Blogas

LITUANICA-3D FINIŠUOJA! Kaip technologijos padeda saugoti ir tirti unikalius objektus

2014-09-30

Pernai spalį pradėtas projektas "LITUANICA-3D" - finišo tiesiojoje.

Peržiūrėti, apdoroti ir išvalyti jau VISI skenavimo failai, kurie buvo sukaupti per maždaug dešimtį vizitų į Kauną - trimačio skenavimo sesijas Vytauto Didžiojo karo muziejaus (VDKM) restauravimo dirbtuvėse, parodų salėse ir "Lituanicos" ekspozicijos viduje.

Nuo 2013 m. gruodžio mūsų "Blogo" ir "Galerijos" įrašuose skelbtoje "LITUANICA-3D" vizualikoje buvo matyti, kaip ant bazinio lėktuvo modelio kraunami skenai savotiškai grupuojasi ir kaip 3D rekonstrukcijoje išryškėja trūkstamos nuolaužų zonos, tarytum "baltos dėmės". Vienos jų ženklina katastrofos pėdsakus (neabejotina, kad stiprūs kartotiniai smūgiai sutriuškino ir visiškai sunaikino dalį lėktuvo konstrukcijos), o kitos liudija apie rekonstrukcijos sunkumus. Daug pastarojo pobūdžio "baltų dėmių" šiuo metu jau yra pavykę užpildyti.

Nors "LITUANICA-3D" pagrindas yra 3D skenavimas, kai kurias VDKM saugomas sudaužyto lėktuvo dalis teko atkurti pagal 2012 m. specialiai darytas nuotraukas. Didele sėkme reikia laikyti tai, kad prieš porą metų dar turėjome galimybę netrukdomai prieiti prie visų lėktuvo nuolaužų: spėjome bent fotografavimo būdu, ilgai trukusiose fotosesijose užfiksuoti netrukus į ekspoziciją išgabentas išskirtines vertybes. Tarp jų - beveik visas kėbulo rėmas, didysis kuro bakas, važiuoklė, sparno dalis, variklis. Beje, pavyzdžiui, pastarąjį tinkamai nuskenuoti trimačiu skeneriu įmanoma tik pakėlus jį pakankamos galios įrenginiu. Tokios "būtinos prabangos", nepaisant VDKM ir KAM vadovybės palankumo, neturėjome ir vis dar neturime... 

  

Bet vis tiek judame toliau. 

"Dedant visus skenus į visumą, ryškėja naujos vietos, kuriomis "Lituanica" krisdama kažką kliudė ar vertėsi. Deformacijų kryptis sufleruoja, kaip tai vyko," - sako Eduardas Silva, kuris pirmasis trimatėje erdvėje pamato nuvalytus lėktuvo dalių skenus. - "Aišku, savo žodį dar turės tarti aviacijos konstruktoriai, inžinieriai."

 

Tolesnė užduotis 2015 m. pradžiai - "LITUANICA-3D" galutinį vaizdą, kaip trimatį juodraštį, patikrinti ir "švariai perrašyti" su ekspertais Lietuvos aviacijos muziejuje ir VGTU Antano Gustaičio aviacijos institute. Optimalus tikslas - pateikti tarpdisciplininės analizės išvadas vertinti užsienio specialistams. 

  

Pasiteisinęs metodas tik pravėrė dideles galimybes

Tenka spręsti: kiek plačiai ir kur link žengti toliau? 

Summa summarum, VDKM saugomų "Lituanicos" dalių visiškai pilna apimtimi nuskenuoti šiuokart buvo fiziškai ir finansiškai neįmanoma. Visų pirma, negalėjome pasiekti VDKM ekspozicijos ankštoje vitrinoje suverstų ir viena su kita sutvirtintų "Lituanicos" dalių. Antra, sudėtingesnio profilio, sunkesnius daiktus - antai, variklį - derėjo fotografuoti ir skenuoti tik pakeltą, bet kai kuriems muziejininkams vien tokia mintis (kažkodėl) kėlė šiurpą, todėl deformacijų tikslaus erdvinio vaizdo nepavyko išgauti (variklis daugiausia atkurtas pagal brėžinius, nuotraukas ir tik iš dalies - skenus). Trečia, dėžėse sukrautos mažesnės dalys, tiksliau nuolaužos, atplaišos, skeveldros, buvo tiesiog per smulkios. Norint jas visas suskaitmeninti, vietoje kompiuterinio modeliavimo mini-grupės (kurią dabar sudaro du Eduardai, Silva ir Bareika) tektų samdyti visą brigadą specialistų.

