Zpět na hlavní stránku MONUDET
Archeologické puzzle
Jsou to zejména archeologové, kdo se zabývají skládáním zlomků kdysi zaniklých artefaktů. Tradičně proslulé je především slepování a rekonstruování keramických či skleněných nádob, obdivovaných pak ve vitrínách muzeí. Úspěšné sestavení nádob z nalézaných střepů je výsledkem neuvěřitelně soustředěné drobné práce. Mnohého již jistě dávno napadlo, že mohou existovat způsoby, jak vyhledávání souvisejících dílů zmechanizovat. Přesto lze říci, že naděje na efektivní řešení existovala jen posledních asi tak deset let, po nástupu nové technologie – laserových prostorových (3D) scannerů. Tyto přístroje umožňují "osahat" povrch měřené věci přesně směrovaným paprskem laseru, přičemž snímací přístroj registruje ke každému měřenému bodu přesné souřadnice. Vývoj této techniky byl podmíněn dvěma faktory. Jednak bylo nutné zkonstruovat jemnou mechaniku ovládající systém zrcadel v přístroji, která směrují pohyb paprsku po měřeném povrchu, jednak se musely postupně zdokonalovat matematické algoritmy, které by umožňovaly v počítacím stroji dostatečnou rychlostí průběžně registrovat a vyhodnocovat velké množství dat.
Nezabýval jsem se dějepisem těchto metod,1 ale zdá se mi, že významnou roli v jejich vývoji sehrávali nejprve producenti přístrojů pro tvorbu programů ovládajících číslicově řízené obráběcí stroje ve strojírenském průmyslu. Měřicí rozsah těchto měřicích přístrojů však byl limitován jen desítkami cm.2 Patrně současně proběhl vývoj podobných zařízení v oblasti geodézie.3 Také tam ovšem technika vznikala ve sféře, v níž byly na takové nákladné inovace peníze. První prezentace výrobců proto obsahovaly především dokumentace potrubních systémů v továrnách na zpracování ropy.4 V oblasti dokumentace staveb se moderní laserová technika ve větší míře uplatnila ponejprv při ražbě tunelů.5 Dynamický vývoj ve stavebnictví souvisel s rozvojem automatického řízení stavebních strojů, přičemž v této oblasti se zvláště rychle uplatnila vazba geodetických přístrojů na globální kontrolu pozice přístroje pomocí systému družic GPS.6 Dnes tak již je technicky možné lokalizovat prakticky každý bod změřený geodetickým přístrojem, a to s přesností v řádu cm.7 Nelze pominout ani na první pohled odlehlé systémy zobrazování ve zdravotnictví, zdokonalené navíc o výsledky počítačové tomografie. Přes úžasné možnosti záznamu nepravidelné geometrie historických staveb se rozvíjí využití nákladných metod spíše pozvolna.8
Při dokumentaci stavebních památek zřejmě bude nutný také určitý vývoj v názorech na hodnotu záznamu té které situace, na významnost přesnosti pro vyhodnocení zkoumané situace atd. Postupné usnadňování přístupu k této metodě by mohlo vést k vytváření množství dat bez jasného účelu. Nabízí se však i možnost "skladovat" naměřená data s cílem využití až po delší době.9 Přesto bude vždy záležet především na konkrétním rozhodnutí o účelu dokumentace. Památková péče by snad měla nějaký zájem o rozvoj těchto metod projevit, protože jinak bude jen v malé míře schopná od externích dodavatelů získávat údaje, které budou mít pro její účely větší hodnotu než tu, že budou pěkné na pohled.10
Postupně se při dokumentaci památek rozvíjí spojení 3D scanneru s digitálním fotoaparátem, které umožňuje operativní tvorbu "ortofot".11 Tedy místo více či méně generalizovaných čárových nákresů poskytuje detailní exaktně přesné fotoplány. Často prezentovaným výsledkem jsou pak "virtuální" iluze na monitoru počítače. Využití např. pro prostorové značení stavu (materiálu, stratigrafie) určitých částí památky či navrhovaných a provedených opatření jsou do jisté míry v počátcích. Možnou problematičnost takového využití ovšem lze naznačit např. srovnáním mezi skicou restaurované sochy se zákresem místa a typu zásahu, a mezi dokonalým virtuálním 3D obrazem, který v dané situaci většinou prokáže úplně stejnou službu, ovšem za vynaložení mnohonásobně větších prostředků. Naše případné úvahy o efektivnosti nasazení takové techniky ovšem zůstávají vysloveně hypotetické, proto je ponechejme těm, kdo si případně sami dokáží přístup k ní nějak vybojovat.
