Документация, фотограмметрические измерения и исследовательская работа в храме святых мучеников Бориса и Глеба в Гродно

Ход работы

widok cerkwi

Коложская церковь святых Бориса и Глеба в Гродно была построена в Хll веке (первые записи с 1138 года). Отремонтирована и перестроена несколько раз, в том числе в начале XVI века. В 1853 году в результате сползания по склону немецкой набережной рухнула южная стена и часть восточных и западных возвышенностей. В то время храм был исключен из культа. Руины были укреплены в начале ХХ века. С 1948 года здание служило музеем. В 1991 году церковь святых Бориса и Глеба была возвращена к культу.  Церковь кирпичная , резьба каменно-кирпичная, нефский свод (не сохранившийся) поддерживался  кирпичными стенами внешних и внутренних столбов. Конструкция стены имеет открытый сосуд с акустической функцией. Снаружи в стене были нанесены  керамические бляшки с цветной глазурью. Внутренние штукатурки сохранились на около 10% поверхности существующих сводов и стен (главным образом, хранилища святилища и стенные ниши). Настенные картины сохранились частично. Работа по документации была выполнена командой польского братства рыцарей Гутенберга. Она была профинансирована Министерством культуры и национального наследия из средств Министерства в рамках программы охраны культурного наследия за рубежом в 2015 году и в 2016 году.

Prace zrealizowane w latach 2015 - 2016 na terenie cerkwi obejmowały wykonanie zestawu fotografii oryginalnych ścian wewnętrznych i zewnętrznych cerkwi. Wszystkie ściany rejestrowano we fragmentach, które połączone pokryły całość ich powierzchni. Przy użyciu specjalistycznego oprogramowania wszystkie fotografie łączono w wysokiej rozdzielczości, dzięki czemu uzyskano pozbawione Работы, выполненные в период с 2015 по 2016 год в на територии церкви, включали создание набора фотографий оригинальных внутренних и внешних стен церкви. Все стены были запечатлены в фрагментах, покрывающих всю их поверхность. С помощью специализированного программного обеспечения все фотографии были объединены в высоком разрешении, без оптических искажений ортофотографии стен. В процессе оцифровки стен было сделано более 1500 фотографий - все фотографии с высоким разрешением. В дополнение к фотографической записи были сделаны геодезические измерения, которые позволили сделать чертежи всего вектора и, как результат, разработать трехмерную модель здания..

Работы, выполненные внутри храма в 2015 и 2016 годах, являются элементами всеобъемлющей цифровой инвентаризации, научных исследований и междисциплинарных исследований православной церкви Xll века. Св. Бориса и Глеба на Коложи в Гродно. Результаты работ  будут включены в итоговый отчет, который станет исходным материалом для дальнейших специализированных исследований . Конечным результатом будет проведение критического анализа и публикация результатов исследований, а также полная фотограмметрическая документация объекта, иконографический, палеографический анализ, хронологическая стратификация, цифровая реконструкция элементов полихромной стены и архитектурных деталей, а также архивные материалы.

Исполнительная команда находилась в Гродно в августе 2015 года и в сентябре 2016 года. Объем работ, предусмотренных на этот период, включал -

- детальная разработка фото, графический (векторный рисунок)  поверхности внутренних и внешних стен (в том числе картин и гербов).
- исполнение пространственной модели церкви
- выполнение геодезических измерений церкви
- сбор и описание образцов раствора и пигмента для физических и химических испытаний.
- создание набора термографических изображений объекта
- выявление угроз сохранению памятника в его нынешнем состоянии.

Всего за работу в 2015 и 2016 годах команда произвела более 2000 фотографий. Некоторые из них были сделаны в технике мозаичной фотографии, которая позволила в последующей обработке выполнить гигапанораму церковных стен в орто-версии. Интерьеры церкви были освещены вспышкой света общей мощностью 7 кВт. Калибровку цвета проводили с использованием набора X-Rite. Для фотосъемки использовалась камера Nikon D800 с датчиком 40 MPx и набором фиксированных обьективов с низким фокусным расстоянием.

Год 2015

Исполнительная команда находилась в Гродно в августе в течение 10 дней. Объем работ, запланированных на этот период, - это документация северной стены внутри церкви. Работа началась с  удаления элементов церковного оснащения (икон, ламп и т. д.) после согласия приходского священника. Целью  было вернуть исходное состояние . После снятия подвижного оборудования также необходимо было переместить часть мебели, составляющей церковную лавку, что позволило получить доступ к закрытым фрагментам стены. Особенно важно было очистить нишу 2, только в ней найдены фрагменты оригинальной  полихромии.

