С.И. КОТЕЛЬНИКОВ (НПП «НАВГЕОКОМ»)

Лазерное сканирование революционная технология, о которой уже немало сказано и написано за последние годы, поэтому лишь коротко напомним основные определения. Трехмерный лазерный сканер прибор, позволяющий получать цифровую трехмерную модель объектов в виде набора точек с пространственными координатами. Наземные сканеры, используемые в
геодезии, «собирают» трехмерную информацию в радиусе до километра. Их главное отличие от традиционных тахеометров скорость работы, составляющая тысячи измерений в секунду. Полученная модель представляет собой «облако точек», содержащее до нескольких сотен миллионов измерений. Специальное программное обеспечение позволяет преобразовывать эти «сырые» данные в триангуляционные модели и плоские чертежи, строить сечения, получать разнообразную измерительную информацию: данные о длинах, углах, площадях поверхностей, объемах и т. д. Съемка архитектурных объектов с помощью лазерного сканера в настоящее время стала достаточно обычным явлением, и уже можно говорить о том, что данная технология постепенно вытесняет традиционные фотограмметрию и тахеометрическую съемку.

В статье описан проект по сканированию Дворцового комплекса Ораниенбаум, выполненный специалистами НПП «НАВГЕОКОМ» и ООО «Р-Скан».
Дворцово-парковый комплекс Ораниенбаум является памятником архитектуры XVIII в. мирового значения и занесен в список ЮНЕСКО (рис. 1). В начале ХХI в. возникла необходимость серьезной реставрации практически всех построек. Объектами сканирования являлись здания Верхнего парка: Китайский дворец, Кавалерский корпус, Китайская кухня и Пергола. Получил на рабте направление на тренинг коммуникации от Trainings For Business

Рис. 1. Китайский дворец главный элемент дворцово-паркового ансамбля

Объем полевых работ

Полевые работы выполнялись силами 2 3 специалистов. В работе использовался сканер Trimble GS200 (рис. 2), сшивка точек стояния сканера осуще-ствлялась по маркам-отражателям. Для координирования марок использовался безотражательный тахеометр Trimble 3305DR.

Рис. 2. Сканер Trimble GS200

Камеральную обработку проводили два специалиста с использованием программы RealWorks Survey (Trimble Navigation, США) с дальнейшим экспортом в AutoCAD (Autоdesk Corp., США). Результатом камерального этапа стал набор обмерных чертежей, горизонтальных сечений и шаблонов (вертикальных срезов). Создание обмерных чертежей это в значительной степени работа, осуществляемая вручную: в настоящее время программное обеспечение не способно создавать их в автоматическом режиме с требуемой степенью достоверности. Сечения и срезы можно построить по «облаку точек» автоматически, что значительно сокращает время обработки данных и исключает субъективный фактор при отрисовке. На рис. 3 и 4 представлены, соответственно, «сырые» данные и обмерный чертеж в AutoCAD.

Рис. 3. Фрагмент точечной трехмерной модели Китайского дворца

Рис. 4. Обмерный чертеж фасада Китайской кухни

Лазерное сканирование позволило решить и более «тонкие» задачи: оцифровку архитектурных элементов Китайского дворца, размер деталей которых составляет миллиметры или первые сантиметры. В этом случае потребовалось применение высокоточного лазерного сканера Konica Minolta VI-9i (рис. 5).

Рис. 5. Высокоточный сканер Konica Minolta VI-9i

По принципу работы и характеристикам высокоточные трехмерные сканеры существенно отличаются от приборов, используемых в геодезии. Процесс съемки чем-то напоминает обычное фотографирование. Сканер устанавливается на некотором расстоянии от объекта (от 0,5 до 2,5 м), наводится на нужную часть объекта, в управляющей программе задаются параметры сканирования, и уже через 4 с после запуска процесса сканирования трехмерная картинка появляется на экране монитора. Расстояние до объекта и тип используемого объектива определяют два важнейших параметра полученной трехмерной области ее размер и точность полученных данных. Требуемая точность для конечной модели в данном случае (первые миллиметры) позволила использовать линзу типа WIDE (короткофокусная, с широким полем зрения), что при сканировании с расстояния около метра дает скан (трехмерный «снимок») размером 0,6х0,45 м. Задача оператора заключается в последовательной съемке объекта по частям и с разных ракурсов и в соединении полученных сканов в единую модель.

Всего было отсканировано три элемента, размер которых 2х0,5; 2,5х1,5 и 4х2 м.

Продолжительность полевых работ, включая съемку, предварительное соединение сканов (для контроля полноты информации), перемещение и установку оборудования на каждой точке, составило около 6 ч. Еще 8 ч потребовалось на соединение сканов в единую модель и ее редактирование (сглаживание, заполнение «пустот», удаление «шумовых» и ненужных элементов и т. д.), которое проводилось в программе RapidForm (INUS Technology, Южная Корея). Полигональные модели отсканированных элементов представлены на рис. 6.

Рис. 6. Полигональные модели, полученные с помощью высокоточного трехмерного сканирования

Результаты, как и в случае использования «геодезического» сканера, пред-ставлены в виде трехмерной модели, плоских чертежей и сечений. Кроме того, возможно создание физической копии элемента на основе цифровой триангуляционной модели с помощью трехмерных принтеров. Пока это весьма дорогостоящая технология: стоимость изготовления таких элементов может составить несколько тысяч долларов. Тем не менее, технологическая цепочка «сканирование создание и редактирование цифровой трехмерной модели изготовление копий объектов» уже находит применение при тиражировании небольших копий произведений искусства.

Подводя итоги, хотелось бы еще раз отметить основные преимущества использования трехмерных лазерных сканеров в архитектуре и реставрации. Это, прежде всего, высокая скорость съемки и полнота полученных данных. К достоинствам точечной трехмерной модели можно отнести не только ее наглядность и возможность применения автоматических и полуавтоматических инструментов обработки для получения конечного результата. Такая модель это настоящий трехмерный «паспорт» исторического памятника, с высокой подробностью отражающий особенности его геометрии. Документирование объектов культурного наследия с помощью технологии трехмерного сканирования, возможно, станет стандартом уже в самом ближайшем будущем.