Současná situace se zdá nasvědčovat především tomu, že blízkém budoucnu se nástupem nových metod vlastně jen ztíží přehlednost informační základny oborů dějin umění a památkové péče.12 Nu, ale k tomu nakonec nejsem schopen nic efektivního říci.
Tvorba digitálních modelů artefaktů na základě 3D scanování však nyní nabízí jednu možnost, která – zjednodušeně řečeno – navazuje na princip výše zmíněné tvorby "otisku" (viz pozn. 2). Naskenované "virtuální" modely zlomků archeologického materiálu mohou být následně v počítači vyhledávány podle shodných lomových ploch a skládány do původní souvislosti. Tento na první pohled logický krok však patrně nebyl příliš komerčně zajímavý pro velké softwarové firmy, takže jej nyní vykonali na univerzitě ve Stanfordu (USA). Nemá cenu zde mezerovitě hodnotit genezi projektu, s tou jednak ve stručnosti seznámily sobotní Lidové noviny (13.8.2005)13, jednak o ní lze číst na příkladné webové stránce projektu.14 Zpracovatelé se ujali jedné z vynikající archeologických památek, významných i pro dějiny architektury a stavitelství. Jde o jedno z nejpozoruhodnějších mapových děl antiky, do mramoru vyrytého plánu Říma – "Forma Urbis Romae". Plán se zachoval jen asi z deseti procent plochy v podobě zlomků, jež spolu jen ojediněle souvisejí. Proto se ukázalo, že právě pořízení "virtuálních" modelů zlomků je vhodnou metodou nalezení původních souvislostí. O jaké ulehčení by mohlo jít, si jistě dovedou představit především archeologové, kteří slepovali nějakou roztříštěnou starodávnou keramickou nádobu nebo kamennou sošku.15
Výsledky jsou skutečně impozantní. Je pravděpodobné, že metoda se brzy uplatní velice široce. Příslušné přístroje dnes vyrábí řada firem po světě (skenery pro krátké dosahy, které jsou pro "obor" archeologických zlomků nejspíše použitelné, pocházejí z oblasti strojírenské výroby – jak jsem se již zmiňoval; pracují ovšem potřebnou přesností v řádu mikronů, která je pro geodetické přístroje nedosažitelná – tam se pracuje s chybou kolem jednoho až dvou cm). Programové vybavení zřejmě bude brzy přístupné v prakticky použitelné podobě.
V oblasti archeologie by patrně bylo možné provádět i pouze "virtuální" "slepy" zlomků roztroušených na různých místech světa. Pravděpodobně by také bylo možné ke slepování přistoupit až na základě pospojování scanů, tedy např. se zmenšením rizika, že některý dodatečně identifikovaný či lokalizovaný fragment nebude možné do skládanky vložit bez poškození. Nemluvě o tom, že může být vhodné od fyzického slepení některých nejvzácnějších předmětů ustoupit, neboť každý lepený spoj svým způsobem památku naruší a slepení také znemožní budoucí zkoumání předmětu v místě spojů.
Omlouvám se, pokud jsem se vyjádřil trochu zeširoka. Ale výsledky mě zaujaly také z hlediska mých záměrů s dokumentací architektonických článků a jejich zlomků. Nutně teď vyvstávají otázky (ovšem ne zcela nové), zda mám v primitivním oměřování profilů a fotodokumentaci povrchu pokračovat, když je možné, že během několika let budou k dispozici přístroje, které umožní dokumentaci provádět mnohem "elegantněji" a výsledky také daleko snáze porovnávat pro studijní potřeby. Utěšuji se tím, že dokumentační metody, na nichž jsem pracoval, mají několik výhod – jsou přesnější než všechny metody používané v dosavadní praxi oboru, ve srovnání s moderní technologií jsou a ještě řadu let budou nesrovnatelně lacinější, při práci v terénu jsou také daleko operativnější. Tyto výhody však budou ze strany systémů založených na 3D scanování dříve či později překonány.
Lze z toho vyvodit nějaké poučení? Patrně ano, a to ve dvou základních směrech. Jednak by výsledky "primitivních" metod měly být maximálně přesné, aby mohly být případně přebírány i do nových systémů a neztratily zcela svou hodnotu, jakmile prvek bude přeměřen novou metodou. Jednak by měly být výsledky maximálně kompatibilní po stránce identifikačních a popisných údajů.
Z hlediska postupů dokumentace by měla být práce "primitivními" a "provizorními" metodami směrována především na dokumentaci v praxi památkové péče, a to zejména ve stále větší míře na měněné či zcela zanikající úseky památek. Ty totiž nebudou již nikdy zaznamenány ani tou nejpokrokovější metodou.
