Array Коллектив авторов - Исследования в консервации культурного наследия. Выпуск 3

Еще одно возможное применение 3D-сканирования – это мониторинг состояния скульптур. Путем периодического сравнения 3D-моделей поверхности экстерьерных памятников можно контролировать ход процессов их разрушения, например следить за увеличением размеров трещин, площади гипсовых корок и биообрастаний и т. д. Точно так же можно проводить проверку состояния памятников до начала и после завершения реставрационных работ [4, 7].

3D-модели можно использовать также для виртуальной реконструкции скульптур, барельефов и сложных архитектурных сооружений, в том числе, по их отдельным фрагментам. Например, в случае поврежденных памятников при помощи методов компьютерной графики можно реконструировать их предполагаемый первоначальный вид либо промоделировать различные варианты реставрационных «доделок», не прикасаясь при этом к самому памятнику [7]. Подобный подход позволяет спланировать весь комплекс необходимых работ в процессе будущей реставрации. В результате этого можно избежать непоправимых ошибок, подобных тем, что имели место в истории бытования таких известных античных скульптур как, Аполлон Бельведерский, Лаокоон и Бельведерский торс. Как известно, в XX в. в результате радикальной реставрации и реконструкции эти памятники претерпели необратимые изменения, которые до сих пор являются предметом жарких споров специалистов [8].

Лазерное сканирование может быть полезно и для решения проблемы усадки при литье скульптур из бронзы, свинца и других металлов. В реставрационной практике нередки ситуации, когда приходится изготавливать заново поврежденные части скульптур. В подобных случаях новые части, отлитые в формы, изготовленные по оригиналу скульптуры, могут значительно отличаться от него по размерам. Эту проблему можно легко решить путем создания формы с «припуском», используя электронную 3D-модель. Для этого в исходной модели нужно в необходимой пропорции увеличить соответствующий фрагмент памятника.

Другая уникальная возможность, которую открывает применение 3D-сканирования, – это создание физических копий скульптуры. Мотивация для копирования бывает различна. В одних случаях это научно-исследовательские задачи, в других – аварийное состояние памятников, требующее их музеефикации. Однако потребность в копировании может быть вызвана и соображениями коммерческого характера. Речь идет об изготовлении сувениров путем репродуцирования экспонатов музеев.

Для изготовления копий могут быть использованы различные технологии, например методы так называемого быстрого прототипирования, к числу которых относятся, в частности, стереолитография и 3D-печать. Исходной информацией для работы 3D-принтеров и стереолитографических установок является компьютерный файл в формате STL (stereolithography), в который может быть преобразована электронная 3D-модель памятника. При использовании данной технологии копии получают из синтетических материалов [7, 9].

С практической точки зрения для создания копий скульптур более интересна другая, по-настоящему инновационная технология, основанная на использовании фрезерных станков-роботов с числовым программным управлением (ЧПУ). В данном случае в результате фрезерования заготовки (глыбы камня или деревянной колоды) копии скульптур и барельефов могут быть изготовлены из того же самого материала, что и оригинал памятника (в т. ч. мрамора, гранита и т. д.). Изготовление копии происходит следующим образом. Компьютерный файл с 3D-моделью скульптуры в формате STL загружают в микропроцессор станка с ЧПУ, после чего начинается постепенное (сначала очень грубое, а затем – по мере замены фрез на инструмент меньшего диаметра – все более точное) фрезерование заготовки. В результате такой обработки из заготовки «вырезается» высокоточная копия исходного памятника. В качестве примера на фотографиях, приведенных на ил. 1, показан процесс изготовления и готовая копия античной мраморной скульптуры из коллекции археологического музея г. Гроссето (Италия).

Важно отметить, что путем компьютерной обработки исходных 3D-моделей при изготовлении копий по данной технологии можно изменять их размеры с любым заданным коэффициентом масштабирования. Это весьма существенно, поскольку одним из основных требований при копировании скульптуры является уменьшение размеров копии по сравнению с оригиналом.

Одна из первых работ по копированию скульптуры по такой технологии – это создание копии античного (ок. 40 г. н. э.) мраморного бюста римского императора Калигулы из коллекции датского музея Glyptotek (Копенгаген, Дания). На его поверхности сохранились остатки оригинальных полихромных покрытий, что является большой редкостью. Для исследования технологии, использованной для создания этой раскраски (в т. ч. для моделирования различных способов нанесения пигментов), хранители скульптуры решили изготовить ее копию. Использовать традиционный способ копирования, основанный на создании гипсовой или силиконовой формы, было нельзя из-за риска повреждения полихромных покрытий. С другой стороны, при изготовлении копии из гипса или камнезаменителя раскраска таких материалов в любом случае была бы неадекватна нанесению красочных пигментов на поверхность мрамора. От старого «дедовского» способа, при котором копия вырубается вручную из глыбы мрамора, также пришлось отказаться. Дело в том, что создаваемые таким образом копии нередко значительно отличаются от оригинала, поскольку результат работы во многом зависит от мастерства скульптора. После долгих поисков и сомнений датчане решили заказать изготовление копии в Лазерном Арт-центре Ливерпульского Национального музея. После лазерного сканирования и создания 3D-модели на 5-осевом фрезерном станке из глыбы каррарского мрамора была изготовлена точная копия бюста Калигулы [10]. Как и планировалось, была произведена раскраска этой скульптуры. В 2004–2005 гг. она была представлена на нескольких выставках, экспонировавшихся в Мюнхене, Копенгагене и Риме и посвященных патинированию и раскраске античной скульптуры [11].

Ил. 1. Изготовление копии античной мраморной скульптуры: слева – фрезерование глыбы мрамора на станке с ЧПУ, справа – готовая копия

Аналогичный научный поиск привел к созданию копии статуи Амазонки, обнаруженной при раскопках древнего города Геркулан в Италии, который также как и легендарные Помпеи, был погребен под слоем пепла в результате извержения вулкана Везувий в 79 г. н. э. Как и в случае с Калигулой, на голове этой скульптуры сохранилась оригинальная раскраска. Для моделирования процесса нанесения пигментов краски на поверхность статуи была изготовлена точная копия этого памятника (в данном случае – из синтетического материала) [12].