Мы создали 3D-модель Ильинской церкви за пять дней и 86 тысяч рублей: история подготовки храма к реставрации

По чертежам трудно представить, как здание реально выглядит в пространстве — и мы решили создать модель храма в Сергиевом Посаде.

Всем привет! На связи Алексей Калачёв, основатель студии 3D-сканирования и печати Be in 3D. С 2013 года мы работаем в сфере 3D-технологий. Например, помогаем ресторанам создавать меню в дополненной реальности. Сканируем блюда, а посетитель, наведя камеру на QR-код в меню, видит, как будет выглядеть его ужин и сколько в нём калорий. Также применяем 3D-технологии в промышленности — сканируем автомобильные детали для дальнейшего производства, и дизайне — сканируем лепнину, балясины и прочие архитектурные элементы, чтобы воспроизвести такие же.

Мы постоянно в поиске: наша миссия — внедрять 3D-технологии в повседневную жизнь. Поэтому мы заинтересованы в новых проектах, где видим место 3D. Мы любим наше дело, хотим развиваться и расширять сферы, где 3D-технологии могут быть полезны. Иногда мы даже готовы сделать работу бесплатно. Для нас это возможность расширить портфолио и получить новый опыт, для клиента — решить наболевшую проблему. Один из таких кейсов — подготовка старинного храма к реставрации. О нём и расскажу в этой статье.

В прошлом году мы узнали об электронном реестре объектов русской церковной архитектуры. В него планируют добавлять 3D-модели храмов, чтобы не искажать их облик при реставрации и точно рассчитывать количество материалов и расходы на ремонтные работы. Здания реставрировали и раньше без всяких 3D-моделей, но это было не самое предсказуемое мероприятие.

По чертежам трудно представить, как здание реально выглядит в пространстве. Ошибки в интерпретации чертежей обходятся очень дорого, особенно если здание представляет историческую ценность.

Мы заинтересовались реставрацией старинных храмов и обратились с предложением к Сергиево-Посадской епархии. Договорились, что сделаем 3D-архив Ильинской церкви в Сергиевом Посаде.

Церковь была построена из кирпича в 18 веке в стиле русского барокко. Она выстояла во время революции и пережила Великую Отечественную войну. Но время не щадит ничего, поэтому здание естественным образом разрушается. Сейчас это не критично: в некоторых местах обрушились кирпичи, повредилась металлочерепица, посыпалась штукатурка. Но спустя какое-то время зданию потребуется капитальный ремонт или даже реставрация.

Мы не знаем, когда епархия найдёт финансирование для ремонта или реставрации, но чем быстрее сделать 3D-модель, тем больше шансов сохранить исторический облик церкви. Поэтому мы приступили к своей части работы, независимо от реальных сроков реставрации.

Мы приехали на объект с 3D-сканером и квадрокоптером. Сначала дрон облетел всё здание и за два часа сделал более 2000 фотографий. Такое количество нужно, чтобы 3D-модель получилась подробной и точной: у каждой фотографии должно быть 60–80% пересечений с другими. После съёмки программа распознаёт каждый элемент и соединяет его с соседними.

Более мелкие детали, например, лепнину или резьбу, мы запечатлели с помощью 3D-сканера. Он снимает со скоростью 16 кадров в секунду, захватывая 2 млн точек на поверхности, и автоматически совмещает их в единую модель.

Нам повезло с погодой в день съёмки: она оказалась пасмурной. В ясный день солнечные блики отражаются от поверхности стёкол и искажают объекты на фотографиях. Когда нет возможности дождаться пасмурной погоды, можно нанести на окна матирующий спрей. Но на это не пришлось тратить время.

После съёмок мы вернулись в офис. Совместили в программе отснятые дроном изображения с геометрией модели, созданной 3D-сканером.

Каждый фрагмент, изображённый на фотографии, — это точки с координатами. По ним отдельные детали здания объединяются между собой в цельный элемент. Сначала будущая модель выглядит, как облако точек, соединённых между собой. Затем она обрастает цветами и фактурами.

Участие человека в создании 3D-модели минимальное: оператор только контролирует процесс и при необходимости вносит корректировки.

Давайте представим, как бы выглядело создание модели без 3D-технологий. Раньше начинали с чертежа фасада со всеми декоративными элементами. Специалисты обходили здание с линейками, рулетками и уровнями. Затем фотографировали церковь и дополняли чертежи фотографиями. Чтобы добраться до той части здания, которая выше человеческого роста, приходилось использовать подъёмные механизмы.

Кроме того, фотограф должен держать камеру строго перпендикулярно поверхности, чтобы изображение не искажалось.

Приходилось фотографировать детально каждый фрагмент здания, последовательно переходя от одного к другому. Это долгая кропотливая работа, которая может занимать до недели.

Затем специалисты разбирали каждое изображение, корректировали чертежи и составляли перечень реставрационных работ. От первого этапа — фотографирования — до составления сметы могло пройти от полугода до нескольких лет. При этом специалисты часто допускали погрешности при измерении, и воссоздать объект с точностью до миллиметров удавалось редко.

