3D-сканеры Artec пересекают Анды и проливают свет на историю древнего Перу

08/04/2021

Автор: Мэттью МакМиллион

Несмотря на тропические ливни в лесистых перуанских горах, археолог и школьный учитель из Массачусетса Даниэль Фернандес не терял присутствия духа. Вместе с двенадцатью спутниками, взвалив на себя рюкзак с инструментами и провизией весом 20 с лишним кг, он ежедневно преодолевал верхом по 20 с лишним миль. Кроме того, отряд вез книги и обучающие материалы для жителей отдаленной горной деревни.

Их сопровождали шесть гидов из числа коренного населения, которые помогали преодолевать путь на высоте от 2 до 4 км над уровнем моря. В этом интервале климат меняется каждые полтора часа, а иногда быстрее: сначала может быть холодно (не выше +2) и промозгло, а через час такая погода сменяется изнуряющей жарой за 30 градусов.

Археолог Даниэль Фернандес на пути в деревню Ла Морада

Бывало так, что вереница из 23 лошадей и мулов выходила на солнечное плато, а через несколько минут попадала под проливной дождь, лошади застревали в грязи, а тропы, ведущие к деревне, просто размывались. В регионе Чачапойя важно уметь подстраиваться под меняющиеся условия.

Чачапойя — это коренные обитатели региона Амазонас на территории современного северного Перу. За то, что они жили в туманных лесах Анд, их еще называют «Людьми из тумана». Следов их древней культуры до наших дней дошло крайне мало.

Заросшие тропы вдоль туманных лесов на склоне гор значительно замедляют путешествие и представляют большую опасность.

К сохранившимся памятникам относятся, например, саркофаги из Карахиа: высокие глиняные фигуры, установленные на краях отвесных скал. Внутри каждого саркофага в позе эмбриона находятся древние мумии. Также нельзя не упомянуть коллекцию мумий из мавзолеев у озера Лагуна-де-лос-Кондорес.

Даниэль Фернандес считает, что сохранилось много других культурных ценностей Чачапойя, они просто затеряны в лесах. Он много раз видел такие артефакты своими глазами; есть и памятники, о которых он только слышал от местных жителей. Начиная с 1998 года, Фернандес возвращается в туманные леса северного Перу практически каждый год.

Пункт назначения: деревня Ла Морада. По земле от ближайшего населённого пункта сюда можно добраться только верхом, по горным тропам. Путь займёт около 48 часов.

Он посещает эти места с десятками своих учеников и студентов, которые, по их словам, получают уникальный жизненный опыт, навсегда меняющий их. Находясь в этих отдаленных горных селах, они занимаются просвещением местного населения. В частности, привозят с собой сотни книг, а ещё канцтовары, которые очень нужны местным школьникам.

Дети народности Чачапойя в деревне Атуен слушают, как Даниэль Фернандес читает книгу об истории их предков

Кроме того, во время этих путешествий Фернандес проводит важнейшие археологические работы, которые позволяют задокументировать и сохранить исчезающие сокровища и последние следы древних Чачапойя. Это настоящая гонка со временем, в которой ученый проигрывает, поскольку против него выступают потоки дождевой воды, граффити, вандалы и мародеры.

В этих селах на горных склонах есть поверье: если найти священный предмет и отломить от него кусочек, а затем принести его домой, то получишь благословение и защиту богов.

За время своих экспедиций Фернандес заручился доверием местного населения. Они часто рассказывают ему о тех памятниках, которые случайно находят в джунглях, или тех артефактах, которые приносят ему. Спустя долгие годы многие из этих людей стали осознавать, что, когда исчезнут сокровища их предков, вернуть их будет невозможно.

Участница группы и бывшая студентка Рейчел Лоренк с девочкой Чачапойя из местной деревни

Тех нескольких недель, которые исследователь проводит в регионе каждый год, не хватает, чтобы задокументировать все запланированные объекты. Как говорит сам Фернандес, «Как археологу мне очень больно каждый раз слышать, что кто-то из местных нашел огромную башню, или мавзолей, или пещеру с наскальной живописью. Они всегда спрашивают, вернусь ли я, и мне приходится отвечать, что да, обещаю, постараюсь… но только в следующем году. И так я приезжаю к ним уже 21 год подряд».

