ПРО+Не используйте методические пособия в качестве самоучителя. Вам в помощь представлены эксперты и мастера реставраторы.
 

Использование компьютерной технологии при реставрации живописи XIV в. церкви Успения на Волотовом поле

Анисимова Т. И., Зотов А. В., Поневаж В. П., Чумаков П. Ф.

В период Второй мировой войны были разрушены или пострадали многие выдающиеся памятники древнерусской культуры. Один из крупнейших ее центров — Новгород — понес тогда невосполнимые потери. В окрестностях Новгорода, где проходила линия фронта, война оставила руины знаменитых храмов с монументальной живописью — церквей Спаса на Нередице, Благовещения на Городище, Спаса на Ковалеве, Успения на Волотовом поле, Архангела Михаила Сковородского монастыря.

Реставрационная практика послевоенных десятилетий показала, что даже те памятники, которые считались безвозвратно погибшими, подлежат восстановлению. В 1956—1958 гг. был воссоздан нередицкий храм XII в., на стенах которого удалось сохранить пятую часть монументальной живописи, в начале 1970-х гг. — церковь XIV в. Спаса Преображения на Ковалеве Архитектурно-реставрационным работам предшествовали археологические раскопки, целью которых было извлечение из завалов фрагментов живописи для их последующей реставрации. Исследование и реставрация в послевоенные десятилетия этих и других памятников — Софийского собора XI в., Николо-Дворищенского собора, Рождественского собора Антониева монастыря, Георгиевского собора Юрьева монастыря, церкви Благовещения на Мячине, Спасо-Преображенского собора Хутынского монастыря XII в., церквей Рождества Богоматери в Перыни и Николы на Липне XIII в., Благовещения на Городище, Успения на Болотове, Федора Стратилата на Ручье, Спаса Преображения на Ильине улице XIV столетия, Сергия Радонежского и Симеона Богоприимца XV в., Николы Белого привели к образованию и активному пополнению в Новгородском музее коллекции фрагментов монументальной живописи. Источниками пополнения этой коллекции были не только новгородские памятники. Фонд архитектурно-археологических материалов, переданный во второй половине 1970-х гг. в Новгородский музей из ЛОИА АН СССР, включает фрагменты фресок (преимущественно домонгольского времени) из целого ряда древнерусских центров.

В последние годы значительное увеличение новгородского фонда фрагментов фресок произошло за счет поступления материалов, связанных с храмами домонгольского периода. Фрагменты фресок были обнаружены во время исследования и реставрации церкви Спаса на Нередице, а также при прокладке инженерных сетей в Юрьевом монастыре, к востоку от Георгиевского собора. Существует перспектива разборки завалов в руинированных церквях Архангела Михаила на Сковородке и Николы в Гостинополье, имевших замечательные ансамбли фресковой живописи XV столетия. В последние годы только новгородскими реставраторами

было извлечено из завала более 1,5 млн фрагментов живописи 1352 и 1363 гг. в церкви Успения на Волотовом поле.

Церковь Успения на Волотовом поле построена в 1352 г. Ее основателем был новгородский архиепископ Моисей. Через 11 лет, уже при архиепископе Алексее, храм был украшен росписями. За 650 лет существования памятник неоднократно перестраивался, при этом интерьер церкви Успения оставался почти без изменений и ко времени своего разрушения в августе 1941 г. это был один из самых полных ансамблей монументальной живописи Новгорода.

В 1955 г. руины церкви были законсервированы (Автор проекта консервации архитектор Л. Е. Красноречьев.), и почти полвека фрески пролежали под руинами стен. Новгородские реставраторы приступили к работе в памятнике в августе 1993 г. Тогда их главной задачей было разобрать завал и извлечь фрагменты фресок. Несмотря на скудное финансирование, работы не прекращались ни на один сезон. Разборка завала велась по методике А. П. Грекова. За семь летних сезонов были извлечены из завала сотни тысяч фрагментов.

В июне 2001 г. между Министерством культуры России, Администрацией Новгородской области, Комитетом культуры, кино и туризма Новгородской области, с одной стороны, и Министерством культуры ФРГ и Обществом международного взаимопонимания — с другой, было подписано Соглашение об оказании безвозмездной помощи в восстановлении церкви Успения. Дарителем необходимых финансовых средств выступила немецкая фирма «Винтерсхал АГ». Появилась реальная возможность не только извлечь фрески из руин, но и собрать разрозненные фрагменты живописи в композиции. Последнее невероятно осложняется наличием огромного количества фрагментов — 1 710 370, большая часть из которых мелкие (1-2 кв. см) (Штукатурное основание волотовских фресок очень тонкое (1—2 мм), поэтому живопись разбилась на множество мелких фрагментов.).

