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3D掃描儀

·         Artec Eva

概要：斯旺西大學(xué)使用Artec 3D掃描科技為海洋生物定制標(biāo)簽以用于海洋生物研究，持續(xù)追蹤動(dòng)物行為。

目標(biāo)：使用Artec Eva手持式3D掃描儀捕獲包括鯊魚、海豚、海龜在內(nèi)的海洋生物，獲得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)，以制作并打印定制標(biāo)簽。

使用工具：Artec Eva, Artec Studio 12

如果您覺得3D掃描和水不能和諧共生，那你就錯(cuò)了！Artec專業(yè)3D掃描解決方案目前正參與一項(xiàng)令人激動(dòng)的海洋生物項(xiàng)目，該項(xiàng)目由斯旺西大學(xué)一位年輕有為的博士生Lloyd Hopkins主持。盡管Artec 3D掃描儀目前還不防水，但它們依然可以成為準(zhǔn)確捕獲深海居民的理想方案。通過(guò)結(jié)合使用便攜式Artec Eva 3D掃描儀和專業(yè)CAD軟件，Lloyd及其團(tuán)隊(duì)找到了一種全新方式，為多種海洋生物高效定制標(biāo)簽。

斯旺西大學(xué)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室（SLAM）使用新標(biāo)簽技術(shù)和領(lǐng)先的數(shù)據(jù)視覺技術(shù)研究海洋生物。這么做的目的在于，進(jìn)一步了解海洋深處的神奇動(dòng)物，即使我們平時(shí)不常見到它們。通過(guò)定制化標(biāo)簽收集到的重要數(shù)據(jù)，例如動(dòng)物運(yùn)動(dòng)的速度和活躍度，能提供關(guān)于海洋生物遷徙規(guī)律的大量信息，以及海水溫度對(duì)動(dòng)物行為的影響。Lloyd還與其他許多機(jī)構(gòu)展開合作，包括阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)、麻省理工、澳大利亞海洋科學(xué)研究所、布朗大學(xué)、瓦倫西亞Oceanografic基金會(huì)、Ecocean鯨鯊研究保護(hù)組織，重點(diǎn)研發(fā)為不同海洋生物制作標(biāo)簽的全新方式，無(wú)創(chuàng)傷，易使用。如果這些標(biāo)簽太松， 便起不到效果，甚至還會(huì)脫落。太緊的話，又會(huì)使動(dòng)物感到緊張。

動(dòng)物標(biāo)簽技術(shù)安全且便于管理，所以近年來(lái)自然變得很受歡迎，不僅常用于動(dòng)物行為研究，還常用于動(dòng)物保護(hù)和管理。“標(biāo)簽技術(shù)的倫理化發(fā)展是一項(xiàng)重要的里程碑，但是能充分量化并模擬標(biāo)簽對(duì)動(dòng)物影響的新技術(shù)目前還沒有被充分利用，”Lloyd說(shuō)道。

為給鯊魚、海豚、海龜?shù)群Ｑ笊镩_發(fā)全新貼身的標(biāo)簽技術(shù)，并模擬效果，我們必須首先獲得每個(gè)動(dòng)物體型結(jié)構(gòu)的精確測(cè)量值。

Lloyd正在研究如何為海洋生物進(jìn)行快速安全的3D掃描。他還需要一款軟件，配備讓操作者自由發(fā)揮的各項(xiàng)工具，以制作個(gè)性化標(biāo)簽。他們選擇了Artec暢銷的3D掃描儀Artec Eva，并配合使用Artec Studio 12掃描與后期處理軟件。Artec金牌授權(quán)經(jīng)銷商Central Scanning Limited提供了必要的培訓(xùn)與咨詢服務(wù)，確保Lloyd及其團(tuán)隊(duì)能充分利用Artec專業(yè)3D掃描解決方案。

大青鯊鰭掃描效果

“我們相信，3D掃描技術(shù)很快將成為這類研究廣泛使用的主流方式?！?Lloyd Hopkins

Lloyd表示，3D掃描是捕獲大型動(dòng)物、獲取可靠數(shù)據(jù)的方式，我們還能輕松查看并處理這些數(shù)據(jù)。如果沒有這項(xiàng)重要技術(shù)，大多數(shù)研發(fā)過(guò)程就只能依賴那些零星的預(yù)估數(shù)據(jù)，無(wú)法應(yīng)用到真實(shí)環(huán)境中。

