Skanowanie zniszczonych zabytków na Ukrainie

Posłuchaj historii Emmanuela w podcaście Digital Realities radia HxGN. Dostępny teraz na wszystkich ulubionych platformach podcastowych. Czy chciałbyś wystąpić w naszym kolejnym podcaście Digital Realities? Jeśli masz do opowiedzenia historię o swoich projektach, napisz do nas na adres digitalrealities.geo@leica-geosystems.com.

Autor: Megan Hansen

Wiosną 2022 roku francuski inżynier i specjalista od danych 3D Emmanuel Durand stał wśród gruzów biblioteki dziecięcej mieszczącej się w zabytkowym budynku w Czernihowie na Ukrainie. Ze skanerem laserowym Leica BLK360 w ręku, uważnie obserwował uszkodzoną konstrukcję po tym, jak w marcu wybuch bomby zamienił ją w ruinę. Później przetworzył skany, aby przedstawić miejsce za pomocą przezroczystych warstw, co zapewniło unikalną perspektywę na ogromne zniszczenia: Ocalałe kolumny i arkady stoją obok zburzonych ścian ograniczonych głębokim na metry kraterem, cyfrową rzeczywistością o uderzającym wymiarze. 

Emmanuel Durand ogląda zniszczenia Uniwersytetu w Charkowie. 

Podczas 17-dniowego pobytu na Ukrainie Durand zeskanował kilka zniszczonych miejsc dziedzictwa kulturowego, takich jak to. Twierdzi on, że istnieje krótkie okno możliwości udokumentowania zniszczeń w żywych szczegółach 3D po zakończeniu zniszczeń, ale przed usunięciem gruzu i artefaktów. W tym momencie robi on coś więcej niż skanowanie konstrukcji - uwiecznia ważny moment w jej historii.

Skanowanie laserowe, obecnie uznana technologia ochrony zabytków, dostarcza wizualnie efektownych, a także wartościowych pod względem kryminalistycznym, architektonicznym i historycznym danych, które pozwalają udokumentować i przedstawić wpływ wojny na obiekty dziedzictwa kulturowego. Na oficjalne zaproszenie ukraińskiego Ministerstwa Kultury, Durand podróżował po dotkniętych wojną regionach Ukrainy, wykorzystując skanowanie do uchwycenia budynków zidentyfikowanych przez ekspertów kulturowych, zachowując je w krytycznym momencie. 

Rozpoczęcie podróży

Durand, założyciel i właściciel firmy Amann Engineering z siedzibą w Genewie w Szwajcarii, specjalizuje się w skanowaniu i analizowaniu integralności strukturalnej dużych i przemysłowych obiektów. Bycie swoim własnym szefem pozwala mu na elastyczne reagowanie na pojawiające się możliwości pracy w ramach wolontariatu. Dlatego też, gdy pojawiła się potrzeba udokumentowania historycznych struktur na Ukrainie, poczuł się powołany i był w stanie pojechać.

Po zeskanowaniu i przeanalizowaniu silosów, które ucierpiały w wyniku eksplozji w porcie w Bejrucie w 2020 r. oraz późniejszym ich monitorowaniu, Durand wykazał się już doświadczeniem w skanowaniu i cyfrowym dokumentowaniu miejsc, które doznały krytycznych uszkodzeń. Jednak doświadczenie na Ukrainie było zupełnie wyjątkowe, w tym logistyka skanowania w strefie wojny, podróż nocnym pociągiem i konieczność znalezienia kreatywnych rozwiązań w celu uchwycenia zawalonych struktur.

Towarzysząc architektom, inżynierom i ekspertom kulturowym na różnych etapach podróży, Durand udał się do Lwowa, Kijowa, Charkowa i Czernihowa, aby uwiecznić obiekty dziedzictwa kulturowego. We Lwowie dołączył do lokalnych specjalistów od skanowania 3D ze Skeiron, małej firmy zajmującej się ochroną ukraińskich zabytków poprzez skanowanie laserowe i modelowanie 3D. Razem zeskanowali dużą i ozdobną katedrę św. Jerzego, zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz.

"Pomagałem im z moim BLK360 G1 przez pół dnia, a oni skanowali za pomocą Leica ScanStation C10 i ScanStation P20. To było dla mnie jak sesja szkoleniowa w spokojnym, a przy tym bardzo pięknym i bezpiecznym otoczeniu" - wspomina Durand. "Jeszcze we Lwowie po raz pierwszy słyszałem syreny, mniej więcej dwa razy dziennie. Oczywiście, na początku było to przerażające, ale dla ludzi we Lwowie to już prawie codzienne życie."