Именно во время одной из таких экспедиций в 2008 году Фернандес по пути в деревню Ла Морада наткнулся на древний монолит, о котором читал пару лет до того в работе Инге Шйеллерап (она проводила археологические исследования в этой местности в рамках перуано-датской археологической миссии в 1980х и начале 1990х годов). Шйеллерап была первой, кто сфотографировал гору Пука Руми, где расположен этот величественный камень.

Этот монолит также сфотографировал Кит Маскатт и включил в известную книгу «Воины из тумана» (прим.: название книги на англ. яз. – Warriors of the Clouds). Позже, в 2005 году, камень был запечатлен в рисунках Пенни Берлинер.

В первую минуту, когда Фернандес оказался перед монолитом, он не мог ступить и шага. Он проводил пальцами по резьбе на камне, повторяя спирали, квадраты и сферы, окруженные расходящимися полосами. Было очевидно, что это не просто редкая археологическая находка. Он смотрел на нечто, способное пролить новый свет на историю становления Перу. Чтобы тщательно проанализировать все петроглифы, требовался иконографический анализ, поскольку только он позволил бы понять, что изображено/написано на монолите.

Неожиданно для себя Фернандес осознал, что этому потрясающему камню вряд ли суждено сохраниться. «Каждый год кислотные дожди становятся всё сильнее, и они всё больше и больше размывают нанесенные петроглифы, – говорит Фернандес. – Я понял, что еще немного, и их уже нельзя будет расшифровать. Я должен был найти способ сохранить их!»

В тот день всё, что он мог сделать, — это сфотографировать монолит. Вернувшись из экспедиции, Фернандес стал искать другие возможности оцифровать и сохранить этот уникальный памятник, представлялвший огромную ценность — как для исследователей, так и для нынешнего и будущих поколений народности Чачапойя.

К сожалению, в следующие месяцы джунгли поглотили камень размером 70 см х 300 см, и когда Фернандес вернулся туда в следующем году, он уже не смог найти монолит. Фернандес примерно представлял себе его местоположение, но в этих краях подтопления и эрозия меняют ландшафт каждый год, и с большой долей вероятности вы можете не найти тропы, которой шли год назад: за это время она просто исчезла.

Два гида из данного района Анд и Фернандес решают, как лучше проложить маршрут

Год за годом исследователя не покидала мысль, что даже несмотря на то, что огромный камень слишком тяжелый, чтобы его взяли и унесли с места, разрушение памятника было вопросом времени: его обязательно погубят вандалы или эрозия (или и то, и другое).

Фернандес вспоминает, как начинал искать подходящее решение: «Когда я рассказал нескольким коллегам о своих планах относительно этого проекта, некоторые из них спросили, почему бы мне просто не воспользоваться фотограмметрией. Они считали, что это было бы гораздо проще и дешевле, чем подбирать подходящий сканер, а потом еще и платить за него».

Он продолжает: «Однако у фотограмметрии есть один большой недостаток: вам необходимо сделать множество фотографий объекта, но понять, как они выглядят вместе, можно только после того, как вы окажетесь за компьютером в своей лаборатории. Это значит, что мне пришлось бы долго объединять все данные. И после этого я мог бы обнаружить, что 3D-модель оказалась неполной».

«А что, если я пропустил хотя бы один петроглиф или другой важный участок поверхности? Что мне делать? Снова звать гидов и объяснять, что нам надо вернуться в джунгли со всеми лошадьми и снаряжением, потратив еще 10 000 долларов, чтобы просто сделать недостающий кадр? А если в это время там побывали вандалы или мародеры, и я уже не смогу сделать этот недостающий кадр?»

В один прекрасный момент поиски и рекомендации навели его на мысль, что оптимальным решением станет 3D-сканирование. Однако большой выбор устройств немного озадачил Фернандеса: какой из сканеров сможет выдержать условия экспедиции? Где гарантия, что монолит будет качественно отснят в 3D в высоком разрешении и цвете?

