С 2020 года в ИТМО есть новая Лаборатория изучения культурного наследия. Из названия можно предположить, что это территория гуманитарных наук. Но на самом деле это междисциплинарная структура, где физики ИТМО адаптируют методы оптической спектроскопии и томографии, изначально разработанные для промышленности, биологии и медицины, к изучению объектов культурного наследия. Работа ведется при участии известных ученых из Петербурга, а также из Франции и Кипра.
Привычные для инженерного использования методики помогают получить массу новой информации о состоянии и процессах создания объектов культуры. А кроме того в лаборатории решают вопрос хранения полученных данных в удобном для последующих исследований виде. В этой статье расскажем, что это за лаборатория, и чем конкретно она занимается.
Лаборатория изучения культурного наследия была создана два года назад на базе факультета фотоники ИТМО по результатам конкурса мегагрантов. Толчком к ее созданию стало партнерство с известными европейскими исследователями предметов искусства —Мишелем Меню и Венсаном Деталем из Лувра (Франция). Вдохновившись примерами Лувра и других лабораторий мира, работающих в сфере изучения и сохранения предметов искусства и культурного наследия, на базе ИТМО создали структуру, которая поможет работе российских искусствоведов. Руководит лабораторией доцент факультета фотоники Ольга Смолянская — она и рассказала о задачах, которые стоят перед подразделением.
Зачем искусствоведам ИК, УФ и рентгеновские снимки
Пояснить, зачем исследовать предмет искусства в излучении различных диапазонов, проще всего на примере живописи.
Как правило, картина — это несколько слоев, каждый из которых имеет свою функцию:
холст — как основа произведения,
грунт, выравнивающий цвет — для старых картин это, часто, белила,
авторское построение композиции картины — подмалевок, иногда им предшествуют наброски карандашом или другим графическим инструментом,
живописные слои изображения — лессировки,
лак или (олифа в иконах) — слой, защищающий краски от атмосферного воздействия.
Рядовой посетитель музея замечает только внешний вид изображения, оценивая точность передачи деталей или настроения. Искусствовед может разглядеть не только типичную манеру автора или школы, но и множество технических деталей, в том числе последствия неправильного хранения картины, например, утраты или реставрации в слоях краски или проблемы лака. Но и от его невооруженного взгляда часть информации скрыта. Получение изображений в других диапазонах спектра электромагнитного излучения помогает рассмотреть предмет искусства послойно, включая первые карандашные наброски автора и скрытые надписи.
Излучение разных диапазонов спектра проникает внутрь картины на разную глубину, выхватывая свои подробности. Например, рентгеновский снимок дает интегральное изображение сразу всех слоев, а фото в УФ хорошо отображает состояние лака — он люминесцирует в ультрафиолете. На снимках старых полотен видно, что лак, как правило, больше изнашивается по краям из-за натяжения холста. ИК, в том числе, терагерцовое излучение из дальней ИК-области, позволяет изучить картину послойно, меняя глубину проникновения электромагнитных волн, в зависимости от их длины. Полученные таким образом изображения демонстрируют состояние красочного слоя и могут рассказать о том, насколько изначальная задумка автора отличается от того, что мы видим. Во внутренних слоях иногда находят другие жесты, детали, то есть то, как художник искал наиболее эффектную композицию картины — это интересно с точки зрения истории создания полотна.
По сути, для изучения предмета искусства лаборатория адаптирует методы биофотоники. Эти методы изначально разрабатывались так, чтобы работать с исследуемыми объектами бережно и максимально неинвазивно. И задачи решают те же — сбор максимума информации об объекте во всех применимых к нему спектральных диапазонах. Однако информация нужна несколько иная, поэтому разработка методов идет в сотрудничестве со специалистами-искусствоведами из ведущих российских музеев. Задача физиков в данном случае — дополнить привычные методики работы музейных сотрудников новыми знаниями об объекте. Это оказалось очень актуально для мира искусства, с которым соприкоснулся факультет фотоники ИТМО.
