Тобольский пороховой погреб XVII в.: от раскопок до визуальной реконструкции

Е.П. Загваздин, П.Г. Данилов

Тобольская комплексная научная станция УрО РАН

DOI: 10.25681/IARAS.2021.978-5-94375-342-8.6

В научных и прикладных исследованиях 3D-технологии шагнули далеко вперед. Широко используются они и в археологии. При анализе публикаций на эту тему по археологии оказывается, что часто происходит механическое смешение понятий: цифровая фотограмметрическая съемка и 3D-реконструкция приравниваются к 3D-моделированию [Щепинина, 2017; Зайцева, 2014]. Хотя при ближайшем рассмотрении 3D-моделирование оказывается все той же фотограмметрией [Лю, Цун, 2017]. Это положение вещей приводит к замешательству из-за разных уровней абстракции этих терминов. Смыкание дефиниций объяснимо, так как главная задача, которую они решают, – создание цифрового многомерного объекта и оперирование им для достижения необходимой цели в трехмерном пространстве.

В то же время методы у этих понятий разные. Так, фотограмметрия изначально позиционировалась как научная дисциплина, близкая к картографии, изучающая формы, размеры и положение объектов по их фотографическим изображениям [Хохановская, 2004. С. 3]. Предметы изучения фотограмметрии – это геометрические и физические свойства снимков, способы их получения и использования для определения количественных и качественных характеристик сфотографированных объектов, а также приборы и программные продукты, применяемые в процессе обработки [Богомазов, 2011. С. 3].

По мнению А.Ю. Майничевой, назвавшей фотограмметрию «псевдо-3D моделированием», она дает не истинные модели, а их имитацию, что является более простым и доступным способом получения изображений. Область же ее применения – это презентация, популяризация каких-либо объектов, развлечения [Майничева А.Ю., Майничева А.Н., 2008. С. 395].

Существует диаметрально противоположная позиция в контексте «3D-революции», согласно которой «реконструкция любого архитектурного сооружения будет более достоверна, если его открытый в ходе раскопок фундамент будет представлен в виде реалистичной 3D модели, созданной на основе технологии фотограмметрии, а не его реконструкции на основе плоскостных полевых чертежей» [Зайцева, 2014].

Несомненно, что в археологии фотограмметрия представляет по своей сути своеобразную полевую документацию, выполненную в режиме реального времени, с привлечением которой могут выполняться и 3D-реконструкции. Реконструировать фотограмметрия ничего не может по определению. Она лишь фиксирует текущий момент в объемном виде. 

3D-реконструкция занимается восстановлением облика утраченных или фрагментированных физических объектов, имеющих (в данном контексте) археологическую / историческую ценность. Она по своей сути многомернее, сложнее, и для достижения необходимой цели вбирает в себя множество методов, а главное – источников. Здесь могут быть как графические (та же фотография), так и письменные источники. Однако, на наш взгляд, ключевым источником в реконструкции является чертеж – невозможно «построить» избу, не имея хотя бы ее мысленного плана, сопоставленного с исторической реальностью эпохи. 3D-реконструкция сближается в отдельных случаях с историческим архитектурным макетированием, с той лишь разницей, что манипулирование трехмерной моделью в электронной среде – один из этапов этой работы [Kлименко С.В., Клименко Ю.Г., 2011].

Игнорирование комплексного характера 3D-реконструкций дает однобокое представление данных и ошибочные представления о силе метода. Так, если абсолютизировать фотограмметрию, то можно поставить крест на возможности провести 3D-реконструкции по материалам старых полевых отчетов, так как, по понятным причинам, никакой многомерной электронной фиксации в них не найти. 3D-фиксация раскопа, она же цифровая фотограмметрия, желательна, но не обязательна, особенно в полевых условиях, где качественно выполнить обработку фотографий не всегда удается, а повторно сделать съемку уже бывает невозможно.