Внимательно изучив полученные рекомендации, он обратился к сертифицированному партнеру Artec с золотым статусом, компании  Exact Metrology. Её специалисты много лет работают над проектами в схожих областях. Фернандес описал все сложности проекта, рассказал о монолите и других объектах, которые он собирался отсканировать. Эксперты Exact Metrology предложили ему портативные 3D-сканеры  Artec Eva и Space Spider.

3D-сканеры Artec Space Spider и Eva

Фернандесу объяснили, почему Eva идеально подходит для общего скана монолита с высокой четкостью, а Space Spider позволяет получать сканы ультравысокого разрешения при оцифровке как отдельных участков крупных объектов, так и мелких объектов со сложной геометрией.

Оба сканера за многие годы работы прекрасно зарекомендовали себя в сфере археологии и палеонтологии. Они позволяют исследователям за считаные минуты оцифровывать ценные памятники культуры и экспонаты, а затем преобразовывать полученные данные в невероятно четкие 3D-модели, которые можно использовать для сохранения объектов в цифровом формате, при создании приложений виртуальной реальности и для других целей.

Фернандес понял, что даже несмотря на простоту использования сканеров, во время экспедиции у него будет так много дел, что было бы лучше, чтобы сканированием занялся специалист. И он обратился к сотрудникам Exact Metrology с просьбой о безвозмездной помощи. Он стал подробно описывать все нююансы экспедиции в условиях высокогорья. Не успел Фернандес закончить свой рассказ, как помочь ему вызвался руководитель отдела обучения и маркетинга Джейсон Кляйнгенц.

Итак, теплым августовским днем Фернандес, Кляйнгенц и еще 11 человек направились в Перу, где началось их долгое путешествие по петляющим тропам дождливого предгорья Анд, ведущим к монолиту и деревне Ла Морада. Кляйнгенц тащил рюкзак с двумя ноутбуками и 3D-сканерами, а коренные гиды, нанятые организатором экспедиции, показывали группе исследователей дорогу к монолиту.

Ник Циороган показывает жителям деревни и их детям чудеса современной фотографии

Одним из участников экспедиции был международный кинорежиссер Ник Циороган, который отвечал за фотоотчет об экспедиции и за фотосъемку монолита. Циороган уже более 10 лет документирует работу Даниэля и работает над фильмом под названием «Мой учитель» , который повествует о группе студентов и их учителе, Даниэле Фернандесе. Документальный фильм рассказывает об экспедициях в далекие джунгли северного Перу: как это меняет жизни исследователей и тех людей, с которыми они встречаются.

Будущее деревни Ла Морада: местные дети с радостью встречают гостей и смотрят привезенные книги

Несколько дней подряд путешественники пересекали каменистые горные тропы и пробирались сквозь густые заросли, ножами-мачете расчищая путь для лошадей. И вот наконец они добрались до места назначения, где, предположительно, находился монолит. Однако даже гиды не могли его найти.

Петляющая тропа вдоль реки Хуабаяаку от деревни Ла Морада к монолиту

Только запустив дрон высоко над джунглями и сравнив видео с отсканированной картой, которую за несколько лет до этого нарисовала исследователь Инге Шйеллерап, путешественникам удалось вычислить расположение камня. Это стало огромной удачей, поскольку монолит уже поглотили вечнозеленые лозы и густая растительность джунглей. После того как гиды аккуратно убрали всю траву вокруг камня, Фернандес сказал, что можно приступать к сканированию. И Кляйнгенц принялся за работу.

Фотография с дрона, наложенная на нарисованную Инге Шйеллерап карту Пукаруми, которая показывает точное расположение монолита (обозначено оранжевым цветом). Источник археологической карты: Шйеллерап, И. 2005 Incas y Espanoles a la Conquista de los Chachapoyas. Стр. 288. IFEA. Лима

И хотя Фернандес был уверен и в технологии, и в профессионализме Кляйнгенца, оцифровка монолита оказалась серьезным испытанием для Artec Eva. Было много сомнений, сможет ли этот сканер точно отснять органические формы и замысловатые петроглифы во влажных и туманных условиях джунглей. Кроме того, организатору экспедиции было важно, чтобы сканирование прошло бесконтактным способом, и монолит отсняли именно таким, как его обнаружили.

Вот что он рассказывает: «Я считал, что если это удастся, если Eva и правда сможет дать нам необходимые результаты, тогда мы будем брать этот сканер в каждый поход, когда нужно бережено оцифровывать каменные скульптуры».

