Результати проекту лазерного 3D сканування дерев’яних церков Львівщини

Описание блог поста.

Andrii Malitskyi

2021-04-30 1 min read

На території Львівської області знаходиться більше чотирьохсот сакральних дерев’яних пам’яток, які потребують особливого захисту. Крім постійних заходів по збереженню, особливо гострим питанням постає оновлення наявних та створення нових графічних матеріалів. Основою для створення будь-яких креслень є дані вимірювань об’єкту. На сьогодні передовим метод знімання з високою точністю та максимальною детальністю вважається наземне лазерне 3D сканування (НЛС).

Зважаючи на актуальність проблеми, впродовж 2012-2015 років на території Львівської області проводився масштабний проект з фіксації пам’яток архітектури місцевого та національного значення – сканування дерев’яних церков Львівщини. Проект, бюджетом 250 тис. грн., виконувався згідно Регіональної програми збереження пам’яток дерев’яної сакральної архітектури Львівської області на замовлення відділу охорони культурної спадщини та культурних цінностей ЛОДА. Виконавцем проекту виступав Інститут геодезії НУ «Львівська політехніка».

Вибір даного методу знімання є повністю обґрунтованим, адже НЛС на сьогодні є єдиним методом, який дозволяє з високою швидкістю (сотні тисяч точок в секунду) визначати координати значної кількості точок на поверхні об’єкта з точністю від кількох міліметрів до 4см без значних спотворень поверхні. Ця технологія реалізується за допомогою спеціальних приладів – наземних лазерних сканерів, які вимірюють горизонтальні та вертикальні напрямки розповсюдження лазерного випромінювання і похилі відстані. Дані, одержані в результаті лазерного сканування, дозволяють повністю відтворити будь-який об’єкт у вигляді точкової 3D моделі. Подальша побудова моделі споруди відбувається шляхом логічного визначення приналежності кожної точки чи групи точок до певної поверхні та створення по цих точок відповідного елементу. Аналіз хмар точок спрощується завдяки присвоєнню кожній окремій точці певного кольору. Це досягається завдяки роботі інтегрованої чи зовнішньої цифрової фотокамери лазерного сканера - дані вимірювання суміщаються разом із знімком.

Отримана точкова модель дозволяє виконувати різноманітні вимірювання видимих елементів будови церкви, служить основою для побудови 3D моделі або звичайного плану чи перетину. Опрацювання таких даних вимагає високих технічних параметрів комп'ютера, так як точкова 3D модель відсканованого об'єкта може складатися з мільярдів точок. Крім того, результат сканування у великій мірі залежить від програмного забезпечення, у якому опрацьовуватимуться хмари точок. Незважаючи на наведені недоліки роботи з даними сканування, досвід підтвердив, що всі описані особливості технології дозволяють 3D сканування ефективно використовувати у різних сферах, а особливо у такій як збереженні культурної спадщини.

З метою збору цифрових даних про будову пам’яток Львівщини, в рамках проекту, було проведено вимірювання 79 сакральних споруд: 55 церков, 1 костелу, 1 цвинтарної каплиці, 22 дзвіниць. З цього переліку 4 об’єкти занесені у список світової спадщини ЮНЕСКО, 34 церкви та 11 дзвіниць  належать до пам'яток національного значення, 15 церков та 3 дзвіниці – до пам'яток місцевого значення, а 4 – це нововиявлені пам'ятки архітектури.

Крім проведених робіт з НЛС дерев’яних церков Львівщини, проведено сканування й інших об’єктів культурної спадщини, зокрема:

- костел св. Марії Магдалини (с. Вовкові Пустомитівського р-ну);

- музей сакральної барокової скульптури Пінзеля (м. Львів);

- Мала Максиміліанська вежа №3 (м. Львів)

- дерев’яна церква Архангела Михаїла (м. Смольник, Польща).

З метою збереження даних вимірювання, окрім опрацьованих даних сканування переданих в архів ЛОДА, було збережено й вихідну інформацію – «сирі» 3D скани. Також, для зібрання доступних для використання відомостей про церкви, з даних лазерного сканування зібрано фотопанорами інтер’єру і екстер’єру дерев’яних церков та дзвіниць. Усі ці дані склали величезний архів, який у кращому випадку зберігався лише у двох примірниках – один в ЛОДА, а другий в НУ «Львівська політехніка».

