In situ двухдиапазонная 3D-дефектоскопия стенописей архитектурных памятников

Статья посвящена проблеме создания методики мониторинга состояния и систематизации сведений о фресковой живописи объектов культурного наследия. Проблема может быть решена путем компиляции традиционного метода картографирования фресок с применением современных средств визуализации. Описана новая технология Project Tango для фиксации текстур сложных 3D внутренних объёмов архитектурных памятников. Предложены методика экспресс сканирования с автоматическим картограммированием для дальнейшего сравнительного анализа изменения состояния стенописей и методика оценки процента утраты.

Ключевые слова:

дефектоскопия, трехмерная визуализация, Project Tango, инфракрасный датчик, SLAM, SFM, PTAM, Structure from motion, Monocular vision, Stereo vision, архитектурный памятник, объект культурного наследия, мониторинг, картограммирование.

Биографии авторов

Влада Владимировна Кугуракова

Старший преподаватель Высшей школы информационных технологий и информационных систем КФУ, руководитель Научно-исследовательской лаборатории «Виртуальные и симуляционные технологии в биомедицине».

Евгений Юрьевич Зыков

К. ф.-м. н., доцент Института физики Казанского (Приволжского) федерального университета (КФУ). Квалификация: радиофизик, научные интересы: распространение радиоволн, ионосфера, автоскалирующие ионограммы, искусственные ионосферные возмущения, а также алгоритмы искусственного интеллекта и распознавания образов.

Алексей Валерьевич Касимов

Научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории «Этническая история» Института международных отношений, истории и востоковедения КФУ. Сфера научных интересов – картограммирование стенописей архитектурных памятников.

Айрат Габитович Ситдиков

Директор Института археологии им. А.Х. Халикова Академии наук Республики Татарстан, российский̆, татарстанский̆ археолог, доктор исторических наук, специалист по средневековой̆ археологии Поволжья, археологии Казани.

Андрей Андреевич Скобелев

Студент Высшей школы информационных технологий и информационных систем КФУ, лаборант Научно-исследовательской лаборатории «Виртуальные и симуляционные технологии в биомедицине». Сфера интересов – распознавание образов, виртуальная и дополненной реальности.

Евгения Флюровна Шайхутдинова

Канд. техн. наук, сотрудник Института археологии Академии наук Республики Татарстан. Сфера научных интересов – разработка автоматизированных системы для мониторинга состояния архитектурных памятников, учет многофакторных результатов их исследования, с последующим анализом.

