Kultūros paveldo tyrimai ir išsaugojimas – vienas pagrindinių šių dienų visuomenės iššūkių, susijusių su daugeliu socialinių, kultūrinių ir technologinių aktualijų. Dažnai netgi ekonomiškai pažengusiose šalyse kultūros paveldo sektoriui trūksta žmogiškųjų, technologinių ir finansinių išteklių, kurie yra gyvybiškai svarbūs norint sėkmingai įgyvendinti kultūros paveldo apsaugą. Tokia situacija skatina poreikį kurti pažangias, efektyvias ir sąlyginai nebrangias technologijas, kurios padėtų efektyviai stebėti ir analizuoti kultūros paveldo būklę ir jos pokyčius.

Senamiestis prižiūrimas per menkai

Urbanizuotos kultūros paveldo vietovės yra sudėtingi urbanistiniai, architektūriniai kompleksai, pasižymintys gausiomis ir įvairiomis vertingosiomis savybėmis, kurias saugo valstybė kaip mūsų visų paveldėtą turtą. „Tokie objektai paprastai būna senamiesčiai, todėl jų saugojimas yra labai svarbus, ir ne tik paveldosauginiu požiūriu. Vilniaus senamiestis yra ir viso pasaulio – UNESCO – paveldas, tačiau jo priežiūra dabartinėmis lėšomis, skiriamomis Kultūros paveldo departamentui, yra per menka“, – apie vykdomo projekto aktualumą pasakoja vienas jo dalyvių, skaitmeninių kultūros paveldo sprendimų specialistas dr. Tadas Žižiūnas.

Pastarąjį dešimtmetį, kylant saugumo reikalavimams, ypač daug dėmesio yra skiriama automatinio vaizdo atpažinimo ir kelių vaizdų lyginimo sistemoms tobulinti. Naudojami tokie metodai kaip rašysenos identifikavimas, automatinis veido atpažinimas, vietovės vaizdo atpažinimas. Automatinis paveldo struktūrų atpažinimas ir monitoringas 3D žemės paviršiaus modelyje šiuo metu yra plačiai naudojamas įvairiose srityse ir nuolat tobulinamas.

Pažeidimus nustato automatiniu būdu

„Ar pasikeitė paveldo objekto, pavyzdžiui, senamiesčio pastato, aukštingumas, galbūt kur nors iškirsti langai ar durys, ar naujos statybos de facto nepažeidė nustatytų reglamentų? Į tokius klausimus negali atsakyti vien tik vizualinę apžiūrą vykdantis paveldosaugos specialistas. Tam reikalingos ekspertinės, skaitmeninės, tikslios ir išsamios sistemos, kurios padėtų vykdyti paveldo monitoringą kaip vertingųjų savybių pokyčio fiksavimą“, – aiškina dr. T. Žižiūnas.

Vilniaus universiteto Komunikacijos fakulteto paveldosaugos ekspertai su istorijos ir informacinių technologijų specialistais 2014 m. sumanė sukurti efektyvaus, sistemiško urbanistinio paveldo monitoringo sistemą (prototipą). Sukurtos programinės įrangos tikslas – nustatyti stogo formos, stoglangių ar pastatų tūrių pokyčius 3D vaizde. Šis prototipas grindžiamas prielaida, kad sistemos fiksuoti pažeidimai gali būti aprašomi matematiškai, todėl jie gali būti nustatomi automatiniu būdu.

Prototipas sukurtas kaip kompiuterinės programos „Undet for AutoCAD“ papildymas. Jis buvo išbandomas lyginant Vilniaus senamiesčio kvartalo tarp Šv. Jono, Pilies, Švarco, Gaono gatvių 2011 m. ir 2014 m. 3D skenuotus vaizdus ir 3D fotogrametrijos būdu atkurtą šio kvartalo dalyje esančios Pilies g. 3D vaizdą, kuris buvo prieš Antrąjį pasaulinį karą. Lauko matavimai buvo atliekami iš Šv. Jonų varpinės apžvalgos aikštelės naudojant 3D lazerinį skenerį (1 pav.).

1 pav. Tiriamasis plotas (raudonas stačiakampis) Vilniaus senamiestyje. Šiame plote 2014 m. buvo vykdomas pusiau automatinio paveldo monitoringo testavimas. Tado Žižiūno parengtos iliustracijos

Projektuojant automatinio monitoringo procedūras buvo atlikta Vilniaus senamiesčio erdvių analizė – buvo siekiama nustatyti įprastinius pažeidimus, kurių matematinis aprašymas leistų išbandyti kuriamą programinės įrangos prototipą. Tokio tyrimo metu paaiškėjo, kad dviejų elementų pažeidimų yra daugiausia. Tai – stoglangiai ir pastato tūris.