Для надійності збереження даних сканування, весь обсяг накопиченої інформації скопійовано у хмарне сховище Google Диск. На основі створеного цифрового архіву даних 3D сканування, створено веб-ресурс 3dlaserscan.xyz. Цей ресурс покликаний забезпечити постійний (повний або частковий) доступ до будь-якої інформації про дерев’яну сакральну споруду, яка є у списку відсканованих дерев’яних церков Львівщини. Крім того, для повноти даних, до створеного архіву геодезичних обстежень, додався ряд інших відомостей.

Таким чином, вдалося створити унікальне джерело даних, максимально наповнено усією віднайденою інформацією про дерев’яні церкви Львівщини, вимірювання яких проводилося впродовж 4 років. Загалом, 3dlaserscan.xyz містить наступні матеріали:

а) галерея фотозображень. Містить панорами інтер'єр та екстер'єр сакральної споруди, одержаної з інтегрованої цифрової фотокамери лазерного сканера. Також тут знаходяться й інші фотозображення різних авторів. Це дає змогу простежити зміни, які відбуваються з спорудою протягом певного проміжку часу.

б) графічні матеріали. Містить наступні матеріали:

 - схема церкви та навколишньої території, одержана за даними лазерного сканування. Ця схема дозволяє оцінити будову церкви в плані, визначити площу та особливості прилеглої території;

- ортофотоплан масштабу 1:10’000 з прив’язкою до системи координат СК63. Це растрове зображення дозволяє проводити аналіз середовища забудови навколо пам’ятки архітектури та переводити графічні матеріали у визначену систему координат. Також, впродовж наукової діяльності, вдалося одержати дані аерознімання масштабу 1:2000. Зокрема, у 2016 році проводилося аерознімання території с. Новий Витків Радехівського району. Завдяки цьому проекту вдалося зафіксувати дерев’яну церкву Преображення Господнього з високою чіткістю.

 - графічні матеріали. Складається з креслень споруди створених в різні періоди.

в) замітки про церкву з довідника-каталогу «Памятники градостроительства и архитектуры Украинской ССР» чи іншого дослідження.

г) дані наземного лазерного сканування. Геодезичні обстеження представлені неопрацьованими та опрацьованими даними вимірювань. Опрацьовані скани зберігаються у вигляді хмари точок, готової до подальшого експорту у програмні засоби по створенню графічних матеріалів за даними лазерного сканування.

За викладеними матеріалами, на веб-ресурсі 3dlaserscan.xyz розміщено таблицю з інформацією та посиланнями про наступні характеристики споруд:

- фото (посилання на фотогалерею);

- район;

- населений пункт;

- тип (дерев'яна церква, дерев'яна каплиця, дерев'яний костел, дерев'яна дзвіниця) ;

- назва;

- рік побудови;

- значення (світове, національне, місцеве);

- охоронний номер;

- рік проведення наземного лазерного сканування;

- енциклопедія (містить посилання на матеріали з ресурсу decerkva.org.ua, сторінки з довідника-каталогу дерев’яних церков);

- посилання на дані НЛС (розріджена хмара точок екстер'єру споруди);

- посилання на полігональну модель споруди, побудовану по розрідженій хмарі точок.

Для збереження цінної інформації, фотознімки та дані лазерного сканування інтер’єру пам’яток залишаються в обмеженому доступі, який можна розширити після розгляду запиту.

Усі зібрані матеріали покликані допомогти при створенні документації різного спрямування. Проведення реставраційних, топографо-геодезичних та інших робіт може супроводжуватися вивченням наявних матеріалів та можливістю їх використання. Крім того, повнота інформації щодо історичного минулого, характер, поточний стан кожної церкви, дає повну картину особливостей пам’ятки та її використання. Постійне збагачення архіву дасть змогу проводити повноцінний віддалений аналіз споруд, їх моніторинг. А особлива цінність зібраних матеріалів – можливість відновлення втрачених пам’яток. Так, знищена церква у с. Великополе Яворівського району, зараз залишається лише в історії. Але відновлення пам’ятки національного значення був би безпрецендентним випадком в історії збереження культурної спадщини, тим паче, що усі потрібні дані для цього є доступні.

1.  А. Маліцький. Результати проекту лазерного 3D сканування деревяних церков Львівщини. Наша спадщина, випуск №2 (8), 2016, стор.18-20.