Хотя методы измерений используются схожие, исследовательское оборудование необходимо специализированное из-за того, что объекты культурного наследия все же отличаются от типичных биологических образцов. Изначально многие устройства планировалось приобрести у зарубежных поставщиков, но ситуация внесла свои коррективы. Сейчас, с учетом последних событий, некоторые приборы разрабатываются специалистами ИТМО самостоятельно. Так, в лаборатории работают над созданием терагерцовых радара и томографа. Об этих проектах мы еще расскажем в своем блоге.
В разработке оборудования Лаборатории помогает Научно-образовательный центр фотоники и оптоинформатики ИТМО. Также есть возможность использовать ресурсы центра оптического материаловедения ИТМО, где есть приборы, позволяющие использовать для изучения объектов искусства практически весь исследованный электромагнитный спектр.
С помощью снимков различных диапазонов можно оценивать физическое состояние предметов живописи — находить красочный и лаковый кракелюр, дефекты в слоях, выявлять детали, относящиеся к почерку конкретного автора, увидеть следы предыдущих реставраций и, среди прочего, определять подлинность. В средневековой иконописи, где у авторов не было традиции подписывать произведения, можно через подобные исследования определить различных авторов по манере их рисунка.
Цифровая обработка полученных изображений поможет решать подобные задачи в автоматизированном режиме. Один из таких инструментов в своей бакалаврской работе разработала Алина Корчилава, выпускница факультета фотоники и сотрудник Лаборатории изучения культурного наследия ИТМО. Используя различные методы машинного зрения программа помогает при исследовании живописи, выделяя области, имеющие возможные дефекты и требующие повышенного внимания. Эта методика, разумеется, не заменит специалиста искусствоведа, но поможет ему в принятии решений, экономя время на обработку рутины.
Подобные методы можно применять для изучения любых объектов культурного наследия, а не только картин. Например, в ИТМО уже провели анализ напольной керамики Древней Руси, созданной в IX-XIII веках. Исследования помогли определить весь набор компонентов, использовавшихся для создания образцов, а также восстановить метод их производства (температуру обжига, точки изъятия материалов).
Пока в рамках мегагранта лаборатория сосредоточилась на изучении древнерусской живописи и декора, а также русского авангарда. Эти направления были рекомендованы европейскими коллегами, поскольку представляют собой элементы самобытной российской культуры.
Как изучать объекты, которые нельзя принести в Лабораторию
Далеко не все объекты культурного наследия можно привезти в ИТМО для подробного изучения. Поэтому на базе Лаборатории изучения культурного наследия создана мобильная группа, которая имеет возможность выезжать с оборудованием непосредственно к местоположению исторических объектов — в музеи или к старым церквям, где сохранились элементы иконостаса. В России очень много таких локаций.
Мобильная группа может выехать на место, всесторонне изучить объект и прямо на месте принять решение о его консервации. Руководит мобильной группой Сергей Сирро. Он является экспертом одного из крупных петербургских музеев и сотрудником Лаборатории изучения культурного наследия ИТМО.
Для оснащения мобильной группы в рамках мегагранта специалисты ИТМО закупают и разрабатывают оптическое оборудование в портативном и транспортируемом исполнении. Такое оборудование не всегда обладает теми же высокими характеристиками, что и стационарные приборы, зато его можно доставить непосредственно к месту исследований. В некоторых случаях это единственный способ получить подробную информацию об объектах культурного наследия.
Как хранить терабайты собранных данных
Одно из направлений работы лаборатории — создание базы данных объектов искусства и культурного наследия (ОИКН), которая объединит в себе максимум информации и станет инструментом для совместной работы экспертов как из области физики, так и из сферы искусства. Это современный программный продукт, объединяющий в себе IT-инструментарий для принятия решений, а также идеи функционала БД, используемые другими странами для хранения информации об объектах культурного наследия.
Разработка базы данных предусмотрительно ведется с использованием только свободного программного обеспечения, что позволило избежать проблем с лицензиями.
Следует отметить, что разнообразные базы данных, содержащие информацию об объектах искусства и культурного наследия, существуют и в нашей стране. Как правило, это либо каталоги выставок, создаваемые в PR-целях, либо специализированные закрытые музейные базы, не предусматривающие возможности его интерактивного использования. В таких БД объем содержащейся информации об объекте, помогает решить только одну задачу — ту, ради которой и создавалась база (PR или учет при хранении) и не предусмотрено механизмов для дальнейшего использования в исследовательских целях.
