Фотограметрия „вади” историята от дъното на Черно море готова за VR

Stril Explorer е специализиран изследователски кораб, собственост на компанията MMT. Той е „сърцето” на Проекта за подводна археология в Черно море – „Black Sea Maritime Archaeology Project” (снимка: Black Sea MAP)

Над 45 старинни кораба от времената между 8 и 19 век, потопени в дълбините на Черно море край българските му брегове, лежат на морското дъно недалеч от Созопол (в района между н. Емине и Синеморец). Всички те са перфектно съхранени до днес – благодарение на безкислородната среда. Днес историците и светът знаят за тях благодарение на екип от изследователи, въоръжени със сложно, високотехнологично оборудване за подводна археология – роботи, камери с висока резолюция, системи за фотограметрия и софтуер за 3D моделиране.

Международният проект Black Sea MAP е първият по рода си и най-голям за момента в света и вече може да се каже, че положи основите на новото поколение подводна археология. Той се реализира именно в България и сега е в третата си поредна година.

Картирането на морското дъно

Преди срещата с потопените кораби, от самото си начало проектът за картиране на черноморското дъно Black Sea MAP изглежда като да е работа само за геофизици. Екипът от учени потегля към морето на специално оборудван кораб, за да изследва геоложкото развитие на района. Очакват да намерят данни за нивото на покачването на морското равнище, за темпа на покачването му, а и за ефекта на това покачване върху живота на хората от областта. Първичната цел на проекта – и на самото финансиране от британската Фондация за експедиции и образование (Expeditions and Education Foundation) – е именно геофизическо изследване на морското дъно с цел установяване на някогашните палео-релефи на повърхността на земята, които през хилядолетията са се озовали на морското дъно. Когато започва „сканирането” на подводния релеф, учените събират проби, датират ги, изследват ги, постепенно започват да изграждат „реконструкция” на древната история на Черно море.

Човешката история под водата

По време на сканирането на дъното обаче учените се натъкват на неочаквана картина. Оказва се, че над 45 старинни кораба лежат на дъното на Черно море, на стотици метри дълбочина. Най-старият от тях е от около 800 г. ВС, времето на Византийската империя. Има кораби от османско време, както и няколко от 19-ти век. Намерен е и един средновековен италиански кораб от 14 век, за който подводните археолози казват, че е „от типа, който би могъл да е познат на Марко Поло”.

Два роботизирани, безпилотни плавателни съда с дистанционно управление (ROV), се спускат до морското дъно, за да заснемат снимки и видео с висока резолюция. Те използват още лазерни скенери, както и други геофизически инструменти, за да изследват дъното в безкислородната среда на Черно море при дълбочина докъм 1600 м (снимка: EEF / Black Sea MAP)

Повечето кораби са търговски и са превозвали стоки – вино, зърно, метали, дървесина. Изглеждат като да са потопени не в битка или при нападение, а по-скоро при бури.

„Когато видяхме първия кораб, изпаднахме в еуфория”, спомня си геофизикът Кирил Велковски, който по време на поредната си нощна смяна на борда на специализирания изследователски кораб Stril Explorer следи мониторите, предаващи картина от дъното. През следващите дни Велковски и колегите му виждат още и още кораби. Разбират, че си имат работа с нещо повече от геофизични проучвания на дъното – тук срещат лице в лице историята.

Новото поколение подводна археология

Екипът се състои от български, британски, шведски и американски учени и се добира до потопените кораби за първи път през лятната експедиция през 2016 година. Те успяват да направят това от борда на Stril Explorer – специализиран изследователски кораб, оборудван с мощна техника за подводно картиране и заснемане. Такъв кораб не е познат досега на изследователския свят. На него има сонар за сканиране на морското дъно, два подводни робота с дистанционно управление (ROV) – всеки с размер на миниван и цена около 7-8 милиона евро, с камери с много висока резолюция, снимащи снимки и видео, както и лазерна измервателна техника. Всички снимки, видео и събрани данни се обработват от мощен софтуер. Той „сглобява” триизмерни модели на корабите.

Технологии в действие

„Спускаме се на морското дъно с ROV роботите – те се управляват от кораба. Слизаме надолу при потопените кораби. Тук никога никой не е надничал досега – най-голямата дълбочина, до която сме достигали, е 1900 метра. Представете си – това е близо два километра под водата”, разказва Родриго Пачеко Руиз, един от водещите изследователи археолози в проекта. Роботите се движат бавно към дъното. Обикалят всеки кораб, правят стотици снимки и заснемат видео с много високо качество.

