступить в качестве отправного материала плана территории, где фотография местности с воздуха позволяет уточнить место расположения объекта в пространстве.
В задаче построения виртуальной реконструкции, как правило, большую роль играют плановые аэрофотоснимки (vertical aerial photos), получаемые со спутников или специальных пилотируемых или беспилотных самолётов, вертолётов, гексо-, квадро- или ортокоптеров. Пространственное разрешение снимков зависит от возможностей камеры, а также от грузоподъёмности аппарата. Беспилотные летательные аппараты (Gaui 330x, Xaircraft x650, Dragonfly X4-X8, Microcopter, Conrad Quadrocopter и др.) позволяют исследователю получать фотографии территории с любой высоты, благодаря вертикальному взлёту аппарата, его устойчивости, грузоподъёмности (до 3 кг), возможности удержания высоты по GPS и т.д.
Частным случаем использования лазерного сканирования является применение технологий Light Detection and Randing (LIDAR) – лазерного сканирования воздушного базирования, которое основано на измерениях расстояния и точной ориентации этих измерений между сенсором и отражающей поверхностью.
В качестве примера исследований по данной тематике стоит отметить работу Б. Зитлера, Л. Купальянц, Ф. Бассожа по анализу возможностей технологии LIDAR как инструмента изучения объектов культурного наследия, оценки потенциала распознавания микрорельефных структур при археологическом и ландшафтном обследовании, а также работы исследовательского центра Fondazione Bruno Kessler по лазерному сканированию рельефа Рима посредством технологии LIDAR.
Построение виртуальной реконструкции началось с создания плана застройки Страстной площади 1830 г. в программе Corel Draw. Основными источниками реконструкции выступили планы Москвы: 1788, 1838, 1846 и 1852 гг., а также план монастырской территории 1831 г. Основываясь на имеющихся планах, мы задали границы виртуальной реконструкции, составили на базе планов перечень строений Страстной площади, выделили отдельными слоями "зелёные зоны": бульвары, парки и огороды. В границу реконструкции попали не только здания Страстного монастыря, но и постройки первой линии улиц, окружающих монастырь со всех сторон. Для удобства дальнейшей работы здания были пронумерованы. В дальнейшем говоря о зданиях, авторы будут указывать его порядковый номер по реконструированному плану 1830 г. и фактический адрес до момента разрушения.
Следующим этапом работы стала виртуальная реконструкция рельефа территории Страстной площади. Данные о рельефе сохранили несколько планов: топографические планы 1926, 1939, 1946, 1996 гг., а также частично план территории монастыря 1831 г. Среди них наиболее подробным и детальным является план 1939 г., который и был взят за основу. Первым шагом стало совмещение всех планов и приведение их к единому масштабу. Далее разными цветами были спроецированы линии рельефа на определенных временных срезах. на основе линии рельефа раннего времени 1926 г. все линии 4 планов были объединены в одну. План территории монастыря 1831 г. сохранил контур рельефа возвышенности, на которой располагались монашеские кельи вокруг собора (см. рис. 2). Таким образом, на созданный топографический план были нанесены поправки контуров возвышенности с учётом плана 1831 г. Он был импортирован в программу Unity3D, где производилось дальнейшее построение геометрии рельефа по отметкам высот.
Дальнейшая работа по реконструкции зданий Страстной площади внесла ряд корректировок в форму рельефа. По большинству чертежей зданий Страстной площади можно зафиксировать колебания рельефа, так как это видно по высоте фундамента отдельных зданий (см. рис.4).
В процессе построения 3D моделей для каждого из них создавался рельеф. После того как 3D модели строений Страстной площади были расставлены согласно плану 1831 г. на ландшафте, выявились нестыковки угла наклона общего рельефа и рельефа отдельно взятых зданий, созданного по чертежу. Таким образом, в ходе построения 3D моделей зданий и их размещения на площади, выяснилось, насколько сильно потребуется корректировать созданный ранее топографический план. В результате был получен облик рельефа территории Страстной площади 1830 г.
Создание 3D модели позволяет проверить ряд гипотез о внешнем облике здания, его функциональном назначении ещё на этапе макетирования, а также достоверность и точность графических исторических источников. В некоторых случаях программы на этапе синтеза графических источников выявляют несовпадения в них: расхождение размеров отдельных строений, искажение перспективы объектов, их месторасположение, неточное изображение отдельных зданий. Рассмотрим несколько примеров.
Одним из источников по облику Страстной площади XIX века является гравюра 1855 г., созданная художником сразу после перестройки монастырской колокольни. В ходе реконструкции облика Страстной площади 1830 г. гравюра была подвергнута анализу в компьютерных программах с точки зрения оценки на точность изображения зданий, их размеров, перспективы, цветового оформления фасадов.