Основная работа по реставрации живописи на фрагментах заключается в поиске стыкующихся между собой фрагментов. До недавнего времени процесс подбора пар фрагментов производился вручную. Так, реставраторы под руководством А. П. Грекова за период с 1964 по 2004 г. подобрали вручную 102 композиции из фрагментов фресок XV в., вынутых из завала церкви Спаса Преображения на Ковалёво (илл. 1).


Ил. 1. Живопись 1380 г. церкви Спаса Преображения на Ковалёве, фрагмент композиции «Оплакивание». Состояние на ноябрь 2004 г.


Хорошим результатом для сотрудника является 7—10 подобранных пар за день и большой удачей состыковка 30 фрагментов. Методика А. П. Грекова предполагала использование как мелких, стыкующихся фрагментов, так и крупных. Основная трудность при этом — большое количество фрагментов, которые надо попарно соединить руками и соотнести их контуры друг относительно друга.
Помимо колоссальных временных затрат, недостатком метода ручной подборки является то, что фрагменты постоянно подвергаются механическому воздействию. Каждая попытка состыковать два фрагмента путем прикладывания одного фрагмента к другому ведет к постепенному «затиранию» изломанных боковых граней штукатурного основания.
Поиск альтернативного, более эффективного способа работы с живописью на фрагментах виделся в применении современной компьютерной техники.
Известен метод воссоздания фресок по рисунку. Он применяется в Италии при восстановлении фресок Андреа Мантенья капеллы Оветари (Ovetari) церкви Эремитани (Eremitani) в Падуе, которые были практически разрушены в 1944 г. в ходе проведения американцами союзнической операции. Метод, разработанный в университете г. Падуи отделением физики имени Галилео Галилея, предполагает использование компьютерной технологии для ориентации крупного фрагмента с отчетливой частью рисунка относительно полноцветной копии восстанавливаемой фрески. Работы были начаты 22 октября 2001 г. и должны быть закончены в декабре 2004 г.

В Ассизи во время землетрясения 26 сентября 1997 г. были разрушены фрески базилики святого Франциска. Практически сразу были начаты восстановительные работы. Каждый из 80 тыс. фрагментов живописи, извлеченных из завала, был отснят цифровой фотокамерой. С помощью специальной компьютерной программы изображение фрагментов фресок совмещалось с фотографией памятника до его реставрации на экране компьютера (Незадолго до разрушения сводов базилики была сделана крупноформатная цветная фотосъемка фресок.), затем реставраторы по номерам раскладывали найденные фрагменты (илл. 2).

Ил. 2. Фреска базилики святого Франциска в Ассизи после землетрясения, в процессе реставрации

Это заметный шаг вперед в методике восстановления памятников такого рода. Он знаменует автоматизацию процесса восстановления. В то же время этот метод игнорирует геометрические параметры фрагментов, использование которых исключает субъективный подбор, тем самым обеспечивая достоверные результаты.

Разработка компьютерной технологии подбора стыкующихся фрагментов была начата по инициативе новгородских художников-реставраторов еще в 1991 г. А. В. Зотов, И. А. Пашков, В. П. Поневаж и П. Ф. Чумаков пытались создать компьютерную программу, которая позволила бы, с одной стороны, облегчить трудоемкий процесс поиска стыкующихся пар фрагментов, с другой стороны — ускорить его. Тогда изображения фрагментов считывались при помощи черно-белой видеокамеры с разрешением 600 на 800 линий (Программные модули разработаны на языке программирования Си. Оболочка для работы с массивом фрагментов создана на языке программирования Турбо-Паскале. В экспе­риментах использовались компьютеры с процессором 286 и тактовой частотой от 12 до 20 МГц.) и были получены определенные результаты: программный комплекс позволял найти стык двух фрагментов. Экспериментальная проверка показала, что найденный компьютером стык является истинным (правильным). Критерием истинного стыка являлась максимальная длина стыка при заданной погрешности. Погрешность стыка — это ширина зазора между двумя фрагментами. Для поиска стыков использовалась группа из 14 фрагментов фресок Феофана Грека из церкви Спаса Преображения на Ильине улице. На этом этапе работы были получены обнадеживающие результаты. Однако число проверяемых вручную вариантов было сравнительно велико. Для идентификации стыка требовалась ручная проверка пяти-шести вариантов, предложенных компьютером.

Работы по разработке программы была приостановлены в 1992 г. и возобновлены только в июле 2002 г. при реставрации живописи церкви Успения на Волотовом поле.