Вся северная стена  была сфотографирована с использованием техники мозаичной фотографии.Она заключается в съемке фрагментов целого, а затем в процессе обработки файлов отдельные фотографии склеиваются  (англ stiching) и возникают, таким образом, файлы всей стены с высокой точностью.  Конфигурация интерьера церкви не позволяет, впрочем, каким-либо другим способом зарегистрировать северную стену из-за левого столба, стоящего на расстоянии около 1,5 м от стены. Ни в одной настройки камеры нет доступа ко всей поверхности северной стены . Внутренняя часть церкви была освещена светом с установленными УФ-фильтрами. После установки постоянной и равномерной подсветки был сфотографирован цветной шаблон  для калибровки цветов во время обработки.

Доступ к нишам 1 и 2 был также затруднен. Они расположены под потолком хора и  были закрыты элементами лавки. Документация ниш 1 и 2 была возможна после удаления мебели.

Все ниши были задокументированы таким же образом. Используя программируемую панорамную головку, была сделана серия фотографий, которые во время обработки позволили позже построить виртуальные туры в интерьере каждой ниши.

Ниша 2  северной стены  была задокументирована в деталях из-за сохранившихся следов исходной полихромии. Фрагменты стен ниши с сохранившейся полихромией были зарегистрированы в технике мозаичной фотографии  и склеились  в формате гигапанорам с размерами: главная стена ниши - 29503 x 21664 пикселей и глифы боковых стен - 28000 x 5364 пикселей. Сохранившиеся фрагменты штукатурки были зарегистрированы в инфракрасных лучах (ИЛ) с применением фильтров Heliopan 800 и 1000, при экспозиции в  белом свете.  

В нише 2 образцы растворов и пигментов также были взяты для дальнейших физических и химических испытаний, чтобы тщательно проанализировать остатки оригинальных штукатурок.

Фотоматериал, сделанный во время пребывания команды в Гродно, был обработан в графической студии в Варшаве. Все фотографии были сделаны в формате RAW, а затем переведены  в форматы TIF и JPG. Гигапанорама  была сделана из мозаичных фотографий всей стены и отдельных ниш.

 Для всех сделанных фотографий были реализованы описательные метаданные памятника . При съемке, с помощью программного обеспечения камеры, были введены технические метаданные.

Для обеспечения доступа к результатам работы и цифровой обработки файлов был запущен веб-сайт, на котором был представлен ход работы над проектом. На сайте была размещена гигапанорама северной стены  и отдельных ниш, а также векторные рисунки - северной стены  и план церкви.

Год 2016

Исполнительная команда находилась в Гродно в сентябре 14 дней. Работы, запланированные  в 2016 году, - завершение работ по документации, начатых в предыдущем году. Работы включали фотографическую документацию внутри церкви остатков западной стены , святилища, алтаря слева и остатков алтаря справа , колонн левой и правой, туннелей в стенах и всех сохранившихся наружных стен. Работа началась с уборки доступа к нишам в западной стене , они были закрытые элементами церковной лавки. Техника фотографирования была идентична технике предыдущего этапа, расширенной методом, позволяющим создавать 3D-модели объекта во время обработки.

Фотографическая документация была дополнена серией фотографий в технике термообработки с помощью профессиональной тепловизионной камеры Flir.

Дополнением к фотографической документации была реализация полной измерительной документации специализированной геодезической компанией. Геодезические измерения церкви проводились на основе геодезической сети, установленной в локальной системе координат. Для измерений Leica использовала современную беззеркальную общую станцию с полной автоматизацией, зеркальным слежением и беззеркальным измерением до 1000 м с точностью +/- 2 мм. Ошибка определения координат положения была с каждым последующим разом меньше 1 мм. В результате измерительных работ были измерены  обнаруженные на месте  рабочие ориентиры и символы, появившиеся, вероятно,  с целью  мониторинга оседания церкви геодезической службой, а также все элементы, характерные для зданий, такие как : углы  стен, преломления, лестницы внутри стен, окна, двери, некоторые отверстия в стенах, характерные элементы убранства, сводов, деревянных балок и т. д. На территории церкви были выполнены в общей сложности около 1600 измерений.  

Измерение характерных элементов здания позволило создать соответствующие поперечные и продольные сечения измеряемых элементов.

Измерительные технологии, используемые в этом проекте, в настоящее время являются одними из лучших на рынке. Результаты измерительной работы в сочетании с фотографической документацией позволяют очень точно реконструировать  объект в цифровой версии, точность построенной таким образом модели сравнима с точностью 3D-сканирования.

Кроме того, члены команды выполнили полную документацию о повреждении стен и этажей, связанных со статикой холма и откосом, на котором находится церковь.

Год 2017

Объем работ, запланированных на этот год, предусматривал полную цифровую обработку фотографических материалов и данных измерений, а также физические испытания образцов пигментов и растворов, взятых из ниши 2 северной стены .