Monitoringo prototipui buvo pasirinkti nedideli paveldo išsaugojimo pažeidimai, tokie kaip pastatų tūrio kaita ir stoglangių atsiradimas ar panaikinimas. Vilniaus senamiesčio analizei buvo naudojamas pusiau automatinis objektų atpažinimas skaitmeniniuose žemės paviršiaus modeliuose. Tobulinant prototipą būtina tokias smulkias senamiesčio architektūros detales kaip langai ar durys analizuoti ir matematiškai aprašyti. Vis dėlto mokslininkai, sukūrę pirminį prototipą, nustatė, kad išsamiam vertingųjų savybių kaitos procesui stebėti būtina efektyvesnė sistema, kuriai parengti reikėtų mažiau rankų darbo, nes viską rankiniu būdu aprašyti matematiškai užtruktų per daug laiko. Būtent todėl šis mokslininkų kolektyvas nusprendė kurti naują sistemą, paremtą naujomis metodikomis ir technologijomis, tokiomis kaip mašininis mokymas, kuris pats geba sukonfigūruoti reikalingus parametrus stebimų objektų atžvilgiu.  Taip pokyčiai nustatomi daug greičiau, o tikslūs 3D duomenys pateikia objektyvią įvykusių geometrinių pokyčių analizę.

Nauja technologija – efektyvesniam monitoringui

Urbanizuotų vietovių monitoringo programinė įranga kuriama siekiant supaprastinti, pagreitinti kultūros paveldo objektų monitoringą ir sumažinti jo kainas. Dviejų laikotarpių 3D taškų debesų skirtumai ar 2D nuotraukos gali parodyti objekto pakitimus, kurie įvyko per tam tikrą laiką tam tikroje senamiesčio vietoje ar kultūriniame kraštovaizdyje.

Monitoringo prototipui buvo pasirinkti nedideli paveldo išsaugojimo pažeidimai, tokie kaip pastatų tūrio kaita ir stoglangių atsiradimas ar panaikinimas. Vilniaus senamiesčio analizei buvo naudojamas pusiau automatinis objektų atpažinimas skaitmeniniuose žemės paviršiaus modeliuose. Tobulinant prototipą būtina tokias smulkias senamiesčio architektūros detales kaip langai ar durys analizuoti ir matematiškai aprašyti. Vis dėlto mokslininkai, sukūrę pirminį prototipą, nustatė, kad išsamiam vertingųjų savybių kaitos procesui stebėti būtina efektyvesnė sistema, kuriai parengti reikėtų mažiau rankų darbo, nes viską rankiniu būdu aprašyti matematiškai užtruktų per daug laiko. Būtent todėl šis mokslininkų kolektyvas nusprendė kurti naują sistemą, paremtą naujomis metodikomis ir technologijomis, tokiomis kaip mašininis mokymas, kuris pats geba sukonfigūruoti reikalingus parametrus stebimų objektų atžvilgiu.  Taip pokyčiai nustatomi daug greičiau, o tikslūs 3D duomenys pateikia objektyvią įvykusių geometrinių pokyčių analizę.

„Skaitmeninis monitoringo įrankis lygina skirtingų chronologinių etapų 3D ir 2D informaciją ir parodo įvykusius pokyčius, kuriuos vėliau vertina aukštesnio lygio interpretatoriai, pvz., kultūros paveldo inspektoriai. Jie patikrina, ar, pvz., pastato aukštingumo pokytis buvo suderintas, ar pokytis yra gerokai didesnis ir vertintinas kaip potencialus pažeidimas, kuris sukelia įvairių teisinių ir finansinių padarinių“, – apie būsimą sistemą pasakoja dr. T. Žižiūnas.

Monitoringo įranga pritaikoma ir kitur

Šiuo metu kuriama programinė įranga gali būti naudojama ne vien paveldosaugoje, bet ir kitose srityse.

Ši programinė įranga tinka ten, kur kyla problemų, susijusių su 3D objektų pakitimu per tam tikrą laiką – tai, pvz., ledynų tirpimas dėl klimato atšilimo, paviršiaus reljefo kaita statybų metu, medienos prieaugis miškuose ir t. t. Be to, šiai programinei įrangai naudoti nėra reikalingas savininko sutikimas, pvz., vykdant ardomo paveldo monitoringą vadinamosios Islamo valstybės kontroliuojamose teritorijose.

„Kuriama monitoringo programa – unikalus produktas, kurį ateityje bus galima ekportuoti ir į kitas Europos šalis. Šis įrankis gali būti plačiai naudojamas geodezijos, architektūros, urbanistikos srityse, statybų sektoriuje, miesto plėtros procesams sekti ir optimizuoti“, – sako dr. T. Žižiūnas.

Projektas finansuotas iš Europos regioninės plėtros fondo lėšų (nr. 01.2.2-LMT-K-718-01-0043) pagal dotacijos sutartį su Lietuvos mokslo taryba.