Интерес представляет анализ гравюры с точки зрения цветового оформления фасадов и оценки степени затенённости отдельных участков улицы. Говоря о цветовом оформлении облика фасадов московских особняков первой половины XIX в., стоит отметить, что сохранилось достаточно большое количество гравюр и акварелей различных частей г. Москвы разного периода. Наиболее интересным для нас является иллюстрированное французское издание акварелей Москвы 1819 – 1830 гг. Огюста-Жан-Батиста-Антуана Кадоля «Moscou reconstruite vue par un officier peintre 1819-1830». Гравюры Страстной площади середины XIX в. запечатлели только часть облика фасадов зданий, расположенных на 1-ой линии виртуальной реконструкции. Воссоздание цветового оформления зданий, не отображённых на гравюрах площади, была осуществлена по аналогии с акварелями А. Кадоля. В некоторых случаях облик здания по чертежу и наличие декора определяло цветовое решение оформления здания. Обилие элементов декора, кантиков, сухарей, портиков и прочих архитектурных элементов определяло цветовой тон оформления здания с выделением частей фасада. Таким мог стать почти любой цвет из акварелей Кадоля: терракот, лимонный, оранжевый и белый (использовался реже). Определить цветовое решение офомления фасадов зданий позволяют программы 3D моделирования. Возможность нанесения материалов на 3D модели, их быстрая коррекция, замена одного цвета на другой в процессе работы в программе ArchiCAD, SketchUp значительно облегчает подбор цветового решения для каждого конкретного здания.
В ходе детального анализа гравюры было выявлено, что светотень зданий, людей и других объектов, запечатлённых художником на улице, имеет разный угол отображения. Анализ расположения монастырской территории в городском пространстве и объектов, расположенных на Страстной площади, в программах 3D моделирования ArchiCAD, SketchUp, Unity3D показал, что тень не могла падать от колокольни на Тверскую улицу так, как это изображено на гравюре, поскольку, исходя из географического положения Страстного монастыря, солнце должно светить с противоположной стороны. Таким образом, солнечный свет напрямую падал на лицевую часть колокольни в течение всего солнечного дня, освещая ее фасад со стороны Тверской улицы. Этот факт подтверждают существующие фотографии конца XIX – XX в., заснятые в разное время суток, а также аэрофотосъёмка 1927 г. и спутниковый план Google.
Перейдём к описанию технического процесса построения облика Страстной площади в программах 3D моделирования.
В качестве основных программ реконструкции были выбраны 3D редакторы: ArchiCAD, Autodesk 3Ds max, SketchUp и Unity3D. Каждая из программ использовалась на определённой стадии работы.
В некоторых случаях выбор программы реконструкции напрямую зависел от степени сохранности источниковой базы. При наличии нескольких чертежей объекта и гравюры воссоздание облика здания могло быть произведено в любой программе. Построение большинства 3D моделей преимущественно осуществлялось в программе Graphicsoft ArchiCAD, позволяющей параллельно с процессом реконструкции вести строительную документацию об объекте с указанием информации о каждом элементе здания: материал, его структура, прочность, размеры. Также с помощью указанной программы для каждой модели создавался архив первоначальной документации, на основе которой производилась сама реконструкция. Подобные системы ведения электронной документации называются Building Information Modeling (BIM) или информационное моделирование здания.
Отметим, что по отдельным зданиям до нас дошли только их планы и гравюры того же времени. Одним из таких строений Страстной площади является храм Дмитрия Солунского (№23). К сожалению, существующие гравюры рубежа XVIII – XIX вв. с изображением храма дают неполное представление об архитектурных формах здания, искажая размеры отдельных его элементов. В таком случае наиболее подробным источником выступают фотографии здания, которые точнее передают его облик. По данным гравюр и текстовым упоминаниям о перестройках здания с фотографий производился вычет тех частей здания и деталей, которые были пристроены позднее.
Здесь на первое место среди программного обеспечения выступает программа SketchUp. Так, благодаря наличию фотограмметрического инструмента анализа перспективы фотографии и параметров строений MatchPhoto, определив уровень горизонта и указав определённые параметры перспективы, в графических источниках можно рассчитать угол съёмки здания фотографом и затем размеры всех строений. Количество загруженных фотоизображений при наличии разных ракурсов съёмки и «реперной точки» непосредственно влияет на точность полученного результата. Под «реперной точкой» мы подразумеваем объекты или отдельные их элементы, присутствующие на нескольких снимках. Реконструкция перспективы для всех графических изображений и определение размера «реперной точки» позволяют задать масштаб реконструкции. Отправной точкой масштаба на фотографии 1930-х гг. стала женщина со строительной вешкой (метром), запечатлённая на нескольких кадрах. Благодаря выставлению в программе правильного масштаба «реперной точки» на всех фотоизображениях, появилась возможность замера инструментом "рулетка" расстояния между объектами.
После данного этапа работы реконструкцию можно осуществлять в любой удобной компьютерной программе, опираясь на данные анализа размеров фотоизображений, или продолжить работу в программе SketchUp и начать обводить фотоизображение векторными линиями. Подобная опция проецирования фотоизображения в определённой перспективе с возможностью построения геометрии существует только у нескольких программных продуктов, к примеру, Autodesk 3Ds Max 2014 и Photomodeler Scanner.
