Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна (СПбГУПТД), крупнейшего вуза художественно-технологического профиля в России, активно занимаются воссозданием цифровых реплик объектов мирового и национального культурного наследия. Раньше никто и подумать не мог о том, что такое станет возможным. Теперь археологи спасают утерянные в песках прошлого объекты с помощью программ, кодов, компьютерных экранов.
Цифровые копии
Виртуальная археология как отдельная научная дисциплина появилась благодаря активному развитию в 1980-х годах технологий компьютерного моделирования и визуализации, информационно-коммуникационных технологий.
Первоначальной задачей этой вспомогательной научной дисциплины была разработка базы для применения цифровых технологий в археологии. Однако со временем она сосредоточилась на компьютерной визуализации, то есть разработке виртуальных двойников археологических объектов. Это позволяет понять, как они выглядели, функционировали, проверить на практике гипотезы ученых.
В рамках современной виртуальной археологии разрабатываются динамические 3D-модели и применяются компьютерные симуляции.
Исследовательская группа, базирующаяся на кафедре конструирования и технологии швейных изделий СПбГУПТД, специализируется на виртуальной реконструкции исторических и археологических костюмных комплексов (системе природных и антропогенных объектов, которая включает фигуру человека, одежду, обувь и аксессуары).
Применение компьютерных технологий позволяет с высокой точностью воспроизводить, изучать, демонстрировать артефакты широкой аудитории, сохранять их для будущих поколений. Аэрофотосъемка, магниторазведка, эхолокация, 3D-сканирование, фотограмметрия оптимизируют и расширяют возможности полевых работ.
«К примеру, для того, чтобы разносторонне изучить одежду, ее необходимо подвергнуть испытаниям: надеть на фигуру человека, оценить, как изделия взаимодействуют с фигурой в статике и динамике, какой обеспечивают диапазон движений, протестировать образцы материалов на специальном оборудовании, чтобы определить их физико-механические свойства. Такое невозможно сделать с образцами одежды, найденной археологами, поскольку она будет необратимо повреждена. А вот с помощью новых технологий изучение вполне реально», – пояснили основатели научного направления виртуальной реконструкции археологических и исторических костюмных комплексов Алексей и Мария Москвины.
С течением времени ткани разрушаются, изменяются их свойства. Изделия из металлов, такие, как кольчужные, пластинчатые, латные и другие доспехи, подвержены коррозии. Поэтому предметы одежды, найденные в археологическом контексте, значительно повреждены, находятся в ветхом состоянии, фрагментированы.
«Когда таким испытаниям подвергают цифровые двойники (цифровые реконструкции) костюмных комплексов, испытания не вредят артефактам. Современные программные продукты обеспечивают получение новой информации об одежде, которая позволяет выдвигать и обсуждать гипотезы о назначении изделий, способах их эксплуатации, половозрастной принадлежности, физических характеристиках ее владельца, удобстве, долговечности, защитных функциях», – уточнили исследователи.
50 реконструкций за 10 лет
При этом, как ни крути, цифровые двойники археологических памятников и комплексов обладают рядом преимуществ перед оригинальными артефактами и их материальными реконструкциями. Они могут экспонироваться одновременно в разных музеях; могут передаваться на тысячи километров за секунды; не подвержены старению.
В то же время цифровой двойник, как объяснили Алексей и Мария, не призван заменить оригинальный памятник или комплекс. Он является всего лишь его виртуальным воплощением. Процесс цифровизации объектов предполагает разработку виртуальной копии, а не перемещение в виртуальную среду.
Сейчас выполняются виртуальные реконструкции костюмных комплексов не только в текущем состоянии (в котором они обнаружены археологами), но и в первоначальном состоянии (какими они были изготовлены), а также в неограниченном количестве гипотетических состояний, в которых они могли бы оказаться в результате каких-либо воздействий.
