3D модель Денисовой пещеры на Алтае

Денисова пещера на Алтае — выдающийся природный и археологический памятник мирового значения. Регулярные раскопки здесь ведутся с 1982 г., выявлено более 20 культурных слоев, собрано более 80000 экспонатов.

Находки, сделанные в Денисовой пещере в 2008 г., привели к открытию новой эволюционной ветви в развитии человека [1]. Несомненную актуальность представляет сохранение информации об этом уникальном объекте с использованием современных методов 3D документирования: создание виртуальной (цифровой) 3D модели пещеры и наиболее интересных находок, визуализация результатов археологических исследований на основе созданной модели.

В августе 2012 г. было выполнено лазерное сканирование и детальная фотосъёмка пещеры. Было сделано 37 сканерных станций, полное облако точек содержит около 50 млн. точек. Затем по результатам лазерного сканирования и фотосъёмки была создана текстурированная полигональная модель. Модель содержит 88254 полигонов: 86000 – непосредственно пещера, 2254 – искусственные объекты (настилы, перила, лестницы). Разрешение текстуры составляет для разных участков от 30 до 100 тыс. пикселей на 1 кв м. поверхности модели. Таким образом, в результате выполнения проекта была создана детальная 3D модель пещеры, которая фиксирует её геометрию и внешний вид с высокой точностью.

Созданная 3D модель была привязана к археологической системе координат (АСК), которая используется археологами для пространственной привязки (фиксации местоположения) сделанных находок. Ось X АСК повёрнута на 62 градуса по часовой стрелке относительно направления на север, ось Y перпендикулярна оси X, ось Z направлена вертикально. Началом координат АСК является условная точка в пространстве недалеко от выхода из пещеры. АСК зафиксирована на объекте с помощью пяти реперов в стенах пещеры. Эти репера были отсняты в ходе сканирования. При обработке данных модель пещеры была переведена в координаты АСК, точность привязки составила около 5 см. Таким образом, была обеспечена возможность сопоставления созданной 3D модели с археологическими схемами, и непосредственного переноса массива имеющихся археологических данных в виртуальное пространство 3D модели.

Отдельно было проведено высокоточное лазерное сканирование, фотографирование и 3D моделирование нескольких образцов находок, сделанных в пещере (каменных орудий). Созданные модели предметов содержат порядка 50 тыс. полигонов. При их текстурировании использованы карты нормалей, полученные по более выскополигональным моделям (500 тыс. полигонов на предмет). Таким образом, была достигнута высокая визуальная реалистичность и детальность виртуальных моделей предметов, при относительно небольшом объеме модели и текстуры – что особенно важно для задач интерактивной визуализации в стерео режиме.

Для визуализации созданной 3D модели пещеры была создана интерактивная 3D презентация (программное обеспечение). Презентация реализована как в моно, так и в стерео режим отображения. Презентация обеспечивает визуализацию облака точек, 3D модели пещеры, 3D моделей находок, 3D моделей деревянных настилов, перил и лестниц, пространственного расположения находок в различных археологических горизонтах («облако находок»). Кроме того, реализована визуализация дополнительных данных: направлений на стороны света, осей и сетки АСК, местоположения реперов АСК. Поддержана возможность горизонтального среза виртуальной модели на любом уровне для удобства визуального анализа геометрии пещеры и расположения находок.


В презентации предусмотрено четыре окна: «Глобус», «Пещера», «Облако находок» и «3D модель находки», пользователь может переключаться между ними в произвольном порядке. В окне «Глобус» отображается виртуальный глобус с внедрённой на него трёхмерной моделью пещеры – таким образом, можно изучить расположение пещеры на местности и окружающий рельеф. В окне «Пещера» отображаются модели пещеры и других объектов. В окне «Облако находок» визуализируется только местоположение находок в археологических горизонтах. В окне «3D модель находки» отображаются модели отдельных предметов, с возможностью переключения между ними.

Созданные 3D модели и программное обеспечение могут использоваться как для презентационных, так и для исследовательских задач (например, визуального анализа стратиграфии и осадконакопления). Также презентация может использоваться для организации виртуальной экскурсии, в том числе, посредством общедоступного Интернет-ресурса. Это особенно актуально для Денисовой пещеры на Алтае, которая является труднодоступным для посещения объектом.