Один из местных гидов восхищенно осматривает монолит в первые минуты после его обнаружения

Кляйнгенц разместил ноутбук, затем подключил к нему Artec Eva и начал сканировать лицевую сторону древнего памятника. Один проход, второй, третий — участок за участком поверхность монолита стала отображаться в программе Artec Studio. Уникальная находка со всеми петроглифами реконструировалась в цифровой среде со скоростью два миллиона точек в секунду. Именно из этих точек впоследствии появится цветная 3D-модель камня в высоком разрешении.

Физического контакта с поверхностью не потребовалось: Джейсон Кляйнгенц отсканировал монолит с помощью Artec Eva

Но затем небеса разверзлись. Редкие капли дождя за несколько минут сменились потоками воды. Прежде, чем Клянгенц успел попросить помочь ему, один из участников экспедиции подскочил к нему и раскрыл над ним и сканером брезент. Другие члены команды обступили камень и растянули над ним тенты, чтобы больше ни капли не упало на его поверхность.

И тут неожиданно вышел из строя внешний аккумулятор, а из-за проливного дождя солнечные батареи оказались бесполезными. На ноутбуке появилось сообщение о низком уровне заряда. У Кляйнгенца оставалось всего несколько минут, чтобы завершить съемку.

К счастью, других сложностей не возникло. И примерно через час после начала работы каждый сантиметр камня был детально оцифрован. Еще несколько сканов было сделано на всякий случай.

Монолит Пукаруми ожил в 3D: зеленый цвет был выбран для того, чтобы было легче рассмотреть петроглифы

Кляйнгенц дополнительно сохранил сканы на двух разных жестких дисках, а затем отдал каждый из них двум разным людям, чтобы гарантировать безопасность данных. Затем группе предстоял двухдневный поход обратно в базовый лагерь, где путешественники готовились к завершающему этапу экспедиции.

По прилету в США Кляйнгенц вернулся в офис компании, где его коллеги обработали сканы и создали 3D-модели. С помощью Artec Studio они удалили все ненужные данные, совместили разрозненные сканы и экспортировали файлы в дизайнерское ПО Geomagic, включая Geomagic Wrap.

Истинный цвет и форма монолита, запечатленные с помощью Artec Eva

Что касается использования 3D-модели, Фернандес добавляет: «Мы распечатаем уменьшенную в 2 раза 3D-модель монолита для краеведческого музея в Леймебамбе, где это сокровище смогут увидеть местные жители и туристы. Теперь исследователи и студенты из Перу или любых других стран смогут сколь угодно долго изучать петроглифы и другую резьбу на этом камне, даже если для этого потребуются многие годы».

Во время этой экспедиции, сразу после 3D-съемки монолита, был протестирован и второй сканер — Space Spider. Фернандес хотел оценить способность портативного сканера тщательно оцифровывать артефакты небольшого размера.

Для этого они вместе с Кляйнгенцем отсканировали множество предметов, которые деревенские жители принесли домой из джунглей. В их числе были глиняные осколки, разные камни (наконечники холодного оружия, которое, по всей видимости, использовалось в древних сражениях), а также каменный пестик, который использовался для измельчения зерна.

Местные жители, которые воочию видели, как найденные экспонаты в считанные минуты появлялись на экране ноутбука, следили за процессом съемки с широко раскрытыми от удивления глазами.

Фернандес и студентка высшей школы Уэйленда Сидни Ллойд анализируют нанесенные на монолит петроглифы (изучают как цифровые данные, так и изображения на фото)

Вернувшись в Массачусетс, Фернандес стал изучать 3D-модель монолита и обнаружил элемент, от которого у него перехватило дыхание: он увидел ранее нигде не описанную резьбу в виде змея с клыками и перьями, расположенную на правой стороне камня. Она была полустертой, поэтому никто не обратил на нее внимание при осмотре камня, однако сканер Artec Eva смог оцифровать ее в мельчайших деталях.