На съёмку и создание модели у нас ушло три рабочих дня. Проект можно было считать завершённым: мы сделали цифровой образ церкви. Когда появится финансирование, епархия отдаст подрядчикам файл с информацией и рабочие сразу же приступят к реставрации.

Мы решили завершить проект печатью 3D-модели церкви — гипсовой копией здания в масштабе 1:150. Миниатюра не нужна для реставрации, но она помогает заказчикам более точно представить объект. Мы часто используем этот приём в разных проектах. Например, несколько лет назад сотрудничали с застройщиком, который продавал участки и предлагал строительство домов. Мы напечатали 3D-модели будущих домов, которые застройщик дарил клиентам. Подписав договор, они получали реалистичную копию своего будущего дома. Клиентам очень нравились миниатюры, к тому же они вселяли надежду: участок при продаже был пустым, а строительство — процесс небыстрый.

Для Ильинской церкви мы напечатали одну миниатюру. Это заняло ещё два рабочих дня.

Сначала оператор подготовил 3D-модель для печати: задал цветовую палитру и утолщил мелкие элементы, чтобы они не сломались при постобработке. Затем началась печать: технология CJP (Color Jet Printing) позволила слой за слоем, склеивая и окрашивая частицы гипсового материала между собой, создать полноцветную копию храма.

В конце для придания прочности оператор погрузил копию храма в ванну с раствором цианоакрилата, аналога «Суперклея».

Поскольку модель в точности повторяет храм, а гипс по фактуре напоминает кирпич, копия не похожа на игрушку. Это гиперреалистичная модель, в которой можно увидеть каждый элемент черепицы и изгибы лепнины.

Модель церкви мы передали настоятелю храма. Он хранит её как музейный объект. А две недели назад нашу миниатюру увидел мастер по изготовлению риз (металлических украшений) для икон. Мастера впечатлила натуралистичность копии храма, и он предложил нам совместный проект: использовать 3D-технологии для производства риз.

Проект мы реализовали за свой счёт. Себестоимость получилась около 86 тысяч рублей:

• Сдельная оплата сотруднику, который выезжал на объект с дроном и создавал 3D-модель — 30 тысяч рублей.

• Сдельная оплата оператору, который напечатал копию храма на 3D-принтере — 25 тысяч рублей.

• Расходные материалы для 3D-печати — 25 тысяч рублей. Столько они стоили на момент покупки, по нынешнему курсу доллара стоимость выйдет дороже.

• Расходы на амортизацию автомобиля и бензин на дорогу до объекта и обратно (расстояние от Москвы до Сергиева Посада около 75 км) — 5000 рублей.

• Использование программы для 3D-визуализации Reality Capture обошлось нам в $20 или 1500 рублей по курсу сентября 2021 года.

Я не закладывал в себестоимость проекта покупку принтера, сканера и квадрокоптера.

Принтер мы купили в 2014 году и заплатили около 3,5 млн рублей по курсу доллара на тот момент. 3D-сканер Artec Eva купили в 2016 году за €10 тысяч. Квадрокоптер приобрели в 2020 году за 200 тысяч рублей.

После нашего дебюта в сканировании и моделировании здания для реставрации мы запустим такую услугу в Be in 3D. С учётом себестоимости и амортизации оборудования создание модели похожего размера будет стоить около 120 тысяч рублей.

3D-технологии сокращают время на подготовку здания к реставрации примерно в десятки и даже сотни раз. Мы потратили на съёмку, создание 3D-модели и печать храма на 3D-принтере пять рабочих дней с учётом логистики и выполнения только этого заказа. Если бы мы использовали традиционный способ с фотографированием и созданием чертёжных планов, на это ушло бы от полугода до нескольких лет.

Благодаря 3D-технологиям мы создали цифровой архив здания, который содержит всю техническую информацию об архитектуре объекта. Модель, которую создают по ручным измерениям и плоским изображениям, получается неточной. А без чёткого знания размеров и пропорций невозможно правильно рассчитать количество материалов, которое уйдёт на реставрацию.

Нам интересно расширять свои возможности, поэтому мы ищем заказчиков из разных сфер бизнеса. Например, планируем заняться компьютерным моделированием ДТП: восстанавливать картину деформации автомобилей, оценивать тяжесть телесных повреждений водителей и пассажиров.

Мы можем спроектировать и смоделировать любой объект и подобрать нужную технологию печати. Для каждой цели используются разные 3D-принтеры и материалы. К примеру, чтобы создать прочный объект, его печатают на фотополимерном принтере: гипс — хрупкий материал. На рынке существует множество 3D-принтеров под разные задачи, и если в нашем парке нет нужного принтера, мы можем обратиться к партнёрам.

Если вы хотите оптимизировать бизнес-процессы с помощью 3D-технологий, расскажите в комментариях или пишите в Telegram @snipalex: мы с командой постараемся помочь.