Фотограмметрия в современной живописи читать ~13 мин.

Фотограмметрия – метод создания трёхмерных моделей объектов на основе серии фотографий, снятых с разных углов. Технология, первоначально разработанная для картографии и архитектурных измерений ещё в XIX веке, в последние два десятилетия нашла неожиданное применение в сфере изобразительного искусства. Современные художники, реставраторы и кураторы музеев используют фотограмметрические методы для документирования произведений, создания новых форм художественного выражения и расширения возможностей традиционной живописи.

Технологические основы фотограмметрии

Процесс фотограмметрии базируется на технологии Structure from Motion (SfM), которая анализирует множество перекрывающихся изображений объекта. Алгоритмы компьютерного зрения идентифицируют общие точки на разных фотографиях и вычисляют их пространственное положение. Программное обеспечение создаёт сначала разреженное облако точек, затем плотное, которое преобразуется в трёхмерную полигональную сетку. Финальный этап включает наложение текстур — цветовой информации с исходных фотографий на полученную геометрию.

Современные фотограмметрические решения, такие как RealityCapture, Agisoft Metashape и 3DF Zephyr, способны обрабатывать тысячи изображений и создавать модели с разрешением в миллиарды полигонов. RealityCapture работает линейно — удвоение количества входных данных удваивает время обработки, что делает процесс предсказуемым. Программы извлекают текстурную информацию, распознавая плотные паттерны на поверхностях: текст, древесные волокна, черты лица, узоры.

Качество результата зависит от нескольких факторов. Объекты с однородной текстурой или отражающими поверхностями создают сложности для алгоритмов. Правильная настройка освещения имеет принципиальное значение — равномерный свет без резких теней обеспечивает корректную реконструкцию поверхности.

Документирование живописи музейными институциями

Крупные музеи мира внедряют фотограмметрию для создания цифровых архивов своих коллекций. Музей Кливленда разработал методологию трёхмерного сканирования, которая сочетает фотографическую точность с метрическими данными о масштабе. Технология позволяет создавать модели со сложными отражающими поверхностями и тонкими деталями, что традиционно считалось проблематичным для фотограмметрии.

Документирование картин с гигапиксельным разрешением — около 1000 мегапикселей и выше — становится стандартом для ведущих институций. Музей изящных искусств в Валенсии применил методологию SfM-фотограмметрии для создания детальной документации алтарных образов. Процесс начинается в фотостудии, где фотограф делает серию перекрывающихся снимков, захватывающих каждую часть произведения несколько раз. Изображения загружаются в программное обеспечение для трёхмерного моделирования, которое после нескольких этапов обработки создаёт финальную модель.

Музей Прадо в 2019 году отсканировал «Благовещение» Фра Анджелико сразу после масштабной реставрации. Фонд Factum Foundation использовал сканер Lucida и панорамную фотографию для записи трёхмерной геометрии и цвета, в то время как музей проводил инфракрасную рефлектографию и рентгенографию. Результаты помогают консерваторам и кураторам лучше понимать текущее состояние картины и историю предыдущих реставраций.

Гигапиксельная визуализация предоставляет возможность детального интерактивного просмотра через виртуальные музейные экспозиции. Зрители могут погружаться в произведение искусства так, что становятся видны мазки кисти, микротрещины красочного слоя, текстура холста — детали, невидимые при обычном осмотре даже с близкого расстояния.

Применение в реставрации и консервации

Фотограмметрия трансформирует практику документирования реставрационных работ. Итальянский учёный Чезаре Бранди в 1975 году сформулировал теорию реставрации, согласно которой все вмешательства должны быть полностью обратимыми. Детальная документация всех этапов консервационного процесса с возможностью последующего извлечения информации становится необходимостью.

Исследование византийской иконы в Кипрском музее византийского искусства продемонстрировало применение алгоритмов обнаружения изменений в сочетании с фотограмметрией для мониторинга реставрации. Многоэпохальная фотофиксация позволила автоматически и точно идентифицировать трансформации живописной поверхности на разных стадиях работ. Методология фиксировала как макроизменения, так и мельчайшие детали — ретушь профиля плеч, заполнение лакун на одеждах персонажей.

Романские настенные росписи церкви Святого Ботольфа в Хардеме, Великобритания, стали объектом экспериментального мониторинга с помощью SfM-фотограмметрии. Методология разработана как доступная, портативная, бесконтактная и воспроизводимая система наблюдения за состоянием сохранности. Использовалось коммерчески доступное фотооборудование и бесплатное программное обеспечение для генерации и сравнения трёхмерных облаков точек. Техника смогла идентифицировать изменения масштабом до 0,5 миллиметра.