В процессе восстановления облика здания по фотографиям удалось восстановить рельеф территории. Колебание уровня рельефа от фасада храма со стороны ул. Тверской до угла здания со стороны лицевого фасада по Тверскому бульвару составило 1,2 метра. Подобным способом в процессе виртуальной реконструкции осуществлялся расчёт параметров колебаний рельефа для других строений Страстной площади, по которым не имелось чертежей. В этот перечень объектов попадает и главный храм Страстного монастыря, по которому сохранились только поэтажные планы 1928 г., гравюры XVII-XIX вв. и фотографии XIX – XX вв. Использование технологии анализа фотоизображений MatchPhoto в программе SketchUp позволило, положив в основу данные чертежей и фотографии, рассчитать параметры и пропорции здания и отдельных элементов декора. Непосредственно сама реконструкция храма осуществлялась в программе ArchiCAD и после была представлена в оболочке программы Unity3D (см. рис.8), где непосредственно производилось итоговое построение сцены виртуальной реконструкции Страстной площади 1830 г.
Этапы работы в 3D редакторах по тем строениям Страстной площади, для которых сохранились чертежи, достаточно сходны. Отметим, что по отдельным зданиям, таким, как усадьба М.И. Римской-Корсаковой («Дом Фамусова»), сохранилось достаточно большое количество описательной документации, планов, чертежей разного времени и гравюр XIX в. В некоторых случаях чертежи строений относятся ко второй половине XIX в.; изображенное на них здание относится к другому архитектурному стилю.
В рассматриваемый период фасады московских особняков Страстной площади были выполнены в стиле ампир, о чём свидетельствуют дошедшие в большом количестве гравюры первой половины XIX века. Сохранившийся чертеж фасада усадьбы М.И. Римской-Корсаковой 1844 г. указывает на то, что владельцы здания следили за доминирующими на конкретный момент времени архитектурными веяниями, предпочитая перестраивать здания, исходя из архитектурной моды: здание изобилует огромным количеством лепнины и эркерами с чугунным литьём, мода на которые пришла в Россию из-за рубежа к концу первой половины XIX в. Перестройку фасада здания могли позволить себе далеко не все владельцы. Однако М.И. Римская-Корсакова не испытывала недостатка в средствах и устроила в своей усадьбе место сосредоточения московской элиты (дом посещали А.С. Пушкин, А.С. Грибоедов), проведения балов, маскарадов, званных обедов, поэтических вечеров и других подобных мероприятий. В середине XIX в. после смерти М.И. Римской-Корсаковой родственники продали здание Строгановскому училищу, после чего его фасад вновь был перестроен. В таком виде дом запечатлен на многочисленных рисунках и фотографиях XIX-ХХ вв. Апеллирование к источникам более позднего времени при воссоздании облика здания на 1830 г. требует проведения ретроспективной реконструкции рассматриваемого исторического источника. В нашем случае им стал фиксационный чертёж фасада здания 1844 г. В результате нами был получен следующий облик здания (см. рис. 11).
Одним из ключевых объектов, расположенных на территории монастыря, является колокольня Страстного монастыря. Говоря о ней, отметим, что от старого здания колокольни, просуществовавшей вплоть до 1850 г., дошло немного исторических источников. Наиболее подробным из них является чертёж колокольни , найденный в архиве РГИА и гравюра лицевого фасада монастыря после пожара в 1773 г. На основе имеющихся источников и существующего аналога, – колокольни Высокопетровского монастыря, - в программе SketchUp была произведена ее виртуальная реконструкция.
Результатом проекта станет разработка виртуальной реконструкции Страстного монастыря и прилегающего к нему исторического пространства Страстной площади, основанная на технологии компьютерного 3D моделирования (в нашем случае можно говорить 4D моделировании, если учесть что планируется построение виртуальной реконструкции на трех временных срезах: рубеж XVII - XVIII вв., 1830-е гг. и начало XX вв.) Выбор указанных временных срезов определяется их значением для истории Страстного монастыря и обеспеченностью источниками. На данный момент не существует исторически достоверных реконструкций Страстного монастыря и прилегающей к нему площади в рассматриваемую эпоху. Отметим, что в Музее истории Москвы была проведена работа по созданию материального макета Страстной площади на 1890 г., однако, он имеет статический характер и ориентирован на экскурсионно-познавательные цели.
Адекватный инструмент для построения виртуальной реконструкции утраченных объектов историко-культурного наследия дают методы и технологии 3D моделирования и алгоритмы фотограмметрии. Использование адекватных компьютерных средств позволяет историкам, используя комплекс источников, характеризующих реконструируемый объект в его эволюции, получить его пространственную реконструкцию на нескольких временных срезах. Преимуществами построенной 3D модели является возможность интерактивного просмотра реконструкции в сети Интернет и её верификации. Под понятием верификации подразумевается возможность взаимодействия пользователя с историческими источниками (текстовой документацией, чертежами, планами и т.п.) и созданной на их основе виртуальной 3D моделью с текстовым описанием методики ее построения применительно к каждому зданию, с целью анализа воссозданной модели, поиска в ней ошибок и неточностей.