Библиографические ссылки

1. Крылов А.К., Крылова О.Ю. Итоги работ по копированию и картограммированию фресок XVI в. церкви Св. Троицы в селе Большие Вяземы // Троицкие чтения 1997. Сб. научных исследований по материалам конференции. Большие Вяземы, 1998. С. 22–33, 148.
2. Davison A.J. Mobile Robot Navigation Using Active Vision, University of Oxford, Oxford, UK, 1998.
3. Tomono M. 3-D Localization and Mapping Using a Single Camera Based on Structure-from-motion with Automatic Baseline Selection // in Proceedings of the IEEE Int. Conference on Robotics and Automation (ICRA '05), April 2005. P. 3342–3347
4. Strasdat H., Montiel J.M.M., and Davison A.J. Visual SLAM: why filter?// Image and Vision Computing. 2012. V. 30, no. 2. P. 65–77.
5. Davison A.J. Real-time Simultaneous Localisation and Mapping with a Single Camera // in Proceedings of the 9th IEEE Int. Conference on Computer Vision, October 2003. P. 1403–1410.
6. Klein G. and Murray D. Parallel Tracking and Mapping for Small AR Workspaces // in Proceedings of the 6th IEEE and ACM Int. Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR '07), Nara, Japan, November 2007. P. 225–234.
7. Klein G. and Murray D. Improving the Agility of Keyframe-based SLAM // in Proceedings of the 10th European Conference on Computer Vision (ECCV '08), October 2008. P. 802–815.
8. Stühmer J., Gumhold S., and Cremers D. Parallel Generalized Thresholding Scheme for Live Dense Geometry from a Handheld Camera // in Trends and Topics in Computer Vision, Springer, Berlin, Germany, 2012. P. 450–462.
9. Newcombe R.A. and Davison A.J. Live dense reconstruction with a single moving camera // in Proceedings of the IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR '10), June 2010. P. 1498–1505.
10. Blösch M., Weiss S., Scaramuzza D., and Siegwart R. Vision Based MAV Navigation in Unknown and Unstructured Environments // in Proceedings of the IEEE Int. Conference on Robotics and Automation (ICRA '10), P. 21–28, Anchorage, Alaska, USA, May 2010.
11. Weiss S., Achtelik M.W., Lynen S. et al. Monocular Vision for Long-term Micro aerial Vehicle State Estimation: a Compendium // J. of Field Robotics. 2013. V. 30, no. 5. P. 803–831.
12. Sheng J., Tano S., and Jia S. Mobile Robot Localization and Map Building Based on Laser Ranging and PTAM // in Proceedings of the IEEE Int. Conference on Mechatronics and Automation (ICMA '11), Beijing, China, August 2011. P. 1015–1020.
13. Forster C., Pizzoli M., and Scaramuzza D. SVO: Fast Semi-direct Monocular Visual Odometry // in Proceedings of the IEEE Int. Conference on Robotics and Automation (ICRA '14), Hong Kong, June 2014. P. 15–22.
14. Engel J., Sturm J., and Cremers D. Semi-dense Visual Odometry for a Monocular Camera // in Proceedings of the 14th IEEE Int. Conference on Computer Vision (ICCV '13), Sydney, Australia, December 2013. P. 1449–1456.
15. Songmin Jia, Ke Wang, and Xiuzhi Li. Mobile Robot Simultaneous Localization and Mapping Based on a Monocular Camera // J. of Robotics. 2016. V. 2016. Article ID 7630340, 11 p.
16. Quentin Gautier, Steven Lee, Sungwook Son, and Jin Yu. 3D Reconstruction Using Tango // Kastner Research Group, 2016.
17. Klingensmith M., Dryanovski I., Srinivasa S.S., and Xiao J. CHISEL: Real Time Large Scale 3D Reconstruction Onboard a Mobile Device Using Spatially-hashed Signed Distance Fields// Proceedings of Conference “Robotics: Science and Systems”, Rome, Italy, July 2015. 9 p. https://robotics.ccny.cuny.edu/sites/default/files/ publications/p40.pdf.
18. Nießner M., Zollho ̈fer M., Izadi S., and Stamminger M. Real-time 3d Reconstruction at Scale Using Voxel Hashing // ACM Transactions on Graphics (TOG), 2013. V. 25, no. 3. P. 579–588. http://gvv.mpi-inf.mpg.de/projects/MZ/Papers/SGASIA2013 _VH/paper.pdf.
19. Curless B. and Levoy M. A Volumetric Method for Building Complex Models from Range Images // Proceedings of SIGGRAPH '96, 1996. https://graphics. stanford.edu/papers/volrange/.
20. Stueckler J., Gutt A., and Behnke S. Combining the Strengths of Sparse Interest Point and Dense Image Registration for RGB-D Odometry // Proceedings of the Joint 45th Int. Symposium on Robotics (ISR) and 8th German Conference on Robotics (ROBOTIK), June 2014.
21. Nießner M., Dai A., and Fisher M. Combining Inertial Navigation and ICP for Real-time 3d Surface Reconstruction // EUROGRAPHICS. 2014. https://graphics. stanford.edu/~mdfisher/papers/inertialNavigation.pdf.
23. Eberhard Gülch. Investigations on Google Tango Development Kit for Personal Indoor Mapping // The 19th AGILE Int. Conference on Geographic Information Science was hosted by the Finnish Geospatial Research Institute, National Land Survey of Finland (NLS) and the University of Helsinki, 2016. 3 p. https://agile-online.org/conference_paper/cds/agile_2016/posters/102_Paper_in_PDF.pdf.
24. Сизов Б.Т. Наблюдения за температурно-влажностным режимом собора Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря // Реставрация, исследование и хранение музейных художественных ценностей: Реф. сб. М.: Информкультура, 1982. Вып. 2.
25. Девина Р.А., Илларионова И.В., Сизова Е.А., Бойко В.А. Нормализация температурно-влажностного режима собора Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря с помощью проветривания // Реставрация, исследование и хранение музейных художественных ценностей: Экспресс-информация. М.: Информкультура, 1985. Вып. 3. 7 c.
26. Гордеев Ю.И., Илларионова И.В., Сизова Е.А. Аэрационные устройства для зданий-памятников культовой архитектуры (клапаны-хлопушки) // Вопросы температурно-влажностного режима памятников истории и культуры: Сб. науч. тр. М., 1990. 98 с.
27. Сизов Б.Т. Мониторинг температурно-влажностного режима памятников архитектуры (на примере собора Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря) // Журнал «Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика (АВОК)». 2003. № 2. https://www.abok. ru/ for_spec/articles.php?nid=1990.
28. Петрусенко Е.В. О методике картограммирования стенописей (из опыта работ 1996–1997 гг. в церкви Св. Троицы с. Б. Вязёмы) // Библиотека реставратора. 1998. C. 41–48.
29. Шайхутдинова Е.Ф., Касимов А.В., Ситдиков А.Г. Разработка автоматизированной системы учета результатов исследования и мониторинга текущего состояния историко-архитектурных объектов острова-града Свияжск // Историко-культурное и духовное наследие Свияжска: сборник материалов Международного конгресса (г. Казань, 15–16 июля 2015 г.) / Под общ. ред. Р.М. Валеева. Казань, Татарское республиканское издательство «ХЭТЕР», 2015. С. 254–258.
30. Шайхутдинова Е.Ф., Касимов А.В., Ситдиков А.Г., Азизов А.Р. Практический подход к разработке автоматизированной системы учета результатов исследования историко-архитектурных объектов острова-града Свияжска // Электронные библиотеки. 2015. Т. 18. № 6. С. 337–349.
31. Shaykhutdinova E., Kasimov A., Sitdikov A. Preliminary results of the development of a unified system for the research and monitoring of the current condition of the 17th century Assumption Cathedral in the island town of Sviyazhsk (Tatarstan, Russia) // Proceedings of the 5th Int. Conference on Heritage and Sustainable Development. Lisbon, Portugal, 12–15 July, 2016. V. 2. P. 1481–1488.
32. Шайхутдинова Е.Ф., Ситдиков А.Г., Касимов А.В. Опыт картограммирования фресок для мониторинга их состояния и сохранения в Успенском соборе (Свияжск, Россия) // Труды рабочего семинара Института археологии АН РТ, 2016.
33. Елизаров А.М., Липачёв Е.К., Хайдаров Ш.М. Автоматизированная система сервисов обработки больших коллекций научных документов// Аналитика и управление данными в областях с интенсивным использованием данных. XVIII Межд. конференция DAMDID/RCDL-2016 (11–14 октября 2016 года, Ершово, Московская обл., Россия): труды конференции / под. ред. Л.А. Калиниченко, Я. Манолопулоса, С.О. Кузнецова. М.: ФИЦ ИУ РАН, 2016. С. 109–115.
34. Зыков Е.Ю., Шерстюков О.Н., Акчурин А.Д. Исследовательский ионозонд 'Циклон' Казанского университета и программное обеспечение автоматической обработки ионограмм // Гелиогеофизические исследования. 2013. Вып. 4. С. 39–46.
35. Зыков Е.Ю., Акчурин А.Д., Сапаев А.Н., Шерстюков О.Н. Автоматическая интерпретация ионограмм вертикального зондирования // Ученые записки Казанского университета. 2008. Т. 150. Кн. 3. С. 36–45.