Durand (z lewej) z lwowskimi specjalistami od skanowania laserowego 3D, firmą Skeiron.

Frontiers: Laser scanning in a war zone

Z Lwowa podróż Duranda zaprowadziła go do Kijowa, stolicy Ukrainy, i szybko nauczył się radzić sobie z rutyną życia w kraju ogarniętym wojną.

" Pojechałem nocnym pociągiem, ponieważ jest to najbezpieczniejszy sposób poruszania się po Ukrainie. To doprawdy jest doświadczenie. Z jednej strony pociąg jest bardzo wygodny, w każdym wagonie jest babuszka, czyli 'mama', która robi ci kawę, a wszystko jest dobrze zorganizowane. Jednocześnie pociąg jest prawie pusty, nie można wyjrzeć ani nic zobaczyć, ponieważ zasłony są zaciągnięte, aby zapobiec wyciekom światła. Okna są też pokryte przezroczystą folią, żeby w razie pobliskiego wybuchu bomby nie wyleciały do pociągu - mówi Durand.

Powitany w Kijowie przez architektów i dyrektora muzeum, nowo utworzony zespół udał się do wioski oddalonej o około 40 kilometrów od rosyjskiej granicy, do której wejście wymagało specjalnego zezwolenia. Zamknięta dla wszystkich poza personelem wojskowym, Durand wspomina kontrast z ludnego miasta do opustoszałej wsi:

"Wyobraź sobie, jak to jest jechać z Kijowa, tętniącego życiem miasta, które wygląda jak Paryż, ale obecnie z mniejszą ilością ludzi, autostradą, na której nie było nikogo, tylko rozbite czołgi ciągnące się wzdłuż pobocza. Potem dojechaliśmy do Czernihowa, miasta, które doznało rozległych zniszczeń, i tutaj powstał mój pierwszy wojenny skan."

Biblioteka dla dzieci była pierwszym miejscem skanowania, mieszczącym się wewnątrz zabytkowego budynku, dawniej muzeum.

"Kroczyłem po wnętrzach wśród gruzów", wspomina Durand, "sufit się zapadał, książki były zdmuchnięte ze swoich półek. Skanowanie było bardzo skomplikowane, a narzędziem wykorzystywanym do tego celu był BLK360. Skanowałem wewnątrz i na zewnątrz biblioteki, uzyskując w sumie miliard punktów".

Zastosowana przezroczystość pokazuje szczegółowo dewastację zabytkowego kościoła w Czernihowie, w tym pozostawiony w ziemi krater. 

"Spędziliśmy noc w Czernihowi, które było jak miasto duchów" - kontynuuje Durand. "Podobnie jak w pociągu, musieliśmy zasunąć zasłony, aby nie wydostało się światło, a o 22 rozpoczełą się godzina policyjna. Hotel zamyka się na całą noc, a ty zostajesz w ciemności aż do wschodu słońca i dopiero rano wolno ci wyjść na zewnątrz".

Drugiego dnia Durand zeskanował kościół na południe od Czernihowa. Podróż do miejsca, oddalonego zaledwie o kilka kilometrów, wymagała godzin jazdy, ponieważ główny most do wsi został zniszczony.

" Lokalizacja kościoła była bardzo szczególna, ponieważ znajdowała się w małej, prawie opuszczonej wiosce. Była ona używana przez Rosjan jako baza do przechowywania amunicji i obecnie jest otoczona przez zniszczone rosyjskie pojazdy wojskowe. Pomimo deszczu i spalonych ciężarówek absorbujących wiązki laserów, dane są nadal bardzo dobre."

(Po lewej) Zabytkowy kościół z przezroczystością wewnątrz i na zewnątrz. (Po prawej) Kościół z przezroczystością od góry. Czernihów, Ukraina.

Kreatywne rozwiązania dla wyzwań związanych ze skanowaniem

Podążając dalej w kierunku frontu, Durand i jego zespół udali się do ciężko doświadczonego Charkowa, pierwszego miejsca, gdzie Durand usłyszał w oddali ostrzał. Tutaj zeskanowali trzy obiekty, w tym szpital, remizę strażacką i uniwersytet. Skanowanie w wysokiej rozdzielczości z wielu urządzeń w delikatnym środowisku oznaczało, że każdy obiekt wymagał co najmniej trzech godzin skanowania. W niektórych przypadkach stopień zniszczenia oznaczał, że Durand i zespół musieli zastosować kreatywne rozwiązania, aby pokonać wyzwania, do których bezpieczny dostęp był ograniczony.