Настенная живопись собора Валенсии работы Паоло де Сан Леокадио и Франческо Пагано исследовалась с помощью мультиспектральной фотограмметрии. Рабочий процесс объединил неинвазивные техники визуализации от ультрафиолетового и видимого до ближнего инфракрасного диапазонов. Комбинация спектральных диапазонов в гибридных ложноцветных изображениях и анализ методами NDVI, NDPI и PCA позволили выявить детали техники исполнения и состояния сохранности.

Фотограмметрия как инструмент творчества

Современные художники интегрируют фотограмметрию непосредственно в творческий процесс. Французский художник Дмитрий Данилофф использует технологию для создания работ, которые деформируют обыденное и изобретают новую социальную среду. Его встреча с фотограмметрией расширила художественные возможности — процесс построения трёхмерных моделей из множественных точек съёмки позволяет создавать социальный холст, где тела намеренно трансформированы. Появляются новые пространства на границах реальности, где зритель становится протагонистом.

Тайваньская художница Я-Вэнь Фу, работающая между Германией и Тайванем, применяет трёхмерное сканирование для воспроизведения и масштабирования своих объектов. Сканирование сканером Artec Spider с последующей обработкой в Artec Studio позволяет создавать масштабируемые и редактируемые цифровые модели. Трёхмерный художник обрабатывает данные сканирования, создавая объект, пригодный для трёхмерной печати в любом масштабе.

Художники в области матовой живописи для кинематографа включают фотограмметрию в производственный конвейер. Методология предполагает создание модели на основе серии изображений с последующим импортом в программы Mari или Substance Painter для текстурирования. Проецирование фотографических изображений на трёхмерную модель позволяет достичь фотореалистичности, недостижимой традиционными методами ручной росписи.

Гиперреализм и фотографические референсы

Движение гиперреализма, возникшее как развитие фотореализма, базируется на философии Жана Бодрийяра о «симуляции того, что никогда не существовало». Гиперреалистические картины и скульптуры создают убедительную иллюзию, основанную на симуляции реальности — цифровой фотографии. В то время как фотореализм эмулировал аналоговую фотографию, гиперреализм использует цифровые изображения высокого разрешения, созданные цифровыми камерами и отображаемые на компьютерах. )

Художники-гиперреалисты используют фотографии высокого разрешения как основной исходный материал, анализируя каждый нюанс света, тени, отражения и текстуры. Это предполагает глубокое погружение во взаимодействие света и формы — понимание того, как источники света создают специфические формы теней и как свет обволакивает изогнутые поверхности. Цель состоит в захвате не просто подобия, но самой сущности визуальной реальности.

Профессиональные художники регулярно используют фотографические референсы во всех дисциплинах. Художники изящных искусств нанимают живых моделей, устраивают натюрморты, изучают биологические референсы или организуют фотосессии. Знаменитые американские иллюстраторы Джозеф Кристиан Лейендекер и Норман Роквелл известны использованием референсов — Лейендекер часто использовал своего партнёра Чарльза Бича, а Роквелл устраивал целые фотосессии с помощью фотографа.

Некоторые концепт-художники напрямую обводят части фотографий, создают фотобаши или используют трёхмерные модели как отправную точку. Трёхмерное моделирование и референсы жизненно необходимы для создания репрезентативных работ со сложным освещением и затенением.

Текстурирование и картографирование поверхностей

Фотограмметрическое текстурирование объединяет преимущества компьютерной фотограмметрии с лазерным сканированием. Лазерное сканирование последовательно даёт более точные геометрические данные по сравнению с фотограмметрией, но фотограмметрия обычно генерирует более точные текстуры. Методология применяет фотограмметрические текстуры к геометрии, полученной лазерным сканированием, позволяя создавать высокоточные цифровые модели.

Когда текстурная карта удаляется с фотограмметрической модели, поверхности гладких объектов часто выглядят бугристыми или неровными, а сложные поверхности оказываются чрезмерно упрощены. Комбинированный подход решает эту проблему — точное наложение текстур из фотограмметрии на геометрические данные лазерных трёхмерных моделей даёт цифровую модель, сочетающую геометрию лазерных сканов с фотореалистичными текстурами.

Приложение для трёхмерного сканирования KIRI Engine захватывает как геометрические, так и текстурные данные, реконструируя высокодетализированные цифровые модели с помощью фотограмметрии. Технология анализирует множество высокоразрешающих изображений с разных углов для генерации точных текстур, наложенных на трёхмерную модель. Результат – полностью UV-маппированную модель с реалистичными деталями поверхности.

