Ученые Южно-Уральского государственного университета разработали уникальную фотограмметрическую систему высокоточных бесконтактных измерений 3D-координат, которая может создавать 3D-модели древних памятников культуры. В частности, данную систему планируется применить в археологическом исследовании Игнатьевской пещеры, расположенной в южной части Уральских гор, где в 1980 году были обнаружены наскальные рисунки.
Игнатьевская пещера является памятником природы и культуры мирового значения, расположена неподалеку от села Серпиевка (Катав-Ивановский район, Челябинская область). На стенах пещеры есть изображения, созданные в период 15,400-18,900 лет назад. На рисунках представлены животные (мамонты, лошади, бык, 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, и таким образом создается ее реконструкция.
.jpg)
Фото: Мишени и кодовые марки фотограмметрической системы
Принцип работы фотограмметрической системы основан на съемке специальных маркеров при помощи обычного фотоаппарата или даже камеры телефона. 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.
В настоящее время 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 низкопольного трамвая.
В отличие от аналогов, уникальность фотограмметрической системы ученых ЮУрГУ в том, что она может использоваться без специальной масштабной линейки, что существенно сокращает стоимость ее применения. Кроме того, может применяться как профессиональный фотоаппарат, так и камера телефона, в то время как другие системы работают только с определенными моделями фототехники. Уникальные алгоритмы фотограмметрической системы запатентованы (имеют свидетельства о регистрации программ ЭВМ).