Примером удачных 3D-реконструкций служат работы, в которых сочетается ряд методов и дисциплин, в том числе и фотограмметрия [Жеребятьев, 2006; Завершинская, 2018; Майничева и др., 2018].

Для Тобольска первым опытом в создании археологической 3D-реконструкции был пороховой погреб XVII в. Основой для создания трехмерной визуализации объекта стали материалы полевых археологических исследований. Погреб примечателен тем, что для Сибири это был на тот момент второй такой объект, раскрытый археологически. Он был обнаружен в ходе археологических исследований 2001 г. в зале первого этажа Дворца Наместника [Адамов, 2003]. Всего в Сибири на сегодняшний день археологически исследованы три пороховых погреба – в Тобольске, Енисейске и Саянском остроге [Галухин и др., 2017; Данилов, 2014; Скобелев, 2012].

Продолжение исследований погреба было осуществлено в 2003 г. во втором зале. В двух залах Дворца были обнаружены остатки кирпичной конструкции, сохранившиеся от этого сооружения. Она представлена в виде двух параллельных стен, выложенных из кирпича верстовым способом на известковом растворе, лежащих под углом к дневной поверхности. Ширина стен составляет 36–40 см (полтора кирпича). Эта кладка находится на фундаменте, от которого сохранились три стены: северная, южная и западная. Фундамент выложен из кирпича на глиняном растворе. Ширина кладки фундамента шире расположенных на нем стен входа, 40–50 см. Северная и южная стены фундамента имеют ступенчатую поверхность в восточном направлении за счет уменьшения рядов кирпичей кладки от западного края к восточному.

Полученная таким образом ступенчатая поверхность была выровнена глиной и на нее положена кладка стен. Размеры кирпича варьируются в пределах 263–268 × 121–124 × 52–53 мм. В кладке встречается кирпич и меньшего формата, в частности 24 × 11 × 54 мм. Сооружение однозначно интерпретируется в качестве входа в подземное сооружение. Ширина входа 2,44 м, ширина прохода между стенками 1,6 м, длина раскопанной части входа 4,2 м. Под это сооружение был выкопан прямоугольный котлован глубиной не менее 116 см от уровня материка и 186 см от уровня погребенной почвы. Дно погреба покрывал деревянный пол. Основу его конструкции составляли лаги, лежащие параллельно срубной стене, ориентированные по линии запад – восток, углубленные в материк. На них крепились поперек и вдоль доски пола. Ширина досок составляет 24–30 см, толщина – 3–4 см. На полу погреба обнаружены остатки двух бревен, стоящих вертикально на лаге на расстоянии 2,6 м друг от друга. Функционально они выполняли, вероятно, роль опоры, поддерживающей перекрытие [Данилов, 2014].

Пороховой погреб имел достаточно сложную конструкцию: состоял из глубокого прямоугольного котлована, выкопанного в материке – желтом суглинке, в который были впущены два сруба – внешний и внутренний. Поскольку исследование шурфа на расстоянии 6,5 м к северу от кирпичного входа в погреб не выявило наличия в нем котлована, то предположительно размеры погреба не превышали 12 × 12 м. Погреб имел подпрямоугольную планировку. Вероятно, бревна в срубе были соединены «в обло» (концы бревен в срубе выходят за пределы стен). Дно котлована было устлано деревянным полом, на котором стояли деревянные столбы, поддерживающие крышу.

Крыша представляла собой бревенчатый накат, задачей которого было выдержать вес земли. Сверху вся конструкция погреба была засыпана землей так, что внешне все выглядело как небольшой земляной холм. Раскопанный в Саянском остроге пороховой погреб, по мнению С.Г. Скобелева, также поверх перекрытия был засыпан грунтом в противопожарных целях [Скобелев, 2012. C. 278].

В погреб вел кирпичный вход арочной конструкции, поставленный на кладку фундамента. Первоначально спуск в погреб был сделан из деревянных плах. Позднее деревянный спуск был заменен на земляной. Снаружи этот погреб выглядел как земляной холм, с выходом и продухами, сложенными из кирпича.