Jan SOMMER, Praha, 14.8.2005
POZNÁMKY
1 Vývoj je velice překotný. Možná se pokusím získat nějaký příspěvek na toto téma od někoho kompetentního. Některé aktuální informace o situaci v oblasti dokumentace a evidence památek přináší stránka http://sweb.cz/monudet/, na níž je dostupný mj. též obsáhlý soubor částečně utříděných odkazů, v němž je např. obsažen i přehled stránek výrobců přístrojové techniky a další související informace.
2 To bylo dáno tím, že snímací přístroje byly určeny především k oměřování modelů, podle nichž se sestavuje program, řídící CNC (číslicově řízený) obráběcí stroj. V této sféře měly snahy o přenos formy modelu do programu dlouhou tradici, založenou na elektromechanických snímačích souřadnic pohybujícího se hrotu "jehly", která "osahávala" povrch modelu. (Výpočtové metody pro následný pohyb obráběcího stroje dosáhly určité pokročilosti proto, že bylo třeba se vypořádávat s rozměry použitého nástroje, jehož obrys nikde nemohl zasáhnout do obrobku.)
Takové zařízení bylo např. před několika lety zkušebně uplatněno při výrobě podstavce pro dřevěnou sochu, jejíž zcela ohnilý spodní konec jinak neumožňoval vztyčení sochy do původní pozice bez toho, že by byl zachovaný zteřelý materiál poškozen. Po "okopírování" zcela nepravidelné spodku sochy byl na CNC stroji vyroben přesný negativní "otisk" "pahýlu". "Negativ" pak umožnil bezpečné usazení sochy bez nutnosti lepení či spojování trnem. Publikováno bylo v časopisu Restauro: HARTLEITNER Walter a kol.: Eine neue Methode zur Abformung sensibler Objekte, in: Restauro, roč. 107, 2001, č. 3, s. 182-187.
3 Je pravděpodobné, že zde "tahounem" – kterého nebýt, všechno by vypadalo jinak – byla armáda. A také předpokládané využití v kosmu (jak průzkum kosmických těles, tak kontrola přístrojů vyslaných ze země – viděli jsme to před páry dny při ukázkách scanování spodní části amerického raketoplánu a zachycení údajné poruchy v podobě zasunuté destičky izolace či distanční montážní vložky).
4 Asi není ani třeba mluvit o tom, že na počátku tohoto pokroku stálo uvolnění klíčových technologií vojenským průmyslem. Nelze pominout podporu rozvoje, kterou znamenalo také využití techniky pro animace v ohromně nákladných zábavných filmech. 3D scannery např. usnadňovaly převod modelů prehistorických zvířat do reálně působících scén v krajině a s živými herci.
5 Tam má dlouhou tradici např. uplatňování fotogrammetrie při kontrole trasování a průřezu tunelu.
6 Veřejně prezentované bylo např. využití v zemědělství, kde technologie GPS umožňuje řízení pohybu strojů bez přímého zásahu lidskou rukou.
7 Postupný rozvoj technologie motorizovaných tzv. totálních geodetických stanic dospěl k tomu, že poslední modely jsou schopné konkurovat laserovým 3D scannerům.
8 Zatím jsou obecně více známé výsledky archeologů, kteří 3D scannery využili při dokumentaci výkopů, případně i částí staveb. Publikovány byly zejména výstupy vytvářené na základě iniciativy firmy Archaia v Brně a v Praze. V televizním zpravodajství před několika měsíci zaujala ukázka využití 3D scannerů při dokumentaci výkopů hrobů na nalezišti poblíž Olomouce. Je nutné říci, že v našich podmínkách se takto pokročilo za fázi experimentů jen zcela ojediněle. Pohlédneme-li však např. na programy a příspěvky z konferencí CIPA/ICOMOS a ISPRS (Společnost pro fotogrammetrii a dálkový průzkum), uvidíme, že v některých oblastech je sice vytvářeno mnoho dokumentace s využitím nejmodernějších metod, že se však o vhodném využití spíše diskutuje. Prezentováno je mnoho variant, avšak zatím bez zřejmého uchopitelného efektivního standardu pro různé oblasti dokumentace památek. Většina příspěvků je postavena na koncepci "příklad využití metody té a té pro dokumentaci toho a toho". Obvykle chybí jasné zobecnění výsledků jak z hlediska zkoumání vývoje či typologie památek, tak z hlediska zpětného přínosu pro upřesnění měřicí metody i koncepce jejího efektivního využití.
9 Tedy podobně tak, jak jsou dnes využívány sto i více let staré fotogrammetrické snímky.
10 Je pravděpodobné, že i památková péče by nějaké takové zařízení "uživila" na významných výzkumných projektech a při opravách významných památek. Možná by přitom mohla spolupracovat s vysokou školou technického směru, jak tomu nejednou bývá v cizině (u nás by nepochybně památkáři neodmítli geodeti na ČVUT v Praze). Problém je, že v současné době nemohou atomizované grantové projekty na takovou investici "dosáhnout", přičemž instituce byly nuceny na takové odborně odůvodněné výdaje resignovat.
