Artec Eva раскрывает секреты корабля, потерпевшего крушение 829 лет назад после окончания эпохи викингов

29/04/2019

Во время проведения работ по расширению территории порта Висмар в федеральной земле Мекленбург-Передняя Померания (Германия) археологи обнаружили на дне обломки нескольких кораблей. Один из них лежал на глубине всего около трех метров.

Благодаря анаэробной слабощелочной среде и почти полному отсутствию бактерий, и, следовательно, гниения, а также короедов, вода Балтийского моря и ил на дне портовой акватории способствовали сохранению деревянных обломков кораблей практически в идеальном состоянии.

Этот крупный корабль, около 24 метров в длину и 4 метров в ширину, с открытой палубой датируется примерно 1188 годом. 3D-сканирование позднее подтвердит, что он был построен только при помощи топора и тесла, а дендрохронологический анализ покажет, что дуб и сосна, использованные в его конструкции, росли на западе Швеции. Примерная численность команды судна составляла 8-10 человек.

“Это потомок корабля викингов, - рассказывает морской археолог, руководитель проекта д-р Дженс Оер, – он пролежал под слоем ила и песка несколько веков. Это тяжелый грузовой корабль скандинавской конструкции с сосновыми планками внахлест (клинкерная обшивка), сделанный на совесть, на века, с изящным закруглением бортов. …Построен в сравнительно мирное время. Вероятнее всего он перевозил грузы – древесину, камень или, возможно, даже крупные партии пива”.

“Когда мы подняли обломки со дна, то поразились тому, насколько хорошо они сохранились. Казалось, будто дерево было спилено только вчера”, - делится впечатлениями Оер.

Конструкции этих трех кораблей разные. Первый – плоскодонный, второй – традиционный остроносый корабль викингов, а третье судно, названное археологами «Большой корабль», – очень крепкий грузовой борт с прямым парусом, служивший для перевозок тяжелых грузов по Балтийскому морю.

Следующим шагом предстояло изучить и документировать обломки, как в целях сохранения бесценного культурного наследия, так и для получения как можно больше сведений об этой уникальной археологической находке для современного и будущих поколений исследователей.

Но время играло против ученых. Приближалась зима, и разрытые доски, которые раньше укрывал слой ила, становились более уязвимыми. Необходимо было действовать быстро – поднять обломки со дна и сразу начать процесс изучения и подробного документирования.

Когда Оер оценил, как они сканировали в 3D и производили документирование в прошлом, какую технологию использовали тогда, то понял, что очистить, сканировать, обработать, описать, аннотировать и сделать фотографии 228 досок «Большого корабля» не удастся и за целый год.

Оер собрал команду лучших специалистов: пригласил эксперта в области 3D-сканирования и морского археолога Томаса Ван Дамма из компании Ubi3D, который предложил уникальный способ сканирования и аннотирования 3D-сеток в Rhino (как будет описано ниже); морского археолога Массимилиано Дитту, который отвечал за процесс 3D-сканирования наряду с фотограмметрией; специалиста 3D-документирования Мари Коуэнберг из Бельгии и морского археолога Бенджамина Холкиера из Дании.

“В течение недели мы решали, как будем сканировать, какие использовать методы, подходы и в каком порядке”, - рассказывает Оер.

Ранее они использовали контактный 3D-сканер Faro Arm. В процессе контактного сканирования, считываются отдельные точки объекта, они конвертируются в сплошные участки и только затем в 3D-модели. Это длительный процесс, требующий участия опытных техников.

Прошлый опыт показал, что за целый день работы можно успеть отсканировать и снабдить аннотациями максимум полторы доски. То есть, чтобы оцифровать 228 досок, потребуется целый год. Это очень долго, поэтому пришлось искать другой способ.

Во время работы над предыдущим проектом по оценке влияния на экологию и оцифровке обломков корабля специалисты из KLIB (дистрибьютор Artec в золотом статусе) продемонстрировали Оеру профессиональный 3D-сканер Artec Eva. Это лёгкий полноцветный 3D-сканер на основе структурированной подсветки, применяемый в различных областях, в числе которых археология и реверс-инжиниринг. Оер был сильно впечатлён увиденным. Чтобы испытать Eva, он решил опробовать его на влажной древесине. Когда он увидел, как быстро и точно этот портативный сканер считывает все детали доски, то тут же принял решение остановить выбор именно на Eva.

И так, по настоянию Оера, вся команда перешла на использование Eva в работе над «Большим кораблем».

“При использовании старого метода на сканирование и аннотирование всех этих досок ушел бы год, но с Eva мы сумели справиться всего за месяц!” – говорит Оер.

Процесс оцифровки досок с помощью Eva заключался в следующем:

Сканирование производилось на складе в городе Шверин недалеко от знаменитого Шверинского замка.

“Семь досок в день, включая чистку, сканирование, аннотации, описание, фотографирование. …228 досок, 33 дня и четыре человека в команде”, - рассказывает Массимилиано Дитта.

Каждый день семь досок готовили к сканированию, с поверхности двух из них удалялась лишняя влага, и их сканировали по одной за раз. Тем временем оставшиеся пять лежали под влажной тканью для того, чтобы через 20-30 минут доски не начали ссыхаться и выгибаться.