Пороховой погреб имел стратегическое значение в случае защиты города от внешней опасности. Конструкция его должна была быть такова, чтобы обезопасить пороховой арсенал от сырости и огня. Тем более что Тобольск горел в XVII в., по крайней мере, шесть раз. Два раза, в 1643 и 1677 гг., городской острог, на территории которого был нами обнаружен пороховой погреб, выгорал полностью. Исследуемый погреб перестал функционировать в результате строительства Приказной палаты в 1700–1704 гг. В ходе строительных работ 1780–1782 гг. залы первого этажа бывшей Приказной палаты вошли в границы Дворца Наместника [Данилов, 2014]. Кирпичный вход в погреб после частичной консервации экспонируется сегодня в городском музее в специально разработанном для него зале [Балюнов, 2014].

Обозначенные сведения легли в основу трехмерной реконструкции порохового погреба (рис. 1; 2). Выполнялась реконструкция в среде Autodesk 3ds Max 2009. Техническая часть этой работы состояла из следующих этапов:

1. Подготовка чертежа – реконструкции порохового погреба с отрисовкой в масштабе на миллиметровой бумаге.

2. Оцифровка на сканере.

3. Размещение в масштабе на горизонтальной плоскости в Autodesk 3ds Max.

Проводилась настройка в программе метрических параметров в Customize – Unit setup. Затем «накидывался» чертеж на созданную в тех же размерах плоскость plane, что и чертеж.

4. Построение геометрии погреба.

Погреб функционально состоял из крупных блоков: двойного деревянного сруба и кирпичного входа. Стены сруба моделировались из стандартного примитива cylinder, который копировался через команды меню Tools – Array, затем расставлялись по местам на плане.

Основой для арочного кирпичного входа был примитив cylinder, геометрия которого дорабатывалась: убиралась половина объема по центральной оси, наращивалась толщина модификатором Shell, вытягивалась геометрия стен, создавался необходимый наклон. Проход сквозь двойную стену срубов создавался с использованием булевых операций – Compound Object – Boolean. После этого арочный вход помещался перед проходом. Дополнительно из примитива cylinder создавался бревенчатый накат на крышу погреба.

5. Построение геоокружения погреба.

Посредством примитива plane с большим количеством сегментов строилась дневная поверхность вокруг погреба. На плоскости этой поверхности для демонстрации устройства кирпичного входа выполнялись «отгибы». При моделировании грунта все высоты соответствовали отметкам на полевых чертежах. Тем же примитивом plane выполнена и «засыпка» перекрытия погреба. Поднятие высоты насыпи выполнялось произвольно с использованием опции Soft Selection. Элементы хаоса в геометрию насыпи вносились модификатором Noise. Промежутки между малым и большим срубами заполнялись «землей» с использованием все того же plane.

6. Моделирование элементов антуража.

Использование этих элементов в целом было не обязательно, однако в сопоставлении они позволяют оценить объем погреба. В масштабе были смоделированы ядра и небольшие пороховые бочонки, помещенные внутрь погреба.

7. Визуализация

7.1. Текстурирование.

Для различных элементов погреба подбирались текстуры высокого разрешения: спил дерева, земля, черный металл, кирпичная кладка, которые набрасывались на нужные элементы погреба через Редактор материалов и корректировались с использованием модификатора UVW Mapping. Подключенным плагином Grass Generator моделировалась растительность.

7.2. Рендеринг.

Штатными средствами программы в сцене ставился свет. Затем проводился пробный рендеринг, а после отладки – окончательный на высоком разрешении.

7.3. Редактирование изображения в Photoshop.

Несмотря на то, что изображение после рендеринга достаточно качественное, в Photoshop проводилась необходимая доводка: корректировка по цвету, яркости и контрасту и т.п.

