Трехмерное компьютерное моделирование Албазинского острога периода 1684 г.
И.Е. Еремин, д-р техн. наук,
В.И. Трухин,
А.В. Нацвин
(Амурский государственный университет, Благовещенск),
А.Н. Черкасов
(Фонд поддержки социально ориентированных проектов и программ «Петропавловск», Москва)
Рассматривается эффективность исторической реконструкции оборонительных сооружений средневековой Руси с помощью графических приложений. В четвертой части работы представлены результаты компьютерного моделирования Воскресенской острожной церкви и воеводского двора, реализованные в рамках предложенной авторами методики онтологической репликации.
Ключевые слова: онтологический анализ данных, казенная и маховая сажень, трехмерное компьютерное моделирование.
Введение
В первой части работы была изложена методика онтологической обработки исходных исторических данных об устройстве утраченного архитектурного комплекса, объективно необходимая для реализации его достоверной компьютерной реконструкции [1]. При этом теоретически обоснована эффективность учета линейных размеров двух разновеликих мер длины XVII века - казенной сажени, равной 216 см, и маховой сажени, составляющей 178 см.
В свою очередь посредством авторского алгоритма онтологической реконструкции, практически реализованного в рамках второй и третьей частей описываемого исследования [2, 3], были детально промоделированы все угловые и проездные башни, а также внешние и внутренние участки крепостных стен Албазинского острога, существовавших в изучаемый исторический период.
Еще не рассмотренными основными сооружениями оказываются - острожная церковь и воеводский двор. Очевидно, что успешное решение этой задачи обеспечит возможность генерации полноценной картины общего устройства острога, наиболее полно отвечающей современным данным.
Архитектурный комплекс Воскресенской церкви
В ряде научных работ, посвященных археологическому изучению общего устройства дальневосточных крепостей XVII века и опубликованных в конце прошлого столетия [4 - 6], были предложены различные реконструкции Албазинского острога, считающиеся наиболее достоверными и в настоящее время. Однако репликации облика первых православных церквей на Амуре были представлены в них недостаточно четко.
Кроме того, следует отметить работу [7], в которой представлены результаты анализа архивных данных о храме Воскресения Христова Албазинского острога. При этом ее автор отмечает, что все доступные источники не содержат сведений о размерах изучаемого сооружения, поэтому границы исследования должны быть расширены с учетом общих принципов устройства православных культовых зданий, возводившихся на Дальнем Востоке России в период его освоения.
В свою очередь, опираясь на предлагаемую методику онтологической обработки исходных исторических данных об устройстве утраченного архитектурного комплекса, авторы настоящей статьи привлекли для решения поставленной задачи топографический план раскопа предположительного фундамента Воскресенской церкви, недавно обнаруженного Албазинской археологической экспедицией, организованной группой компаний «Петропавловск» [8].
Таким образом, практическое обобщение соответствующего содержания архивных документов [9], а также исторического изображения (рис. 1а) и упомянутого топографического плана дало возможность синтезировать предварительную трехмерную модель исследуемого церковного комплекса, подробно описанную в работе [10].
Комментируя предварительный макет церковного комплекса, необходимо отметить, что его внешний вид ориентировался главным образом на максимальное соответствие изображению данного сооружения в китайском атласе «Aihun, Luosha, Taiwan, Nei Menggu tu». Именно поэтому верхняя часть Воскресенской церкви приняла достаточно оригинальную форму, отличающуюся от канонического устройства своих типичных аналогов (рис. 1б).
Кроме того, на базе названной виртуальной модели посредством 3D-печати методом послойного наплавления был изготовлен пластиковый макет реконструируемого сооружения (рис. 2), выполненный в масштабе 1:72.
Рис. 1. Справочные архивные данные и архитектурные аналоги:
а - фрагмент рисунка осады острога из китайского атласа XVII века;
б - фотография конца XIX века Спасской церкви (Вологодская губерния).
Причина названного обстоятельства была обусловлена в первую очередь большой схожестью зарисовки колокольной площадки проездной башни и развала центральной части церкви (рис. 1а). Кроме того, при формировании ее первоначальной схемы авторы не учитывали традиционных пропорций, характерных для русского деревянного зодчества и широко используемых профессиональными архитекторами при решении подобных задач (рис. 3).