За прошедшие 10 лет прогресс вычислительной техники и средств ввода оптической информации в компьютер дали возможность внести существенные изменения в аппаратном и программном обеспечении. Использовав ранее отснятые изображения фрагментов, разработчикам удалось повторить полученные ранее результаты на современных компьютерах (Пентиум IV, тактовая частота 1 гигагерц, операционная среда Windows NT, Windows 2000. При разработке программных модулей использовался Visual Basic 6.0, Visual С 6.0, MS Access 97.). Возможность обработки и хранения больших объемов информации об изображениях позволила использовать ресурсы компьютеров эффективнее. Теперь для стыковки фрагментов использовалась не только информация о контуре фрагментов, но и о распределении цвета по поверхности.

Существенным отличием текущей программной разработки от предыдущей (начала 1990-х гг.) является использование базы данных, в которую включены ссылки на расположение файлов с информацией о контурах объектов, векторе мазка (если он имеется), а также результаты проведенных расчетов по стыку фрагментов. База данных необходима не только для финальной стадии внедрения проекта и эксплуатации, но и для экспериментальной работы, отладки алгоритма, определения технологических параметров, например, таких как критическая длина стыка, допустимая величина совмещения изображений фрагментов.

В качестве устройств ввода оптической информации можно использовать сканнер, видеокамеру, цифровой фотоаппарат. Существенным требованием является погрешность регистрации изображения до 0,1 мм и перекрытия 0,5 мм.

Компьютерная технология, разработанная для работы с фресками церкви Успения на Волотовском поле, позволяет выделить из массы небольших фрагментов (средний размер штукатурки с живописью Успенской церкви от 1 до 6 см2) те пары, которые вероятнее всего могут стыковаться друг с другом, при этом хранение изображений в электронном виде позволяет стыковать фрагменты бесконтактно, не разрушая изломы боковых граней.

Основной сложностью при работе с живописью является гигантское число вариантов соединений фрагментов. Это становится серьезной проблемой, если учесть, что при разборке завала церкви Успения на Волотовом поле было извлечено более 1 млн 700 тыс. фрагментов живописи. К примеру, если число фрагментов на планшете составляет около 200 штук, то число вариантов пар составляет 200х 199/2, т. е. около 20 000. Производительность метода видна из следующего эксперимента, произведенного с планшетом S.

Время компьютерной обработки 5 мин.

Характеристики компьютера: Процессор — Pentium IV, тактовая частота — 3,0 ГГц, ОЗУ-512 Мб.

Компьютер, проанализировав партию объемом в 189 фрагментов (планшет S), предложил 18 лучших стыков (по разработанным показателям качества стыковки). Найденные стыки проверены и признаны истинными.

Всего было найдено и зарегистрировано в базе данных 13 000 вариантов стыков. Это обстоятельство способствует уменьшению числа анализируемых вариантов. Здесь следует отметить, что мы не располагаем однозначным формальным критерием истинного стыка. Поэтому используется ряд соотношений, которые позволяют на каждом этапе отбрасывать заведомо негодные варианты. В процессе поиска стыка можно выделить несколько основных этапов.

Все фрагменты размещены на 7000 планшетах в зависимости от их места нахождения в завале храма и времени их извлечения из завала. За счет продуманной выемки фрагментов поиск «пары» фрагментов наиболее результативен в пределах одного планшета — это первый этап подборки (илл. 3).


Ил. 3. Планшет S с фрагментами живописи ц. Успения на Волотовом поле

При помощи сканера (цифровой видео- или фотокамеры) в компьютерную базу данных заносится цифровое изображение фрагментов. В настоящее время мы используем планшетный сканер с дополнительной осветительной лампой. Она необходима для выделения контура красочного слоя (границы поверхности с рисунком). Благодаря дополнительному освещению изломанный край фрагмента штукатурки с живописью считывается как ярко-белый, в то время как яркость поверхности с красочным слоем заметно темнее. К недостаткам использования сканера следует отнести низкую скорость считывания информации. Время сканирования одного фрагмента составляет около 1 мин.

После создания базы данных начинается процесс формирования контура изображения на фрагменте и внешнего (габаритного) контура.

Использование такого показателя, как вектор мазка, позволяет существенно уменьшить число рассматриваемых вариантов на этапе геометрической стыковки. Решению той же задачи — уменьшению объема вычислительной работы и снижению вероятности появления ложного стыка — служит предварительный отсев по цвету. Для оптимизации поиска стыка составляется список максимально подходящих к данному фрагменту пар. Из этого списка автоматически исключаются те фрагменты, которые не подходят друг другу по цвету, тем самым уменьшается продолжительность обработки. Результаты тестирования данного критерия на фрагментах показали, что отсев ложных стыков составил ~70 %.

После того как программа отсекла заведомо ложные стыки, начинается геометрическая стыковка. Ее назначение — найти такое положение фрагментов друг относительно друга, при которых контуры фрагментов совпадают друг с другом с наивысшей точностью при наибольшей длине линии стыка.