Изследователите са единодушни, че изборът на мястото за проучванията не е случайно – дъното на Черно море е пълно с история и малко кътчета по света могат да му съперничат в това отношение (снимка: EEF / Black Sea MAP)

Качеството на снимките е от критично значение. То определя качеството на 3D модела. Много важна е видимостта под водата – при събирането на фотографски данни липсата на добра видимост ще означава на практика липса на данни. „Затова е много трудно”, казва Руиз.

ROV машините заснемат кораб след кораб. Всички в изследователския екип са смаяни – останките са запазени съвършено. Виждат се надписите, гравирани в дървото, в метала, гънките на въжетата. Перфектната консервация учените отдават на безкислородната среда на тази дълбочина.

„После използваме софтуер, който от всичките тези снимки разпознава конкретни точки, и на тази база оформя 3D модел. Изгражда го от снимките. На всичко от корабите имаме точен 3D модел – включително и на надписите, резбовани в дървото”, казва Руиз.

Макар че корбът струва милиони, в известен смисъл техниката е много евтина, размишлява  Родриго – защото това, което системата прави чрез роботите на дълбочина 1900 метра, няма как да се направи от хора на място.

Екипът използва руски софтуер за оформлението на триизмерните модели. Agisoft Photoscan Pro е предназначен за фотограметрична обработка на цифрови изображения и генериране на триизмерни пространствени модели. „Направихме задълбочено изследване в началото на проекта и се свързахме с тях. Те разбират как се случват нещата в археологията, което много ни помага”, разказва Руиз. „Изпращат ни допълнителни скриптове за нещата, които са специфични в нашия проект”.

Основа за прецизни научни изследвания

Имайки триизмерен модел на дъното и на всеки от корабите, изследователският екип би могъл да „отпечата” на 3D принтер части от находките. Така може да се изгради реалистичен триизмерен модел, който да позволи изучаването на корабите от страна на историците например.  „Имаме триизмерен модел – заедно с пълнофотографско „покритие”, тоест всеки кораб от дъното може да бъде пресъздаден със 100% точност”, уточнява Руиз. Така историци и археолози могат да се посветят на изучаването на „архитектурата” на корабите.

До момента са готови моделите на над 24 от корбите. Останалите данни са в процес на обработка. Целта е при приключването на проекта да са налице висококачествени 3D модели на всички 48 кораба, намерени до края на 2016 г., както и на всичко, открито в тазгодишната, последна експедиция.

Фотограметричен модел на потопен кораб от османския период, открит от експедицията през 2016 (снимка: EEF / Black Sea MAP)

Наличието на подробните 3D модели на морското дъно позволява и проследяването на промените на морския пейзаж. Това би зарадвало геолози, климатолози и ред други учени. „Ако се върнете на същото място и направите проучване отново, ще имате данни за сравнение. Ще можете да узнаете какво се е променило с течение на времето. Това е много добро средство за изучаване на ерозията наоколо. Можете да генерирате 3D модели всяка година и по този начин е възможно с точност да измерите промяната, посоките, обемите”.

Напред към виртуалната реалност

Извън научните приложения 3D моделите на потопените кораби могат да имат разнообразни приложения. Един възможен сценарий е създаването на музей с физически макети на корабите – било то в пълен или пък в умален размер, включително и чрез технологията на 3D печата. Още по-добър вариант е да се направи музей на подводната археология на Черно море с реалистични 3D модели в среда на виртуална реалност, казва професор Джон Адамс, археолог от Университета в Саутхемптън. Това би позволило те да се представят на посетителите в реален размер, със симулиране на подводната среда, където са открити – магията на подводното пътешествие може да бъде пресъздадена изцяло.

Новият облик на науката

Проектът Black Sea MAP продължава и през настоящото лято – учените и в момента изследват морското дъно. Наскоро те откриха древно селище от преди 5000 години в устието на р. Ропотамо.

Черно море се смята за една от най-атрактивните „подводни лаборатории“ заради безкислородната среда на дъното си, която съхранява артефактите по-добре от която и да е друга среда. В експедицията ключово участие има Центърът за подводна археология в Созопол (снимка: Норман Кюринг, НАСА)

Това е трета поредна – и последна година за проекта, финансиран от Expedition and Education Foundation (EEF), британска нестопанска организация за морски изследвания. Учените таят надежда, че след разтърсващите открития през миналата и настоящата година проектът ще бъде продължен. Независимо дали това ще се случи обаче спокойно може да се каже, че Black Sea MAP е вестител на новото поколение подводна археология – техниката, похватите и методите, използвани на Stril Explorer, са изключително иновативни и приложими за бъдещите експедиции за подводна археология по цял свят. „Никой досега не е постигал модели с подобна точност, пълнота и яснота при такива дълбочини”, казва професор Джон Адамс пред Live Science.