Процесс создания фотосканированных текстур для использования в цифровом искусстве включает несколько этапов. Reality Capture наиболее часто рекомендуется для фотосканирования поверхностей благодаря способности создавать высокоточные трёхмерные версии реальных поверхностей. После создания скана поверхности становится простым делом извлечь всю необходимую информацию о реальном мире — карты смещения, нормалей, цвета, окружающего затенения.

Цифровые инструменты и программное обеспечение

RealityCapture – фотограмметрическое программное обеспечение для создания трёхмерных моделей из неупорядоченных фотографий или лазерных сканов без швов. Наиболее распространённые области применения — культурное наследие (искусство, археология, архитектура), сканирование всего тела, игровая индустрия, геодезия, картографирование, визуальные эффекты и виртуальная реальность. Функции включают регистрацию изображений, автоматическую калибровку, расчёт полигональной сетки, окрашивание, текстурирование, георефенсирование и экспорт в различных форматах.

Программа способна смешивать изображения с камер и лазерные сканы, предъявляя низкие требования к аппаратному обеспечению. Линейная работа означает, что при удвоении входных данных время обработки также удваивается. Музеи и реставрационные мастерские используют RealityCapture для создания цифровых моделей произведений искусства для документации, виртуальных выставок и образовательных инициатив.

Agisoft Metashape и 3DF Zephyr представляют альтернативные решения, также часто используемые для сканирования поверхностей. Сравнительные исследования различного фотограмметрического программного обеспечения показывают, что средние остаточные ошибки регистрации или фотограмметрической оценки составляют 4 – 16 миллиметров в зависимости от выбранного ПО, размера и сложности объекта и условий окружающей среды. Наилучшая полнота и качество результирующей трёхмерной модели достигается одновременным использованием данных лазерного сканирования и изображений.

Полупрофессиональные мобильные приложения, такие как Polycam, демократизируют доступ к фотограмметрии. Создание интерактивной трёхмерной модели фрески художника Роберто Куэва дель Рио продемонстрировало ценность точного и неинвазивного цифрового рабочего процесса, поддерживающего цели консервации и образования.

Методологические вызовы

Документирование живописи представляет уникальные технические сложности, учитывая часто большие масштабы произведений, неровную топографию красочного слоя, диапазон атрибутов поверхности и проблемы доступа. Использование фотограмметрии для записи как топографии, так и тонких деталей поверхности настенной живописи требует особого внимания к настройкам съёмки.

Византийская икона потребовала корректной настройки света и постоянного равномерного освещения для избежания радиометрических артефактов, способных помешать фотограмметрической реконструкции и идентификации фазов реставрации. Корректное выравнивание каждого набора изображений должно быть максимально точным для избежания ошибок.

Потолочные росписи больших размеров в церквях и дворцах создают дополнительные трудности из-за геометрии помещения, условий освещения и ограниченного доступа. Проект Plafond3D разработал CHAPI (Cultural Heritage Automated Photogrammetric Imaging) — недорогое полуавтоматизированное решение для захвата больших сводчатых потолочных росписей в высокой детализации. Методология обеспечивает эффективный захват с последовательной фотограмметрической сетью за ограниченное время.

Гипогейные структуры представляют методологические вызовы из-за отсутствия естественного света, ограниченных пространств и присутствия хрупких расписных поверхностей. Интегрированный рабочий процесс для документирования Гробницы Орко в Тарквинии объединил наземное лазерное сканирование, фотограмметрию и технику светописи. Световая живопись, заимствованная из фотографической практики, применялась как динамическая стратегия освещения во время фотограмметрической съёмки для преодоления проблем неравномерной иллюминации и резких теней.

Сохранение цветовой точности

Цвет произведений – ценный источник информации, который должен быть правильно обработан и сохранён, поскольку цифровые инструменты могут вызывать вариации значений или утрачивать их. Исследование, посвящённое сохранению цветовой точности в фотограмметрии для консервации культурного наследия, разработало процесс, успешно соблюдающий цветовую целостность моделей.

Для точного захвата цвета художники и реставраторы используют калибровочные цветовые карты, съёмку в RAW-формате и предварительную обработку фотографий в Adobe Camera RAW или других программах калибрации перед импортом в фотограмметрическое ПО. Мультиспектральная визуализация в диапазонах от ультрафиолета до ближнего инфракрасного расширяет возможности анализа живописи.

Трёхмерная модель в ультрафиолетовом свете делает видимой флуоресценцию, индуцированную УФ-излучением на всей скульптуре или картине, выявляя поверхностные истирания, органические красители и старые защитные покрытия. Инфракрасная трёхмерная модель позволяет лучше определить детали подготовительного рисунка.