Рис. 2. Предварительный макет церковного комплекса
компьютерное моделирование албазинский острог
Для исправления выявленных недостатков с помощью программы инженерного проектирования «Компас» был разработан улучшенный эскиз изучаемого церковного комплекса (рис. 4), при реализации которого использовались следующие реконструкционные онтологии.
Рис. 3. Реконструкция Зашиверской церкви Илимского острога [11].
Рис. 4. Реконструкция церковного комплекса Албазинского острога:
а - южная проездная башня-колокольня; б - Воскресенская церковь.
Во-первых, внутренний диаметр фундамента центральной части церкви задавался равным внутреннему диаметру проездной башни-колокольни (O1), образованному восьмериком из равновеликих бревен по три маховые сажени [3]. При этом, учитывая конфигурацию схемы раскопа, длина фасадных бревен церкви была несколько увеличена, а угловых соответствующим образом уменьшена.
Во-вторых, ширина церковной трапезной, моделируемой с учетом прямоугольной формы ее горизонтального сечения, задавалась равной величине фасадного бревна центральной части церкви, а ее длина полагалась равной двум маховым саженям. В свою очередь, учитывая общую конфигурацию раскопа, выявляющую трапециевидную форму алтаря, ширина его фасадной части задавалась равной двум маховым саженям, а длина полагалась такой же, как у трапезной.
В-третьих, принимая во внимание конструкционную пристройку боковых приделов церкви [9], их ширина полагалась равной двум саженям, а длина, учитывая соответствующие элементы раскопа, задавалась в полторы сажени.
В-четвертых, принимая во внимание наиболее реальное расположение второго моста проездной башни-колокольни [3], имевшей общий переход с церковью, высота церковного подклета полагалась равной двум с половиной саженям.
В-пятых, ширина церковного крыльца задавалась равной полутора маховым саженям, а его длина и высота составляли по одной сажени. При этом высота двухскатной кровли крыльца полагалась равной половине сажени, а ее вершина считалась центром окружности (O2), вписанной в квадратное фронтальное сечение тела трапезной, принявшей высоту в три маховые сажени. Кроме того, предусматривался крытый лестничный пролет шириной в сажень и с длиной основания в две сажени, обеспечивающий необходимое удобство входа в церковь.
В-шестых, высоты алтаря и боковых приделов полагались равными трапезной, т.е. составляли по три маховые сажени. При этом, учитывая уменьшенную длину фасадных бревен рассматриваемых элементов, высота их бочкообразных кровель задавалась в полторы сажени.
В-седьмых, учитывая справочные изображения (рис. 1), по бокам церковной подклети предусматривались прямоугольные пристройки, примыкающие к боковым приделам. При этом потолочные перекрытия рассматриваемых элементов составляли единую плоскость с полом паперти, устраиваемой над подклетом.
В-восьмых, высота паперти полагалась равной одной маховой сажени, а ее ширина, эквивалентная диаметру центральной части церкви, составила шесть саженей. При этом вершина ее двухскатной кровли считалась центром окружности (O3), вписанной во фронтальное сечение центральной части церкви, т.е. оказалась на высоте трех маховых саженей от уровня церковного пола, или на высоте пяти с половиной саженей от земли.
В-девятых, высота бочкообразной кровли трапезной задавалась в две маховые сажени, поскольку в этом случае ее вершина оказалась центром окружности (O4), целиком охватывающей рассматриваемое сооружение, включая подклет церкви, ее центральную часть, а также шатер, высота которого полагалась равной размеру шатра колокольни [9], т.е. четырем с половиной печатным саженям.
Результаты компьютерного моделирования облика двух основных архитектурных элементов церковного комплекса, реализованного с учетом вышеописанных соображений, представлены на рис. 5.
Рис. 5. Компьютерные модели Воскресенской церкви и башни-колокольни.
Улучшенная репликация топографического плана
Ключевая идея авторского метода онтологической реконструкции внешнего облика практически утраченного архитектурного комплекса заключается в масштабированном совмещении теоретических 3D-моделей его сооружений с детализированным топографическим планом их археологических раскопов. При этом особенностью предлагаемой методики является актуальное изменение текущего состояния проекта при появлении любой дополнительной информации, генериру-емой в рамках непрерывного анализа корректности и четкой взаимосвязанности общей совокупности используемых справочных данных.