Turbūt nereikia aiškinti, kad www.lituanica-documentica.lt verčiasi kukliais ištekliais. Užtat mes turtingi idėjų, kaip vis dėlto būtų galima sutelkti didesnes pajėgas - tarkime, tarptautiniam dokumentikos projektui: tereikia, kad rastųsi rimtai besidominčių kino prodiuserių ar režisierių, kurie ryžtųsi išskirtiniam užmojui ir nesibaidytų nerti į tarptautinius vandenis...

Beje, spalį-lapkritį platesniam skaitytojų ratui šias mūsų aktualijas paskelbs žurnalas "Verslo klasė", kurio vyr. redaktorius Aurelijus Katkevičius taip susidomėjo "LITUANICA-3D", kad net raginamas nesutiko trumpinti rašinio ir nutarė jį spausdinti per du numerius, be to, pakvietė ateityje paskelbti išsamesnių tyrimo detalių. Gal gi populiari sklaida prišauks reikiamus talkininkus trimatės rekonstrukcijos plėtotei? Tikimės. O kol kas...

Trimatė "Lituanica" - pakeliui pas Jus 

Kad darbas vyktų sparčiau, visas "LITUANICA-3D" projektas buvo padalytas į sąlyginius elementų skyrius, keturias grupes. Jas galėtume vadinti taip: uodega, sparnai, važiuoklė/ kabina, variklis. Susitelkus į grupes buvo paprasčiau įsižiūrėti į iš pirmo žvilgsnio neatpažįstamas drobės draiskanas, deformuotus rėmus, mazgus, vairų fragmentus ir atrasti jiems deramas vietas.

Šiuo metu grupės jungiamos į vientisą megaprojektą, kuriame matysis beveik visas nuveiktas darbas...

Grafinės kompiuterių plokštės dėl labai didelės erdvinių elementų ir tekstūrų apimties jį tiesiog ilgiau skaičiuoja. Procesoriai dirba maksimaliu pajėgumu, tad visai netrukus pamatysime sugeneruotą rezultatą.

O prieš jam pasirodant, siūlome neilgą, užtat intriguojančią S. Štulo apžvalgą apie tai, kaip 3D technologijos keičia ne tik technikos istorijos paveldo objektų saugojimo ir tyrinėjimo galimybes, bet ir įtakoja, tarkime, populiarųjį modeliuotojų hobį.

Kaip manote, kada galėsite patys atsispausdinti trimatę "Lituanicą" - skridusią arba sudužusią, kokia labiau patiks?.. 

--- 

SAULIUS ŠTULAS

3D "Lituanicos" belaukdamas, gali atsispausdinti Wright'ų "Flyer"

 

Sumažinti realių technikos objektų - lėktuvų, automobilių, laivų, traukinių - modeliai jau seniai tapo hobio, edukacijos ar reklamos priemone.

Daugybė mėgėjų ir nemažai profesionalų visame pasaulyje kuria veikiančias ar tik išvaizda originalus primenančias (vadinamąsias stendines) šiuolaikinių ar praeities technikos pavyzdžių miniatiūras. Tai - puikus būdas susipažinti su tikro aparato išvaizda ir matomomis detalėmis, kūrėjų pasirinktais techniniais ir estetiniais sprendimais, o modelių kolekcija gali atspindėti techninės minties raidą bėgant dešimtmečiams.

Kino industrijoje modeliai naudojami kaip juostoje vaizduojamo laikmečio detalės, ypač jei nėra galimybės rasti tikrų pavyzdžių arba prireikia pavaizduoti brangaus objekto sunaikinimą.

Pastaraisiais metais greta materialių modelių populiarėja ir skaitmeniniai, kuriuos vizualizuotus galima apžiūrėti kompiuterio ekrane, pamatyti filmuose ir demonstraciniuose pristatymuose arba kompiuteriniuose žaidimuose.

Prasidėjus 3D spausdintuvų erai, atsirado galimybė tokius modelius ir „atsispausdinti".

Ko reikia geram modeliui?

Norint pagaminti modelį, kaip galima panašesnį į tikrą aparatą, reikalingi brėžiniai. Jie dažnai publikuojami modeliavimo ir įvairių technikos sričių mėgėjams skirtuose žurnaluose.
Rengdami tokius brėžinius autoriai naudojasi įvairiais šaltiniais. Idealus atvejis, kai yra galimybė pasinaudoti gamybiniais tikro aparato brėžiniais.