"Remiza była historycznym budynkiem z 1887 roku, z pięknej cegły, w jednej z najstarszych części obszaru przemysłowego. Użyłem BLK360 z kosza na końcu drabiny hydraulicznej wozu strażackiego, aby osiągnąć rodzaj latającego przechwycenia LiDAR z wysokości 30 metrów: było to dla mnie pierwsze skanowanie. Pozwoliło to na uzyskanie bardzo dobrych danych dachu, pomimo niewielkich ruchów drabiny."

Durand wykorzystuje drabinę hydrauliczną wozu strażackiego, aby uzyskać skan historycznej remizy w Charkowie.

Końcowy render 3D zabytkowej remizy strażackiej w Charkowie. 

Durand zeskanował także budynek Wydziału Ekonomicznego Narodowego Uniwersytetu w Karazinie w centrum miasta, który w marcu został zniszczony przez rosyjską rakietę. Zniszczenia były tak rozległe, że możliwość skanowania była ograniczona:

"Skupiłem się na wewnętrznym dziedzińcu, który był niezwykle graficzny, oraz na dachu. Użyłem BLK360 z przedłużką, która pozwoliła mi sięgnąć na wysokość ponad trzech metrów. Wysyłając skaner przez otwór w dachu i kontrolując skanowanie za pomocą aplikacji, byłem w stanie skanować miejsca, które w przeciwnym razie byłyby zbyt niebezpieczne."

W miejscach uszkodzonych, zbyt niebezpiecznych dla Duranda, aby mógł stać i skanować, podnosił on skaner BLK360, aby ten skanował za niego, jak widać tutaj na budynku Wydziału Ekonomii Narodowego Uniwersytetu Karazina w Charkowie.

Wizualizacja 3D uszkodzeń w budynku Wydziału Ekonomii Narodowego Uniwersytetu Karazina w Charkowie.

Uchwycić przyszły punkt orientacyjny

Po powrocie do Kijowa, Durand chciał przeskanować most Irpiński, który został zniszczony przez Ukrainę w celu zatrzymania rosyjskich działań na zachód od Kijowa. Chociaż most nie był wcześniej uznawany za zabytkowy, Durand przekonał zespół, że jest to miejsce, które właśnie w tym momencie stawało się znaczącym punktem orientacyjnym.

"To stało się bardzo symbolicznym miejscem" - wyjaśnia Durand. "Oni już zdecydowali się zachować ten zniszczony most jako symbol. A jednym z ważnych zastosowań tych skanów jest dziś komunikacja. Ukraina już wykorzystuje te dane do komunikacji ze światem i mówi 'patrzcie, to są zniszczenia, które zostały dokonane'."

Emmanuel Durand skanuje zniszczony most Irpiński za pomocą BLK360 na obrzeżach Kijowa. 

Wizualizacja 3D zniszczonego mostu Irpińskiego na obrzeżach Kijowa.

Chmury punktów: kluczowy składnik komunikacji, rekonstrukcji i konserwacji historycznej

Chociaż skany Duranda przedstawiają znaczne zniszczenia, ostatecznie postrzega on je jako składnik większego procesu odbudowy i upamiętniania kultury na Ukrainie.

"Skan laserowy wnosi zupełnie inne światło, kąt i perspektywę do danej sceny, coś, co wcześniej nie funkcjonowało w ten sposób" - wyjaśnia Durand. "Na przykład, samo zastosowanie przezroczystości do chmury punktów pozwala ludziom natychmiast uzyskać większe poczucie zniszczeń, jak w przypadku krateru przy bibliotece dziecięcej. A to przecież nie jest osiągalne poprzez samo zdjęcie".

"To, co zrobiłem na Ukrainie, to naprawdę pierwszy krok. Tworzenie chmur punktów jest jak robienie mąki - to kluczowy składnik, którego inni będą używać do pieczenia różnych rzeczy. W krótkiej perspektywie mogą one zostać wykorzystane do komunikacji, podtrzymania uwagi na Ukrainie i połączenia ich z zasobami instytucji międzynarodowych, grantami na prace konserwatorskie i odbudowę."

"W dłuższej perspektywie", kontynuuje Durand, "dane te mogą być wykorzystywane w kryminalistyce i śledztwach, a architekci mogą je wykorzystać jako podstawę do rekonstrukcji. Skany te staną się również częścią historii".

"To, co robimy ze skanowaniem, nadaje inną głębię i wymiar przedstawieniu tego, co stało się na Ukrainie" - podsumowuje Durand. "W pewnym sensie jest to nadzieja, ponieważ jest to już krok naprzód w kierunku odbudowy".

Renderowanie 3D zniszczonego mostu w Irpieniu.