“當(dāng)我們決定使用3D掃描技術(shù)后，Artec這個(gè)品牌很快脫穎而出，因?yàn)樗麄兊漠a(chǎn)品易于使用，功能齊全，軟件強(qiáng)大，能自動(dòng)完成很多工作?！薄?Lloyd Hopkins

Lloyd及其團(tuán)隊(duì)為該項(xiàng)目挑選了Artec Eva 3D掃描儀，快速準(zhǔn)確地捕獲海洋生物標(biāo)本與活體的3D數(shù)據(jù)，包括鯊魚、海龜、海豚，以及一些魚類和蟹類。

Eva可同時(shí)支持室內(nèi)外的動(dòng)物掃描，因此能確保獲得所需的測(cè)量數(shù)據(jù)。得益于Artec 3D便攜電池組，掃描可以不再受到地點(diǎn)的限制，哪怕就在水池邊！團(tuán)隊(duì)僅僅花了幾天時(shí)間，就獲得了不同物種的所需信息，可以說(shuō)這次的3D掃描非常省時(shí)，操作也很簡(jiǎn)單，因?yàn)橥ǔ呙柽@類潮濕、反光的活體動(dòng)物，對(duì)大多數(shù)3D掃描儀而言都十分困難！

大型赤蠵龜3D掃描

整個(gè)項(xiàng)目的流程如下：首先，Lloyd及其團(tuán)隊(duì)對(duì)動(dòng)物完成高質(zhì)量掃描。就鯊魚、海龜、海豚而言，瓦倫西亞Oceanografic水族館就有保存的動(dòng)物標(biāo)本。由于Lloyd需要掃描的一塊鯊魚鰭被存放在一個(gè)小型冷凍室，所以呈彎曲狀。然而，這并不是什么難題，他順利捕獲了魚鰭的幾組數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建了模型。

然而，一些3D掃描的動(dòng)物都是鮮活的生物！比如在捕獲海豚時(shí)，馴獸師必須引誘這些高智商動(dòng)物游到水池邊，便于Lloyd為它們美麗的鰭進(jìn)行快速細(xì)致的掃描。其實(shí)，只要掃描一邊的鰭就足夠了，因?yàn)榱硪粋?cè)可以在Artec Studio 12掃描與后期處理軟件中復(fù)制并合成。

為動(dòng)物完成3D掃描后，標(biāo)簽3D模型的制作包括如下幾步：

通過(guò)Autodesk Meshmixer和Fusion 360 CAD軟件將這些掃描數(shù)據(jù)直接圍繞掃描好的動(dòng)物，用于標(biāo)簽設(shè)計(jì)。通過(guò)Autocad Fusion 360，Lloyd圍繞掃描數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)并構(gòu)建好標(biāo)簽，隨即通過(guò)收集的測(cè)量值，重建魚鰭。隨后，使用Meshmixer調(diào)整網(wǎng)格，如模糊處理縫合的線條，修整高難度掃描區(qū)（如海豚嘴部）。

設(shè)計(jì)好符合動(dòng)物體型的標(biāo)簽后，就能打印和進(jìn)行實(shí)體測(cè)試了。功夫不負(fù)有心人。最終成品的大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)那些手動(dòng)測(cè)量制作而成的標(biāo)簽。

Lloyd表示，通過(guò)3D掃描收集的信息與傳統(tǒng)手動(dòng)方式相比，更為穩(wěn)定和精確，因?yàn)閭鹘y(tǒng)捕獲方式非常耗時(shí)，容易出錯(cuò)，而且很難理解這些空間數(shù)據(jù)與動(dòng)物的關(guān)系。雖然我們可以使用模具來(lái)制作完成的體形，但這種方式只適用于小型生物或部分軀體。而且制模也要花費(fèi)大量時(shí)間，因?yàn)樾枰饶＞叱尚危送?，這也并非好的方式，因?yàn)轷r活的動(dòng)物無(wú)法保持長(zhǎng)時(shí)間靜止不動(dòng)！

海豚3D掃描

Lloyd及其團(tuán)隊(duì)最終得以在短時(shí)間內(nèi)獲得了全部所需的精確數(shù)據(jù)。盡管該項(xiàng)目還在持續(xù)進(jìn)行，但海洋生物的3D掃描，尤其是海豚的3D掃描，已經(jīng)吸引到西班牙馴獸師和獸醫(yī)們的注意。動(dòng)物學(xué)專家十分看好3D科技的各種可能，他們表示，這項(xiàng)科技可以幫助獸醫(yī)節(jié)省大量時(shí)間，比如觀察動(dòng)物成長(zhǎng)，或進(jìn)行尸體解剖，因?yàn)槭w的測(cè)量值非常重要。