Заключение. Создание 3D-реконструкции объектов раскопок, особенно ее архитектурной составляющей, является важным этапом кабинетной работы исследователя в процессе работы над материалом. Работа в 3D позволяет не только штатными средствами программ в масштабе «построить» реконструкцию, но и проверить рабочие версии по форме, содержанию и свойствам исследуемого объекта. Несомненно, что 3D-реконструкция с развитием компьютерных технологий все активнее становится необходимым элементом в презентации итогов археологических исследований. Таким образом идеи транслируются на более доступном визуальном языке.

 

Литература

Адамов А.А., 2003. Исследование кладбища около Вознесенской церкви в г. Тобольске // Ежегодник Тобольского музея-заповедника. Тобольск. Вып. 1. С. 98–106.  назад

Балюнов И.В., 2014. Вход в пороховой погреб XVII в. – объект музеефикации в составе постоянной экспозиции // Баландинские чтения. Т. IX, ч. 1. С. 49–52.  назад

Богомазов С.В., 2011. Фотограмметрия и дистанционное зондирование: методические указания. Пенза: РИО ПГСХА. 90 с.  назад

Галухин Л.Л., Лысенко Д.Н., Сляднев А.М., 2017. Пороховой («зелейный») погреб Енисейского острога: планиграфия, стратиграфия и датировка // Культура русских в археологических исследованиях: Сб. науч. ст. / Под ред. Л.В. Татауровой. Омск: Изд. дом «Наука». С.67–74.  назад

Данилов П.Г., 2014. Пороховой погреб Тобольска XVII века по археологическим и историческим материалам // Вестник НГУ. Серия: История, филология. Том 13, вып. 5: Археология и этнография. С. 209–220.  назад

Жеребятьев Д.И., 2006. Опыт исторической реконструкции в 3d моделировании // Материалы молодежной научно-практической конференции «Тамбов: история и современность». Тамбов. С. 19–22.  назад

Завершинская М.П., 2018. Фотограмметрия и 3D моделирование в археологической реконструкции (на примере половецкого изваяния из курганного могильника Бургуста I // Актуальная археология 4. Комплексные исследования в археологии: Материалы Международной научной конференции молодых ученых. СПб: ИИМК РАН. C. 16–19.  назад

Зайцева О., 2014. «3D революция» в археологической фиксации в российской перспективе // Сибирские исторические исследования. № 4. С. 10–20.  назад

Kлименко С.В., Клименко Ю.Г., 2011. Макетирование при создании научных реконструкций памятников русской архитектуры // Architecture and modern information technologies. 4 (17). C. 1–15.  назад

Лю Цзяньго, Цун Дэсинь, 2017. Применение технологии трехмерного моделирования при изучении буддистских памятников // Universum Humanitarium. № 1. С. 92–108.  назад

Майничева А.Ю., Майничева А.Н., 2008. Фотофиксация архитектурных объектов и возможности псевдо-3D моделирования // Проблемы археологии, этнографии, антропологии Сибири и сопредельных территорий. Т. 14. С. 395–397.  назад

Майничева А.Ю., Скобелев С.Г., Береженко Д.Ю., 2018. Реконструкция русских деревоземляных внутрикрепостных построек как знаковых сооружений Сибири XVII–XVIII веков (на примере Саянского острога) // Археология, этнография и антропология Евразии. Т. 46, № 4. С. 100–108.  назад

Скобелев С.Г., 2012. Пороховой погреб Саянского острога XVIII века // Вестник НГУ. Серия: История, филология. Т. 11, вып. 3: Археология и этнография. С. 273–279.  назад

Хохановская В.И., 2004. Фотограмметрия и дистанционное зондирование территорий: Учебное пособие. Красноярск. 147 с.  назад

Щепинина Е.М., 2017. Применение 3D моделирования в археологии: достоинства и недостатки // Вестник магистратуры. № 1-1(64). С. 17–19.  назад