Предиктивный гибридный метод сканирования в BIM повышает полноту и точность документации объектов культурного наследия

Почему измерять старые здания труднее, чем кажется

Исторические здания могут выглядеть прочными и неизменными, но уход за ними сегодня требует высокодетализированных цифровых копий. Эти 3D‑модели направляют ремонт, отслеживают повреждения и помогают планировать будущие использования. В реальности узкие переулки, высокие башни и заросли деревьев создают большие «слепые» зоны в измерениях, подрывая надежность цифровых двойников. В этом исследовании показано, как сочетание наземных лазеров, обычных фотоаппаратов и съемки с дронов — вкупе с простой предиктивной проверкой — позволяет захватить почти всю церковь в точном 3D даже при плотной городской застройке.

Проблема — увидеть каждый угол

Команды по сохранению наследия все чаще опираются на исторические BIM (HBIM) — подробные 3D‑модели, содержащие форму и сведения об объектах. Для полезности таких моделей важны два параметра: точность (насколько измерения соответствуют реальности) и покрытие (насколько полно зафиксирована поверхность здания). На многих исторических объектах съемщики не могут размещать приборы где угодно: узкие улицы, соседние дома и растительность закрывают виды на крыши, башни и скрытые углы. Исследователи выбрали в качестве теста часовню XIII века в Сопронхорпаче (Венгрия), поскольку её стесненное окружение делало практически невозможным полное сканирование, опираясь только на наземные методы.

Первая попытка: наземные приборы упираются в пределы

На первой фазе команда использовала наземный лазерный сканер на штативе вместе со сотнями снимков со смартфонов. Лазерное сканирование превосходно захватывает очень точную геометрию у уровня улицы, а фотограмметрия добавляет цвет и детали. Эксперименты с количеством изображений и маршрутами съемки показали, что небольшой, тщательно спланированный набор фотографий может превзойти гораздо большие неплановые коллекции. Даже при таких оптимизациях верхние части часовни — коньки крыш, вершины башен и декоративные карнизы — остались лишь частично реконструированными. Физические препятствия и ограниченные точки обзора просто не позволяли приборам «увидеть» достаточную часть здания, и итоговый набор данных покрыл лишь около 54 процентов поверхности часовни.

Думать наперед: простой тест того, что наземные сканы действительно могут дать

Вместо того чтобы продолжать методом проб и ошибок, авторы задали более фундаментальный вопрос: учитывая геометрию участка и возможности сканера, возможно ли вообще захватить всё здание с земли? На этой основе они разработали Модель Оценки Осъществимости Сканирования (Predictive Scan Feasibility Estimation Model, PSFEM). В ее основе — компактный индекс, связывающий три интуитивно понятные величины: дальность действия сканера, угол его «взгляда вверх» и высоту здания. Если индекс по крайней мере равен единице, в принципе сканер должен охватить всю высоту; если он меньше единицы, важные зоны останутся скрытыми, пока не будет добавлен другой метод. Более подробная версия модели также учитывает полное поле зрения сканера и рабочую дистанцию. Применение этих формул к часовне явно показало, что при существующих ограничениях наземная съемка не сможет обеспечить полного покрытия.

Вторая попытка: добавляем дроны, чтобы заполнить пробелы

Опережающая эта оценка позволила команде спланировать вторую фазу, сосредоточенную на том, чего наземные приборы не могли достичь. Дрон пролетел над и вокруг часовни, сделав более 1500 снимков с высоких и наклонных ракурсов, а второй лазерный сканер добавил дополнительные наземные данные в труднодоступных зонах. Все эти наборы данных были аккуратно очищены, выровнены и объединены в единое облако точек — плотный рой 3D‑точек, представляющих поверхности здания. Гибридный набор почти удвоил число измеренных точек и увеличил покрытие до примерно 96 процентов, успешно заполнив крыши, детали башен, элементы водоотвода и другие ранее отсутствовавшие признаки. Сравнительные проверки разных сканов подтвердили, что добавленная информация расширила модель без потери качества измерений.

От одной часовни к множеству объектов наследия

Для неспециалистов ключевая мысль проста: качественные цифровые записи исторических зданий возможны даже в стесненных, сложных условиях, но при этом нужно разумно планировать съемку. Исследование демонстрирует повторяемый рабочий процесс: сначала обследуйте то, что доступно с земли, затем используйте простой предиктивный тест вроде PSFEM, чтобы решить, нужны ли дроны или дополнительные сканы, прежде чем снова отправляться на объект. Переход от стратегии «сканируем сначала, исправляем потом» к подходу «предсказываем, затем захватываем» позволяет специалистам по охране наследия сократить лишние выезды, контролировать расходы и при этом получить подробные 3D‑модели, поддерживающие бережную, минимально инвазивную консервацию. В долгосрочной перспективе такие подходы можно адаптировать и масштабировать для разных памятников, помогая сохранять культурные объекты для будущих поколений.

Цитирование: Salah, R., Géczy, N. & Ajtayné Károlyfi, K. Predictive hybrid scan-to-BIM method improves heritage building documentation completeness and accuracy. Sci Rep 16, 7622 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38200-8

Ключевые слова: 3D-сканирование наследия, дронная фотограмметрия, информационное моделирование зданий, лазерное сканирование, документация исторической часовни