Tikrosios technikos gamintojai reklamos tikslais, pristatydami naują arba įmonės istoriją reprezentuojantį gaminį, gali pateikti tokią medžiagą kolekcinių arba demonstracinių modelių gamintojams.

Deja, baigus tam tikro pavyzdžio gamybą, jo techninė dokumentacija įmonės ar valstybės archyvuose, ar privačių kolekcininkų rankose išlieka ne taip dažnai. „Popieriaus amžiaus" laikais ją išsaugoti firmose kliudė didelė tokios medžiagos apimtis, o nenorą perduoti archyvams ar kitiems asmenims lėmė firmų (karinės technikos atveju ir valstybės) paslapčių apsauga. Daug senosios technikos gamintojų archyvų pražuvo I ir II pasaulinių karų metais.

Todėl antras pagrindinis brėžinių modeliuotojams šaltinis yra esami technikos pavyzdžiai, kuriuos galima išmatuoti ir pagal gautus matmenis nubraižyti. Ruošiant brėžinius šiuo metodu patikslinti kai kurių elementų formą ir padėtį padeda ir nuotraukos

Jei pats objektas neišlikęs, kaip ir jo dokumentacija, arba jei išlikę tik dokumentacijos fragmentai, nuotraukos tampa pagrindiniu šaltiniu atkurti brėžinius.

Jei yra kelios objekto nuotraukos iš įvairių pusių, galima nustatyti jo dalių padėtį erdvėje viena kitos atžvilgiu. Bet kadangi nuotraukose atvaizduojamas realaus objekto perspektyvinis vaizdas ir dar gali būti objektyvo iškraipymų, tai tikslią detalių padėtį ir matmenis nėra paprasta nustatyti.

Šią problemą nagrinėja mokslo šaka, vadinama fotogrametrija.

3D skenavimo taikymas - beribis

Skaičiavimus fotogrametrijos taikymams labai palengvino kompiuterių atsiradimas, o fotogrametrinės priemonės išsivystė nuo sudėtingų programinių kompleksų iki programėlių fotografuojantiems mobiliesiems telefonams.

Fotogrametrijos metodai leidžia nustatyti taško arba kreivės padėtį erdvėje, kai tas taškas ar kreivė fiksuojami pora ar daugiau kamerų.

Tas objekto taškas gali būti, pavyzdžiui, apšviestas lazeriu, o vedant lazerio spinduliu per objektą galima gauti jo paviršiaus pjūvį lazerio spindulio plokštumoje. Šis principas, kurį dar galima papildyti atstumo matavimu pagal laiką tarp lazerio blyksnio ir grįžusio atspindžio, pritaikytas vadinamajam trimačiam lazeriniam skenavimui.

Nuo pirmųjų bandymų septintajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje iki praktinio taikymo pradedant dešimtuoju dešimtmečiu ši technologija pakankamai ištobulėjo. Atsirado įvairių skenerių modelių - nuo stalinių, galinčių skenuoti ant besisukančio padėklo pastatytus nedidelius objektus, iki montuojamų lėktuvuose, skirtų skaitmeninti didelėms teritorijoms.

Trimačio skenavimo taikymo sritys labai įvairios.

Jis naudojamas geodezijai ir kartografijai - žemės reljefo su pastatais ir augmenija skenavimas iš lėktuvų; pramogų industrijai - modelių skenavimas jau minėtam panaudojimui kino filmams ir kompiuteriniams žaidimams; pramonei - prototipams skenuoti, rekonstrukcinei inžinerijai ar gaminių kokybės kontrolei; architektūros, archeologijos, kultūros paveldo tyrimams - kai ruošiantis pertvarkyti ar, paveldo atveju, restauruoti - skenuojami esami pastatai, o vykdant tyrimus - archeologinių kasinėjimų vietos ir radiniai, muziejų eksponatai ir kiti paveldo objektai.

Pastarajai sričiai galima priskirti ir technikos paveldo objektus.

3D skenavimas tyrimams ir paveldosaugai

Kaip architektūros, taip ir technikos objektams 3D lazerinio skenavimo technologija leidžia sparčiai ir dideliu tikslumu surinkti trimačių paviršiaus taškų masyvą, vadinamąjį „taškų debesį".

Tai galima pritaikyti istorinių tyrimų ir saugojimo poreikiams. Tiriant paveldo objektus 3D lazerinio skenavimo technologija gali visiškai pakeisti tradicinius matavimo metodus.