Разрабатываемая лабораторией база данных задумана как настольный инструмент сотрудника искусствоведческой лаборатории, создающий среду дополненной реальности и помогающий вести исследовательскую и реставрационную работу.
БД ОИКН лаборатории содержит в себе как можно более полную разнородную информацию, полученную в ходе исследований. В зависимости от характера объекта это могут быть, например:
название и автор;
использовавшиеся при создании объекта материалы;
фотографии — для описания одного объекта их может храниться 500 и более (по 10 Мб в хорошем качестве);
снимки, полученные на оборудовании, работающем вне оптического диапазона - ИК- и УФ-изображения;
временные отметки (даты обследования объекта, создания и редактирование записи о нем);
данные экспедиций, связанных с объектом;
информация о проведенной реставрации, если таковая была;
полезные результаты различной цифровой обработки изображений;
ссылки на элементы базы данных эталонных спектров (это актуально для пигментов).
Этот список — динамический, его состав определяется типом предмета искусства или культуры, а также тем объемом информации, который о нем уже собран. По мере пополнения знаний об объекте он может увеличиваться.
Разработчики БД стремятся к тому, чтобы создать так называемый цифровой двойник объекта культуры или искусства — виртуальную копию, обеспечивающую те же возможности для исследований, что и сам объект. К сожалению, старые церкви разрушаются, а ресурсов на то, чтобы законсервировать все объекты, попросту нет. Возможно предметы искусства, размещенные в них, удастся сохранить для будущих поколений хотя бы в виде цифровой копии.
Разработкой базы под руководством в.н.с. лаборатории к.ф.-м.н. Ольги Кравценюк занимается Михаил Басманов, студент четвертого курса факультета фотоники ИТМО.
База данных представляет собой веб-приложение, что позволяет получить к ней доступ практически с любого устройства без предварительной установки и настройки. С технической точки зрения это объектно-реляционная база данных, а само веб-приложение использует фреймворк Ruby on Rails.
По объектам базы данных организован интеллектуальный поиск по различным параметрам. В разработке и модуль расширенного поиска, задействующий тезаурус и поиск по изображениям, так что с ним справится даже человек, плохо знакомый с метаданными и специализированной терминологией.
Внешний программный интерфейс БД ИОКН реализован таким образом, чтобы взаимодействовать с другими приложениями и сторонними сервисами, но пока используется только для работы с собственной БД эталонных спектров. Методы виртуализации и разграничения прав доступа гарантируют защиту хранимой информации и позволяют регламентировать обмен данными. Сотрудники лаборатории мечтают о возможности партнерства с существующими музейными и выставочными БД или даже об открытии части информации в публичный доступ в формате онлайн-музея, объединяющего в себе предметы искусства, разбросанные по удаленным локациям.
Поскольку при создании БД используется только открытое ПО, существует возможность на ее основе сформировать открытое сообщество разработчиков — международный онлайн проект, объединяющий усилия многих удаленных разработчиков программного продукта. Однако эти планы, как и долгосрочные идеи о создании виртуального музея, зависят в том числе и от решения юридических вопросов, связанных с принадлежностью прав на информацию об объектах культурного наследия.
Лаборатория только начала свою деятельность, но ее работы уже вызвали заметный интерес у музейного сообщества. Есть много планов на будущее и самые разнообразные интересные и творческие задачи для студентов. Те, кого влечет экспериментаторская деятельность, могут готовить объекты к исследованиям и применять различные подходы фотоники и оптики к изучению пигментов, керамики, фресок и других объектов культурного наследия. Для программистов и аналитиков есть много задач в области разработки программных продуктов для базы данных ОИКН и цифровой обработки изображений. Это тот случай, когда технические знания используются в интересных прикладных задачах, да и само участие в исследованиях помогает значительно расширить кругозор — познакомиться с историей, живописью и другими гуманитарными направлениями.