На первоначальном этапе реконструкции авторы руководствовались только детальной схемой раскопа северо-восточной угловой башни [1, 6], совмещенной с топографическим планом Албазинского городища, составленным археологической экспедицией, организованной ГК «Петропавловск» при поддержке ЦСН Амурской области [8]. При этом все основные элементы исследуемого архитектурного комплекса изображались их геометрическими примитивами, габаритные размеры которых определялись согласно метрическим данным из «Росписи Албазинского острога» (1684 г.). Кроме того, в рамках первичного решения использовалось традиционное предположение о целесообразности осевого совмещения восточной проездной башни большого острога с проездной башней малого острога, построенного отрядом Никифора Черниговского (рис. 6а).
Необходимо отметить, что главным результатом предварительной репликации общего контура Албазинского острога в 1685 г. оказалась показанная авторами возможность интерпретации исторических данных о фактических размерах его стен и башен с использованием разновеликих мер длины XVII века - казенной сажени, составлявшей 216 см, и маховой сажени, равной 178 см.
В свою очередь ввод в рассмотрение детализированных моделей общей совокупности внешних острожных стен и башен [2, 3], а также трехмерной модели Воскресенской церкви [10] потребовал дополнительной увязки уточненных исходных данных. При этом для обеспечения их наиболее полной онтологической корреляции потребовалось передвинуть малый острог в северном направлении таким образом, чтобы его внешний контур не пересекал наружные габариты церкви, а также усложнить общую конструкцию воеводского двора (рис. 6б).
Рис. 6. Предварительные версии авторской реконструкции Албазинского острога:
а - первичный вариант, использующий осевое совмещение проездных башен [1];
б - вторичный вариант, учитывающий измененное размещение малого острога [2].
Проанализировав обе предварительные репликации искомого решения рассматриваемой задачи, можно заметить, что они обладают объективной преемственностью, однако детализация используемого плана Албазинского городища обнаруживает заметное расхождение топографических отметок шурфов 1974 г., необходимых для корректной привязки раскопов северо-восточной угловой башни, южной проездной башни и Воскресенской церкви к карте местности. Таким образом, теоретическое расположение круглой (южной) проездной башни на каждой из репликаций не совпадает с местоположением и деталями раскопа ее фундамента, обнаруженного экспедицией С.В. Глинского и В.В. Сухих [12].
С целью устранить названные недостатки авторами было проверено качество исходного объединения картографических схем городища, составленных в разное время экспедициями А.Р. Артемьева и А.Н. Черкасова (рис. 7).В рамках достижения поставленной цели базовые топопланы были взаимно откалиброваны для придания им единого масштаба на базе соответствующих метрических отметок. Согласованные по размеру изображения были совмещены с учетом наиболее точного совпадения их опорных осей, проведенных через отмет-ки контрольных шурфов 1974 г. Кроме того, на итоговую карту были нанесены детальные схемы трех наиболее информативных раскопов (рис. 8).
Рис. 7. Существующие варианты топографического плана Албазинского городища:
а - топографическая схема, составленная экспедицией А.Р. Артемьева в 1998 г. [6];
б - карта-схема, составленная геодезистами компании «Петропавловск» в 2012 г. [8].
Рис. 8. Совмещенная репликация исходных топографических планов
Визуальный анализ полученного результата дает возможность констатировать, что наложение исходных топографических планов на базе совмещения их опорных осей является достаточно корректным, так как подтверждается практическим совпадением обозначений оврага, расположенного в юго-западной части берегового обрыва, а также пограничной вышки, находящейся на западном конце остатков южного крепостного вала. Итоговое расположение раскопов, необходимых для реконструкции острога на карте местности, оказалось отличным от ранее используемой карты Албазинского городища. Действительно: пятно Воскресенской церкви сместилось на север, пятно северо-восточной угловой башни - на юг, и только пятно южной проездной башни практически не изменилось. Таким образом, концептуальная модель архитектурного устройства объекта исследования требует соответствующих изменений.