При оценке качества обнаруженного программой стыка используются следующие критерии и параметрические ограничения:

• относительная длина стыкующихся участков и ее критическое значение;

• зазор в зоне стыка и допуск на его значение;

• совмещение контуров фрагментов и допуск на его значение;

• угол несовпадения мазков и допуск на его значение;

• оценка совпадения распределений цвета вдоль линии склейки по критерию;

• комплексный критерий, объединяющий геометрические и цветовые характеристики качества стыка для отсева ложных стыков и сортировки результатов.

На последнем этапе компьютер анализирует результаты и выдает определенный набор совпавших пар. Это не означает, что все пары в действительности стыкуются. Однако эксперту остается проверить на стыковку не 20 тыс. пар (для 200 фрагментов), а всего 200—300 пар (илл. 4).


Ил. 4. а) Пример найденного истинного стыка фрагментов, б) С отображением внешнего контура

Для экспериментального планшета содержащего 189 фрагментов время компьютерной обработки составило 5 мин. В эксперименте использовался персональный компьютер с процессором Pentium IV 3ГГц и объемом оперативной памяти 256 Мб.

В результате эксперимента программа предложила 18 лучших стыков (по разработанным показателям качества стыковки) (илл. 5).


Ил. 5. Найденные с помощью программы стыкующиеся фрагменты с планшета S

Найденные стыки проверены и признаны истинными. Предлагаемая технология обеспечивает приемлемую для внедрения и практической эксплуатации скорость обработки, которая составляет около 40 фрагментов в минуту (20 000/5 = 4000 пар фрагментов в минуту). Объем в 5000 планшетов может быть обработан за 5x5000 = 25 000 мин., т. е. за 17 суток. С учетом смежных планшетов — в 27 раз больше, т. е. за 39 месяцев беспрерывной работы одного компьютера.

На сегодняшний день в мастерской художников-реставраторов Научно-реставрационной мастерской «Фреска» в работе находятся более 30 композиций Успенской церкви. Наиболее полно подобрана живопись предапсидной арки (илл. 6).


Ил. 6. Живопись 1363 г. церкви Успения на Волотовом поле. Захария, северный склон предапсидной арки.

Параллельно с поиском вручную стыкующихся фрагментов фресок идет процесс внедрения компьютерной технологии по подбору волотовской живописи. Результатом активного сотрудничества между реставраторами и разработчиками программы стало внесение ряда изменений в работу оператора.

Так, появилась возможность в любой момент редактировать контур, убирать линию мазка или передвигать ее на другой участок фрагмента; добавлены функции увеличения изображения фрагмента на мониторе и «возврат действия», сократившие время редактирования контура.

Работа по совершенствованию компьютерной программы подбора стыкующихся фрагментов продолжается. На сегодняшний день решается главная задача — ускорение процесса формирования базы данных, автоматизация создания контура, сокращение числа ложных стыков.

Первоисточник: 
информация утрачена
 
 
 
 
Ошибка в тексте? Выдели ее мышкой и нажми   Ctrl  +   Enter  .

Стоит ли самостоятельно реставрировать непрофессионалу? (2018)


  1. Технические операции требуют профессиональных навыков.

  2. Представить ход работы - это одно, а сделать - совсем другое.

  3. Не каждому памятнику пригодны стандартные методики реставрации и хранения.

  4. Некоторые методики устарели из-за выявленных деструктивных последствий.

  5. Неверно подобранные материалы сразу или в будущем нанесут вред памятнику.

  6. Если возвращаете памятнику утраченную красоту, то сохраняете ли его подлинность?

________________

В этих и во многих других вопросах разбирается только квалифицированный специалист!
  • Вам в помощь на сайте представлены эксперты и мастера реставраторы.
  • Спрашивайте, интересуйтесь, задавайте вопросы на нашем форуме.
  • Обучайтесь под непосредственным руководством опытного наставника.

 

Что Вы считаете ГЛАВНЫМ в процессе реставрации? (2018)


Есть ли у вас друзья реставраторы? (2018)


Есть ли у вас друзья реставраторы? (2018)

«Дружба — личные взаимоотношения между людьми, основанные на общности интересов и увлечений, взаимном уважении, взаимопонимании и взаимопомощи». (Дружба—Википедия)

«Знакомство — отношения между людьми, знающими друг друга». (Знакомство—Викисловарь)

КУЛЬТСОХРАНАГИТПЛАКАТ - Спам во имя культуры! Скопируй код плаката и вставь его в интернет!
Система Orphus

Если вы обнаружили опечатку или ошибку, отсутствие текста, неработающую ссылку или изображение, пожалуйста, выделите ошибку мышью и нажмите Ctrl+Enter. Сообщение об ошибке будет отправлено администратору сайта.