“Сканирование с четырех сторон каждой восьмиметровой доски 2-3 см толщиной занимало всего лишь 5-10 минут”, - говорит Массимилиано Дитта.

“Несмотря на то, что с Eva я работал впервые, и мне нужно было немного времени, чтобы освоиться, этот сканер мне очень понравился. Он сэкономил нам массу времени, и им действительно очень удобно пользоваться, особенно, по сравнению с контактным Faro”, - делится впечатлениями Дитта.

Дитта продолжает: “Мы сканировали некоторые доски лежащими, а другие из-за большого изгиба подвешивали на веревках к потолку и сканировали в таком положении”.

Ван Дамм описал весь изобретенный им метод, который он доработал при участии Оера и Дитты и который позднее представил на конференции ISBSA.

 “Вначале каждую доску сканировали с четырех сторон, сканы обрабатывали и создавали красивые полноцветные текстурированные сетки в Artec Studio. Это самые удачные цифровые реплики досок, какие мы только могли получить. Далее их экспортировали в формате OBJ в Rhino 5 для аннотирования”.

“Затем в Rhino каждый параметр доски был аннотирован с помощью инструмента PolylineOnMesh на отдельных слоях в точности там, где он виден на древесине. Эти данные описывали каждую засечку и срез, отверстия от гвоздей, каждую небольшую царапину, рисунок древесины, типы использованных креплений – железные гвозди или деревянные нагели, а также то, какие инструменты применялись при строительстве, есть ли следы ремонта, какая порода дерева использовалась, и даже из какой части дерева взят материал – со ствола или ветки, и т.д.”

“В процессе аннотирования мы руководствовались не только цифровыми текстурными сетками, но и смотрели на лежащие перед нами доски, изучая их очень внимательно”.

“На следующем этапе мы подготовили подробные двухмерные чертежи всех досок. Эти чертежи, по сути, явились сокращенной версией 3D-моделей, в которой содержится информация, необходимая только для исследователей, в том числе, геометрия доски и среза, а также полилинии с цветовой кодировкой, передающие различные параметры, аннотированные в Rhino. Имея в распоряжении эти двухмерные чертежи, другие исследователи смогут получить основные сведения о находке, взглянув на них всего лишь один раз”, - поясняет Ван Дамм.

“Главным преимуществом Artec Eva, по сравнению с фотограмметрией, является, простота в обращении. Т.е. человек, обладающий незначительным опытом 3D-сканирования, может самостоятельно выполнить процедуру документирования. Помимо этого, мы получили гораздо больше удовольствия от сканирования, чем когда приходилось делать свыше трехсот снимков каждой доски под самыми странными углами”, - объясняет Ван Дамм.

Чертежи, двухмерный вид текстурных сеток и описания каждой из досок были внесены в Каталог обломков, вошедший в опубликованный отчет. Это позволяет исследователям подробно изучать каждую доску. Каталог обломков содержит таблицу с пояснением используемых в чертежах цветовых кодов.

“В прошлом все края досок нужно было обводить контактным сканером (таким, как FaroArm), что занимало слишком много времени. Здорово в нашем подходе то, что Rhino предлагает инструменты, автоматически конвертирующие аннотированный скан (текстурную 3D-сетку + слои с полилиниями, передающими форму досок) в чертеж. Таким образом, двухмерные чертежи автоматически генерируются из аннотированных сканов, что избавляет нас от необходимости сканировать каждый край контактным устройством”, - рассказывает Ван Дамм.

А когда впоследствии на основе сканов уцелевших досок высокого разрешения приступили к созданию цифровой реплики корабля целиком, возникла небольшая проблема: некоторые доски не так хорошо сохранились, как другие. Оер поделился тем, как они решили эту проблему: “Левый борт практически полностью сохранился. Поэтому мы просто взяли часть, сканированную с Eva, и зеркально отразили. Тем самым мы создали изображение целого корпуса на основе данных, которые прекрасно смог считать сканер Eva”.

Массимилиано Дитта изготовил все модели досок на 3D-принтере для построения небольшой реплики корабля. “Я распечатал на 3D-принтере доски из гипсового порошка в масштабе 1:20, чтобы воссоздать облик корабля после крушения и точно определить положение нескольких недостающих фрагментов”.

Уменьшенная модель будет использоваться для различного рода научного анализа, например, гидростатического давления, гидродинамического расчета, и т.д., а также чтобы иметь возможность поделиться с широкой аудиторией – посетителями и людьми в разных уголках света посредством Интернета – тем, как изначально выглядел этот корабль.

Оер и Дитта сканировали модель «Большого корабля» с помощью вновь приобретенного Artec Space Spider, цветного 3D-сканера сверхвысокого разрешения, который создает безупречные цифровые реплики даже самых сложных объектов.

Оер рассказал, что проект был выполнен настолько хорошо, что Министерство культуры и сохранения наследия федеральной земли Мекленбург-Передняя Померания решили приобрести новейший профессиональный портативный 3D-сканер Artec Leo и в настоящее время ожидают его скорой доставки. Leo – отмеченный наградами революционный 3D-сканер, оснащенный встроенным сенсорным экраном и предлагающий полностью беспроводное 3D-сканирование. 

Связаться с нами