Образовательный потенциал

Цифровые модели произведений искусства, созданные с помощью фотограмметрии, открывают новые возможности для художественного образования и публичного доступа к культурному наследию. Интерактивные трёхмерные представления демонстрируют ценность точного рабочего процесса, поддерживающего как консервационные, так и образовательные цели. Технологии способствуют инновациям в образовании в сфере наследия и усиливают эстетический опыт через цифровое посредничество.

Виртуальные музейные дисплеи с гигапиксельной визуализацией предлагают детальный интерактивный просмотр, делая искусство доступным для всех. Зрители могут погружаться в произведение таким образом, который невозможен при физическом посещении музея — приближать отдельные участки, изучать технику художника, видеть детали, скрытые от невооружённого глаза.

Аугментированная реальность, базирующаяся на фотограмметрических моделях, создаёт новые стратегии документирования, консервации и мониторинга. Эксперименты с методологиями, основанными на изображениях, с использованием недорогих сенсоров, где трёхмерные модели становятся базовым элементом для приложений дополненной реальности, расширяют возможности взаимодействия с искусством.

Междисциплинарное взаимодействие

Применение фотограмметрии в живописи требует междисциплинарного диалога между художниками, реставраторами, кураторами, программистами и исследователями в области компьютерного зрения. Египтологический отдел Британского музея развивает сотрудничество с художниками для критического переосмысления власти и агентности коллекций, репрезентации и производства знания.

Фотограмметрические модели мексиканских фресок иллюстрируют пересечение технологии и культурного наследия в рамках цифровых гуманитарных наук. Создание интерактивных трёхмерных представлений с контекстной информацией открывает новые возможности для будущих исследований на стыке дисциплин.

Археологи, архитекторы, специалисты по территориальному планированию и цифровые художники используют фотограмметрические инструменты во многих областях. Однако демократизация технологии приводит к использованию без критического осознания метрического качества результатов. Необходимо преодолеть растущий разрыв между распространением фотограмметрических техник и их использованием через соответствующие образовательные процессы.

Этические и правовые аспекты

Цифровизация произведений искусства поднимает вопросы авторского права, аутентичности и адаптации к технологии. Художники в цифровую эпоху сталкиваются с проблемами защиты интеллектуальной собственности при создании и распространении высокоразрешающих цифровых копий своих работ.

Американская художница Эрин Хэнсон, создательница открытого импрессионизма, использует передовые технологии трёхмерного сканирования и печати для захвата не только цвета масляных картин, но также их текстуры, мазков кисти и глубины. Создание отпечатков, которые выглядят и ощущаются как оригинальные произведения искусства, переопределяет возможности репродукции.

Вопрос аутентичности становится особенно острым, когда цифровые технологии позволяют создавать копии, неотличимые от оригиналов. Развитие генеративных моделей привело к созданию изображений, почти неотличимых от реальных фотографий. Фотореалистичные изображения часто изображают человеческие фигуры, особенно знаменитостей и политиков, с высокой степенью сюрреализма и эстетического профессионализма.

Будущие направления

Фотограмметрия продолжает эволюционировать как инструмент для художников и исследователей искусства. Интеграция искусственного интеллекта и машинного обучения в фотограмметрические рабочие процессы обещает дальнейшее упрощение и автоматизацию процессов. Прогресс компьютерных технологий открывает новые возможности для создания искусства — исследователи, художники и любители искусства находят новые способы творчества с помощью цифровых инструментов.

Гибридные рабочие процессы, сочетающие традиционную скульптурную лепку с фотограмметрией или трёхмерным сканированием, становятся стандартной практикой. Художники, такие как Сабина Ховард и Хуан Мануэль Миньярро, успешно гибридизируют традиционные процессы скульптурного моделирования с техникой фотограмметрии для производства своих произведений.

Трёхмерное сканирование освобождает создателей экспериментировать с формой, текстурой и повторением без ограничений, налагаемых традиционными материалами. Керамист может отсканировать оригинальное изделие и создать лёгкую смоляную реплику для уличной экспозиции. Перформанс-художник может сканировать собственное тело для создания носимых трёхмерно-печатных протезов, стирающих границу между идентичностью и дизайном.

Фотограмметрия трансформирует творческие рабочие процессы, открывая двери для трёхмерной печати, виртуальных выставок и интерактивных инсталляций. Художники больше не ограничены кистью, резцом или мышью — инструменты цифровизации, манипулирования и переосмысления работ открывают новые пути.