Перечень и описание физико-химических испытаний на образцы растворов и пигментов. На первом этапе детальных междисциплинарных исследований, включая также петрографический и химический анализ, были собраны репрезентативные двойные образцы (поперечное сечение через окрасочные слои - петрографические и тесты SEM и образец чистого пигмента для испытаний INAA), дополнительно были взяты образцы чистого раствора и, где это возможно, свинцовых белил (для INAA) . Тесты на микроскопическое исследование были встроены в смолу (поперечные сечения через слои краски), которые затем фотографировались в отраженном свете и изначально описывались. На заключительном этапе исследования для определения стратиграфии слоев окраски и идентификации растворов и пигментов использовались следующие дополнительные методы исследования:
- оптическая микроскопия в отраженном свете
- электронная микроскопия (SEMEDX и SEMWDS),
- инструментальный нейтронный активационный анализ.

Химический анализ микроучастка вместе с графической документацией (фотографии SE и BSE) были сделаны в Национальном геологическом институте - Национальном научно-исследовательском институте в Варшаве, с использованием сканирующего электронного микроскопа LEO 1430, оснащенного детектором энергии дисперсии (EDS) Oxford ISIS 300, и с использованием микрозондов Electron CamX SX 100, оборудованного пятью спектрометрами WDS и спектрометром EDS. Определение концентрации микроэлементов в пигментах с использованием инструментального анализа активации нейтронов было проведено в Институте ядерной химии и технологии в Варшаве, где работа в основном осуществляется по настольной живописи и объектам археологического происхождения. Анализ образцов растворов и пигментов проводили с использованием метода INAA без химического разделения с использованием материалов анализируемых элементов. Образцы облучали в реакторе MARIA в Сверке в канале с потоком тепловых нейтронов 8 * 1013 n / см2s. Образцы облучали в течение 24 часов и охлаждали в течение 8 часов. Измерения активности таких образцов и стандартов проводились с использованием двух спектрометрических линий в ICHTiJ:
- детектор ORTEC HPGe с относительной эффективностью 18% и энергетическим разрешением 1,95 keV  для энергии 1332 keV  - спектрометрическая система 60Co + спектрометр фирмы CANBERRA
- детектор CANBERRA HPGe с относительной эффективностью 60% и энергетическим разрешением 1,92 keV   для энергии 1332  keV - 60Co + спектрометр фирмыCANBERRA - анализ спектров гамма-излучения проводился программой GENIE 2000.


Цифровая обработка фотографических материалов.
Все фотографии, сделанные в 2015-2016 годах, непрерывно переводились из формата RAW в форматы TIF (без потерь) и JPG. Во время перевода в эти файлы были включены описательные метаданные. Наборы фотографий, подготовленных таким образом, использовались в течение 2017 года для подготовки цифровой модели церкви в 3D. Программное обеспечение ReMake и ReCap от Autodesk использовалось для базовой операции - преобразования наборов фотографий в облако точек. Ограничения по размеру наборов фотографий заставили отдельно группировать и обрабатывать отдельные элементы церкви. Таким образом были созданы отдельные точечные облака -
- внешняя форма (без крыши, которая не имеет исторического значения)
- западная стена
- стена северная
- алтарь
- святилище
- левая колонна
- правая колонна
- западный клирос


Для детального воспроизведения в деталях было создано два дополнительных точечных облака
- ниши 1 и 2 стены западной
- ниша 2-й стены северной.

Для анализа и дальнейшего использования созданных облаков точек требуется специализированное программное обеспечение. Полученные файлы большие и требуют мощных компьютеров для запуска. Для целей презентации и широкого  использования созданных материалов подготовленные облака точек были подвергнуты дальнейшей обработке с использованием программы 3DSMax Autodesk и Pix4D компании Pix4D SA. Результатом этих разработок являются файлы анимации AVI отдельных элементов, представляющих их внешний вид и пропорции. Дальнейшая обработка облаков точек позволила ортофотографировать  основные части объекта - три внешних фасада (четвертый, южный фасад с деревянной конструкцией не имеет исторического значения), стены западной, стены северной  вместе с западной левой частью алтаря , святилища, алтаря слева и святилища с алтарем слева после удаления иконостаса. Алтарь справа сохранился в небольшом фрагменте, и доступ к остаткам стен был очень затруднен. В ходе регистрации были выполнены также документация тоннелей в правой и левой стенах. Фотографии там сделаны, но они имеют характер только документационный, не позволяющие на дальнейшую обработку. 

Сочетание пространственной сетки геодезии с набором фотографий и облаков точек позволило создать упрощенную 3D-модель объекта. Упрощение в данном случае касается только текстур модели. Это ограничение связано со способом презентации модели. В этой же технологии  модель размещена на серверах компании Autodesk, и вы можете посмотреть его с помощью родного браузера Autodesk. На сайте проекта размещена ссылка на модель, она появляется как отдельный кадр (FRAME), воспроизводится из любого веб-браузера. Эта модель позволяет вам делать любые поперечные сечения через обьект церкви, а также совершать виртуальный тур по интерьеру. В упрощенной модели иконостас не был включен.