11 V tomto směru se prosazuje zejména firma Riegl, u nás zastupovaná firmou Geodis. Ostatní výrobci většinou nabízejí jen snímek v náhledové kvalitě, který původně slouží k namíření přístroje na měřenou scénu. Je však otázkou, jak je při vytváření ortofot respektováno zkreslení vyvolávané optikou fotoaparátu.
V současné době se pro improvizovanou fotogrammetrii využívají běžné tzv. kompaktní digitální fotoaparáty, které však zpravidla mají objektivy nižší kvality, způsobující značné zkreslení, které se ovšem liší při každé ohniskové vzdálenosti transfokátoru. Měly by se buďto používat speciální fotopřístroje, nebo počítačové programy, které do jisté míry umožňují tato zkreslení odstranit (existují pro několik základních typů objektivů). Každopádně by měla být aspoň zaznamenána ohnisková vzdálenost při každém snímku, aby bylo možné případně provést korekci optických vad v budoucnu.
12 Rozvoj obecně přístupných databází na webu je impozantní. Přesto se však stále jedná o zlomek údajů, které by zpřístupněny mohly a měly být. Vážný problém však spočívá také v tom, že databáze většinou mezi sebou nejsou nijak koordinované, takže patrně bude potřebné překonávat značné potíže, pokud by data měla být propojitelná, jak by to logice věci využívalo. Databáze mají různé struktury, využívají různé jazyky, aniž by se směřovalo k vytváření "nadnárodních" číselníků, které by umožnily databáze propojit. Vezměme si jen v kolika jazycích jsou např. evidovány sbírky rozchváceného dědictví Egypta.
13 Text viz http://zpravy.centrum.cz/clanek.phtml?id=386251. Případně mohu zájemci zaslat kopii "verze pro tisk", pokud by z webu byl text stažen.
14 http://graphics.stanford.edu/projects/forma-urbis/; http://formaurbis.stanford.edu/index.html. Tato stránka je informačně relativně velmi bohatá. Není totiž zcela běžné, aby zpracovatelé periodicky seznamovali s postupem prací, prezentovali vybrané výsledky nebo dokompletované úseky databáze, zpřístupňovali čerstvě publikované příspěvky o výsledcích jak v odborném tisku, tak ve formě projekcí z přednášek. (Obvykle stránky takových projektů obsahují jen počáteční údaje, "novinku" s tak tři roky starým údajem o nějakém záměru a příslib brzkých aktualizací, k nimž však již většinou nedojde ani po skončení práce na projektu.)
Na stránce jsou dostupné mj. i texty s obrazovou dokumentací. Představují vývoj projektu a do značné míry i používané postupy. (Připojené články pdf ve vysokém rozlišení – neotvírat při vytáčeném připojení.)
O počátečních fázích projektu se lze dočíst na stránce projektu, v jehož rámci byl scanován Michelangelův David - http://graphics.stanford.edu/projects/mich/; http://graphics.stanford.edu/projects/mich/forma-urbis/forma-urbis.html; http://graphics.stanford.edu/papers/protecting/article-html/.
15 Před lety, když pan restaurátor Jiří Blažej připravoval pro Zprávy památkové péče článek o restaurování plastické výzdoby průčelí domu U zvonu v Praze na Staroměstském náměstí, zaujala mě v textu věta, že při skládání gotických soch z průčelí, nalezených v podobě pouhých drobných zlomků a odštěpků v dodatečných zazdívkách původních gotických oken, byl materiál tříděn podle toho, jestli se na zlomku zachovala stopa povrchové úpravy. Kameny s opracovaným povrchem byly uloženy a následně využity ke skládání a hledání původní podoby soch. Kameny bez povrchu nebyly použity. Podotkl jsem, že v dnešní době by již bylo vhodné postupovat jinak. Měly by být uloženy i kameny bez povrchu, pouze s lomovými plochami, neboť na základě prostorového skenování a počítačových metod by bylo možné zaznamenat styčné plochy úlomků a hledat původní souvislost i "vnitřních" odštěpků. Touto metodou by pak bylo možno "pospojovat" i některé jinak izolované "ostrůvky" povrchu. Bylo ovšem jasné, že v době, kdy jsme o této možnosti hovořili, šlo jen o teorii, a že v době restaurování ještě neexistovala ani příslušná technika.
Cit.:
Jan SOMMER: Archeologické puzzle.
on-line: http://sweb.cz/monudet/monudetclanky/monudetclanek050814formaurbis.htm. Přístupné od 15.8.2005.