«Недавно мы реконструировали в виртуальной среде кольчужный доспех (II-III вв. н. э.), состоящий из 19 123 железных колец, затем надели его на аватар (виртуальный двойник фигуры человека) вместе с другой экипировкой и определили, насколько удобно было бы воину сражаться в таком доспехе с мечом и щитом, копьем, стрелять из лука, метать дротики, скакать на лошади. Причем специальное программное обеспечение предоставило количественную, объективную характеристику комфорта, что невозможно в рамках материальных исторических реконструкций, анализ которых основан на субъективных ощущениях человека. В ближайшем будущем мы планируем уничтожить данный виртуальный доспех с помощью различных видов оружия, чтобы оценить его защитные свойства. Материальные реконструкции для этого применить трудно, поскольку на изготовление сотен образцов кольчуг и анализ тысяч возможных вариантов повреждения этих образцов различными видами оружия уйдут годы, а компьютерные симуляции будут выполнены в течение нескольких дней», – рассказали Алексей и Мария.
Выбор объектов для 3D-реконструкции и изучения в виртуальной среде осуществляют ученые – руководители научно-исследовательских организаций, лабораторий, групп, проектов. При этом учитываются цели и задачи текущей научно-исследовательской работы в организации в рамках текущих и планируемых проектов. Иногда выбор объектов является результатом случайных событий.
«В 2019 году мы познакомились с сотрудником Амстердамского Свободного Университета. Это случайное знакомство привело к развитию инициативного международного исследовательского проекта, в рамках которого мы выполнили 3D-реконструкции 27 археологических артефактов, датируемых III в. до н. э. – X в. н. э. В частности, реконструировали тунику и брюки из Торсберга (Археологический национальный музей, Шлезвиг, Германия), кольчугу из Вимозе (Национальный музей, Копенгаген, Дания), пояс из Иллеруп Одал (Дания), обувь из Даугбьерга (Дания), обувь из Обенальтендорфа (Германия), а также 10 фрагментов кольчужных доспехов (Флюйтенберг, Нидерланды; Пикия, Испания; Озеро Карлингварк, Великобритания; Кунцинг, Германия; Ксантен, Германия; Стари Янковци, Хорватия; Вимозе, Дания (2 артефакта); Гаммертинген, Германия; Джермундбу, Норвегия), – делятся своим опытом доценты СПбГУПТД Алексей и Мария Москвины. Цифровые реплики они также изучили в виртуальной среде и получили новые сведения о конструкции исторической одежды, взаимодействии одежды с фигурой в статике и динамике.
3D-симулятор для археологов
Методы и практики виртуальной археологии постоянно развиваются. Это связано с появлением новых цифровых технологий, увеличением вычислительных мощностей компьютеров, накоплением цифровых баз знаний и баз данных об археологических памятниках.
Цифровые технологии применяют уже не только для выполнения наглядных визуализаций, но и для изучения объектов в виртуальной среде и получения новых знаний, что важно для любой научной работы.
Пару лет назад исследователи прогнозировали создание универсального 3D-симулятора для обучения археологов правильному проведению раскопок.
«Когда такой симулятор пройдет апробацию и будет внедрен в образовательный процесс – это, на наш взгляд, станет важным шагом для цифровизации археологии, – надеются исследователи. – Аналогичные интерактивные компьютерные тренажеры широко применяются в обучении пилотов, космонавтов, сотрудников сферы здравоохранения, вооруженных сил – то есть в тех областях, где при выполнении профессиональной деятельности крайне высока цена ошибок, которые может допустить специалист. В связи с этим необходимо применять широчайший диапазон методов обучения, чтобы минимизировать вероятность совершения таких ошибок».
На Синявских высотах обнаружили останки красноармейцев 
Археологи нашли предполагаемое место часовни странника Александра Крайнева 
Российские археологи продолжат работать над 3D-моделью Пальмиры 
Историк и археолог Лев Клейн скончался на 93-м году жизни