Точно такое же изображение, которое рисовали только художники в Периоде формирования Перу, было обнаружено на части памятника доколумбовой культуры Куписнике в археологическом комплексе Чавин. По результатам радиоуглеродного анализа было установлено, что возраст этого памятника составляет около 2000 лет. Это значит, что обнаруженный сейчас петроглиф, вероятнее всего, был нанесен на камень за несколько сотен лет до того, как появилась резьба на левой стороне монолита.

Сравнительный иконографический анализ показал, что петроглифы на центральной правой стороне камня были предположительно нанесены в период с 400 года до н. э. по 200 год н. э., в то время как резьба на центральной левой части датируется периодом с 700 года н. э. до 1470 года н. э.

Высеченная на камне голова змея с клыками и перьями, относящаяся к Периоду формирования, отсканированная с помощью Artec Eva, с подтверждением в виде цифровой фотографии и анализом рисунка, проведенным Даниэлем Фернандесом

Фернандес обращает внимание на то, как важно заручиться доверием местных жителей: «Мы брали с собой старейшину общины, который лично наблюдал за тем, как работают сканеры Artec. Это было сделано для того, чтобы он рассказал жителям деревни, что мы не покушаемся на святыни, даже не прикасаемся к ним».

Он продолжает: «Мы хотим, чтобы люди знали, что эти сканеры работают, как обычная вспышка камеры и ничего не повреждают. Люди чувствуют огромное облегчение, когда понимают, что мы не обманываем их».

«Мы обязательно объясняем им, что благодаря этим сканерам нам не нужно проводить раскопки, что-то повреждать или разрушать, и мы тем более ничего не забираем ни у них, ни у их родных мест. Этот монолит по-прежнему лежит там, где и последние сотни лет: прямо у тропы, ведущей к деревне Ла Морада».

«Мы хотим, чтобы они понимали, что все эти работы ведутся для них, для всего их народа. Когда они, наконец, это осознали, то начали делиться с нами другими своими находками и даже отводить к монументам и объектам, которые никогда не показывали чужакам».

Artec Eva оцифровывает левую сторону монолита, на которую были нанесены классические петроглифы Чачапойя. Их можно увидеть и на других местных артефактах.

Фернандес подчеркивает, что благодаря сканерам Artec он может оцифровать артефакты с первого раза: «Eva и Space Spider позволяют в режиме реального времени видеть каждый участок поверхности снимаемого объекта. Если появляются даже малейшие сомнения, одного прохода сканера достаточно, чтобы решить проблему. Несколько минут работы в Artec Studio – и я могу получить невероятно реалистичные 3D-модели прямо на месте съемки или в палатке, или в любом другом месте. Это невероятно просто».

Низкая стоимость и доступность 3D-печати позволяют воссоздавать эти артефакты и использовать их в школах и университетах для обучения и исследований. Высочайшая точность деталей дает возможность использовать 3D-модели в виртуальной реальности или для подробного изучения археологами и другими исследователями со всего мира.

Загадочный и необъятный изумрудный пейзаж туманного леса, в глубинах которого на протяжении сотен лет лежат нетронутыми археологические ценности

Фернандес считает, что технические возможности 3D-сканеров Artec для археологии невозможно переоценить: «Профессиональные археологи со всего мира постоянно пытаются максимально точно восстановить прошлое именно таким, каким оно было, а не просто создать его на основании своих представлений. Такова моя миссия как археолога, и именно такие возможности дают мне сканеры Artec».

На 60-й Ежегодной конференции по исследованию культуры народов Анд, которая прошла в январе 2020 года в калифорнийском городе Беркли, Фернандес и Кляйнгенц представили доклады, посвященные монолиту и экспедиции в целом, а также продемонстрировали участникам возможности сканеров Artec Eva и Space Spider.

Кляйнгенц комментирует важнейшую роль, которую 3D-сканирование может играть в сохранении культурного и исторического наследия: «Следующим значительным шагом будет организация национальных 3D-библиотек, таких как Библиотека Конгресса в США, в каждой из которых будут храниться петабайты цифровых коллекций и другие 3D-данные объектов, которые были отсканированы».

Он продолжает: «Благодаря такому подходу эти бесценные артефакты сохранятся для нынешних и будущих поколений. Нам абсолютно по силам сделать это. Более того, мы просто обязаны оцифровать эти памятники во благо всего человечества».