Представляя статьи для публикации в журнале «Электронные библиотеки», авторы автоматически дают согласие предоставить ограниченную лицензию на использование материалов Казанскому (Приволжскому) федеральному университету (КФУ) (разумеется, лишь в том случае, если статья будет принята к публикации). Это означает, что КФУ имеет право опубликовать статью в ближайшем выпуске журнала (на веб-сайте или в печатной форме), а также переиздавать эту статью на архивных компакт-дисках журнала или включить в ту или иную информационную систему или базу данных, производимую КФУ.

Все авторские материалы размещены в журнале «Электронные библиотеки» с ведома авторов. В случае, если у кого-либо из авторов есть возражения против публикации его материалов на данном сайте, материал может быть снят при условии уведомления редакции журнала в письменной форме.

Документы, изданные в журнале «Электронные библиотеки», защищены законодательством об авторских правах, и все авторские права сохраняются за авторами. Авторы самостоятельно следят за соблюдением своих прав на воспроизводство или перевод их работ, опубликованных в журнале. Если материал, опубликованный в журнале «Электронные библиотеки», с разрешения автора переиздается другим издателем или переводится на другой язык, то ссылка на оригинальную публикацию обязательна.

Передавая статьи для опубликования в журнале «Электронные библиотеки», авторы должны принимать в расчет, что публикации в интернете, с одной стороны, предоставляют уникальные возможности доступа к их материалам, но, с другой, являются новой формой обмена информацией в глобальном информационном обществе, где авторы и издатели пока не всегда обеспечены защитой от неправомочного копирования или иного использования материалов, защищенных авторским правом.

При использовании материалов из журнала обязательна ссылка на URL: http://rdl-journal.ru. Любые изменения, дополнения или редактирования авторского текста недопустимы. Копирование отдельных фрагментов статей из журнала разрешается для научных исследований, персонального использования, коммерческого использования до тех пор, пока есть ссылка на оригинальную статью.

Запросы на право переиздания или использования любых материалов, опубликованных в журнале «Электронные библиотеки», следует направлять главному редактору Елизарову А.М. по адресу: amelizarov@gmail.com

Издатели журнала «Электронные библиотеки» не несут ответственности за точки зрения, излагаемые в публикуемых авторских статьях.

Предлагаем авторам статей загрузить с этой страницы, подписать и выслать в адрес издателя журнала по электронной почте скан Авторского договора о передаче неисключительных прав на использование произведения.

Article Sidebar

Main Article Content

Аннотация