Iš lazeriniu skeneriu gauto trimačių taškų debesies galima sudaryti trimatį modelį.

Be to, artimosios fotogrametrijos metodu gali būti atkurta detali paviršiaus struktūra: pavyzdžiui, kniedžių išdėstymas ar dekoratyviniai elementai.

Istorinių objektų tyrimas naudojant lazerinį skenavimą ne tik sutrumpina prie jų sugaištamą darbo laiką, leidžia efektyviau pasiekti rezultatus, bet padeda paprasčiau parengti kitokią rezultatų pateiktį - trimačius modelius, brėžinius automatizuoto projektavimo sistemoms ir t. t.

Pastaroji užduotis yra artima rekonstrukcinei inžinerijai.

Sukonstruok arba... atsispausdink pats!

Kaip vieną pirmųjų 3D skenavimą pritaikiusių kolekcinių modelių gamybai galima paminėti Didžiosios Britanijos bendrovę „Flexiscale". Ji trimačio spausdinimo būdu pagal skenuotus tikrus geležinkelių istorijos eksponatus gamina lokomotyvų ir vagonų modelius.

Kita britų bendrovė „Amalgam", ruošdamasi gaminti II pasaulinio karo naikintuvo „Spitfire" modelį, užsakė nuskenuoti Karališkųjų oro pajėgų Mūšio už Britaniją memorialinės grandies lėktuvą.

 

[Nuotr.: Battle of Britain Memorial Flight angare lankytis ir eskadrilės skrydžius stebėti G. Sviderskytei teko 2003 m., tyrinėjant RAF I eskadrilės Antrojo pasaulinio karo metų archyvus] 

Savo technikos istorijos eksponatus ėmėsi skenuoti ir muziejai.

2013 m. britų nacionalinis Karališkojo laivyno muziejus ruošdamas restauravimui nuskenavo visą karo laivą - admirolo Nelsono flagmaną „Victory".

Tais pačiais metais JAV Smitsono institutas internete pateikė keletą skenuotų savo muziejų eksponatų. Tarp jų yra ir Nacionaliniame aeronautikos ir kosmoso muziejuje saugomas pirmasis brolių Raitų (Wright) lėktuvas „Flyer".

[3d.si.edu] 

Svetainėje jis pateikiamas tokiu formatu, kad modelį būtų galima iš įvairių pusių apžiūrėti ekrane, o taip pat panaudoti kaip duomenų failą trimačiam spausdintuvui.

Taigi, pažangiausios technologijos ne tik padeda saugoti ir tyrinėti technikos istorijos eksponatus, bet ir daro juos labiau prieinamus visiems besidomintiems.

 

ŠALTINIAI:
http://en.wikipedia.org/wiki/3D_scanner
http://www.isprs-ann-photogramm-remote-sens-spatial-inf-sci.net/II-5-W1/133/2013/isprsannals-II-5-W1-133-2013.pdf
http://iopscience.iop.org/1742-6596/48/1/160/pdf/1742-6596_48_1_160.pdf
http://www.cs.dartmouth.edu/~emily/resources/pubs/IJAC-5-2-El-Hakim.pdf
http://www.wsl.ch/fe/oekosystem/insubrisch/projekte/Evoluzione_paesaggio/workshop_monplotting/Workshop_Monoplotting_-_Corzoneso_27.06.2014_-_1._Fabio_Remondino.pdf
http://www.3dsystems.com/press-releases/aerospace-company-offers-new-full-plane-3d-scans-with-z-corporat
Fotogrametrija išmaniajam telefonui:
http://newsoffice.mit.edu/2014/3-d-scanning-with-your-smartphone-0131
Apie „Flexiscale":
http://www.europeanplasticsnews.com/subscriber/featured2.html?cat=1&featuredid=2823
https://www.kickstarter.com/projects/theflexiscaleco/3d-printed-kits-of-the-ffestiniog-englands-from-la
Apie „Amalgam":
http://www.physicaldigital.com/services/3d-scanning/aircraft-scanning/
http://www.finemodelcars.com/enter/
National Museum of the Royal Navy:
http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2335458/HMS-Victory-youve-seen-The-amazing-3D-map-Nelsons-battleship-created-lasers-bid-help-restore-it.html
Smithsonian:
http://www.smithsonianmag.com/smithsonian-institution/these-new-3d-models-put-the-smithsonians-most-renowned-items-in-your-hands-180947679/?no-ist
http://www.engadget.com/2013/06/08/smithsonian/