3D掃描儀
· Artec Space Spider
概要：世界上擁有冰河時(shí)代化石的地方需要輕松快速捕獲懼狼、劍齒虎、地懶、猛犸象等物種的骨骼。
目標(biāo)：使用手持式高分辨率彩色3D掃描儀在幾分鐘內(nèi)捕獲尺寸和外形各異的化石，將3D模型存檔，用于保護(hù)和研究，并在未來(lái)向公眾開(kāi)放。
使用工具：Artec Space Spider、Artec Studio
12000年前，加州洛杉磯中心地帶的淺層地表發(fā)現(xiàn)了大量天然瀝青沉積。溪流和池邊更是如此。當(dāng)猛犸象、野牛、馬、地懶、駱駝等跋涉來(lái)此喝水解渴時(shí)，它們可能會(huì)陷入滲透至地表外的粘稠瀝青中。只要1.5英寸（4厘米）厚的液態(tài)瀝青，就足以困住一頭野牛甚至猛犸象。
拉布雷亞瀝青坑發(fā)現(xiàn)的懼狼骨架
包括懼狼（Canus dirus）、劍齒虎（Smilodon fatalis）、美洲獅（Panthera leo atrox）等獵食動(dòng)物，見(jiàn)到深陷瀝青的動(dòng)物，就會(huì)慢慢靠近，想要美餐一頓。但最終，獵物和捕手都在地面慢慢死去，它們的部分遺體會(huì)隨著時(shí)間的流逝，最終被埋于滿(mǎn)是瀝青的沉積物中。
拉布雷亞瀝青坑博物館的劍齒虎骨架
自從1906年，科學(xué)家開(kāi)始研究這些瀝青沉積物中發(fā)掘的化石，它們都存放于拉布雷亞瀝青坑博物館。目前，共有超過(guò)350萬(wàn)件標(biāo)本在拉布雷亞瀝青坑被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。這些化石的放射性碳元素顯示，它們擁有50000年之久的歷史。
拉布雷亞瀝青坑博物館
青坑對(duì)全球古生物學(xué)者而言，是一個(gè)名副其實(shí)的寶庫(kù)，這里保存著大量保存完整的化石標(biāo)本。比如說(shuō)，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過(guò)3600只懼狼遺骸，還有瀝青中發(fā)現(xiàn)的數(shù)萬(wàn)件其他化石。
拉布雷亞瀝青坑的91號(hào)坑
研究人員多年來(lái)已經(jīng)為這些標(biāo)本進(jìn)行了諸多研究，包括放射性碳年代測(cè)定，以及其他分子鑒定，揭示多年來(lái)與環(huán)境和人類(lèi)活動(dòng)相關(guān)的生物變化。放射性碳年代測(cè)定讓我們知道這些古生植物、昆蟲(chóng)、鳥(niǎo)類(lèi)、爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物、哺乳動(dòng)物、貝類(lèi)的具體年代，并逐漸了解人類(lèi)在此定居前的幾千年前，周?chē)h(huán)境如何。
這不僅有助于我們了解過(guò)去，同時(shí)也能幫助科學(xué)家精確解釋當(dāng)前環(huán)境中的變化，更好預(yù)測(cè)幾十年、幾百年后的變化，以協(xié)助制定保護(hù)規(guī)劃。
拉布雷亞瀝青坑100多個(gè)坑中的91號(hào)坑所發(fā)現(xiàn)的化石
放射性碳年代測(cè)定是一種破壞性測(cè)試，在此之前，博物館會(huì)制作化石石膏模具，保護(hù)原物用于研究。采用數(shù)碼單反相機(jī)的攝影測(cè)量法用于每件標(biāo)本，但處理時(shí)間總是很長(zhǎng)，而且還有大量化石等待加工。
拉布雷亞瀝青坑博物館架子存放的化石
后來(lái)，他們了解到3D掃描在古生物學(xué)中的應(yīng)用，它能迅速提升工藝速度和準(zhǔn)確度，采用3D打印和視覺(jué)化，可以帶來(lái)諸多全新可能，更不用說(shuō)順利實(shí)現(xiàn)數(shù)字歸檔。
拉布雷亞瀝青坑博物館中的美洲獅骨架
Artec金牌授權(quán)經(jīng)銷(xiāo)商Rapid Scan 3D的3D掃描專(zhuān)家向他們推薦了Artec Space Spider，這是一款專(zhuān)業(yè)手持式結(jié)構(gòu)光掃描儀，可快速制作計(jì)量級(jí)3D模型，甚至包括那些帶有復(fù)雜有機(jī)外形的物體，如化石。Space Spider精度可達(dá)0.05毫米，每塊化石僅需數(shù)分鐘，就能完成過(guò)去一個(gè)多小時(shí)的工作量。
Rapid Scan 3D的Chris Strong說(shuō)道，“考慮到拉布雷亞瀝青坑化石和骨骼3D掃描對(duì)細(xì)節(jié)的要求，顯然，Artec Space Spider是一個(gè)正確的選擇。Space Spider攜帶方便，無(wú)論對(duì)于新手還是資深用戶(hù)，操作都非常簡(jiǎn)單。我們可以在幾分鐘內(nèi)捕獲高分辨率的彩色信息。多年來(lái)，我們也在航空航天和醫(yī)療領(lǐng)域大量使用Artec掃描儀，效果很好。這項(xiàng)技術(shù)也能用于文物保護(hù)和骨骼、化石的掃描。”
Carrie Howard握著瀝青中挖掘出來(lái)的駱駝第六塊頸椎
用拉布雷亞成像專(zhuān)家Carrie Howard的話(huà)說(shuō)，“Space Spider能精準(zhǔn)捕獲骨骼的復(fù)雜幾何。部分外形和表面特征很難捕獲，比如野牛肋骨的平滑弧度，劍齒虎長(zhǎng)長(zhǎng)的上頜犬齒，還有短面熊跖骨，我還可以舉很多例子…… Space Spider全部都能捕獲，制成栩栩如生的高精度彩色3D模型。”
Howard補(bǔ)充道，“初期項(xiàng)目之一包括了400件標(biāo)本。我們迅速完成了掃描和處理，開(kāi)始了其他標(biāo)本項(xiàng)目?，F(xiàn)在，我們處理的標(biāo)本數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了過(guò)去，使用攝影測(cè)量法時(shí)，同樣的工作量，我們需要三倍時(shí)間?！?
博物館23號(hào)挖掘項(xiàng)目出土的懼狼椎骨
Howard采用Space Spider進(jìn)行3D掃描，大多情況下僅需幾分鐘：她只要把標(biāo)本放在小型旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，拿起Space Spider，上下移動(dòng)掃描儀的同時(shí)，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，就能捕獲每個(gè)角度和表面。掃描過(guò)程中，掃描儀軟件Artec Studio還能實(shí)時(shí)顯示掃描效果。有遺漏區(qū)域會(huì)立刻體現(xiàn)，方便及時(shí)補(bǔ)救。隨后將標(biāo)本轉(zhuǎn)個(gè)身，重復(fù)該步驟即可。
使用Artec Space Spider為懼狼顎骨進(jìn)行3D掃描
隨后Artec Studio進(jìn)行后期處理，負(fù)責(zé)將掃描對(duì)齊配準(zhǔn)，制成完整的“數(shù)字復(fù)制品”3D模型，并以O(shè)BJ文件格式導(dǎo)出并存檔。
Artec Space Spider掃描制作的懼狼顎骨3D模型
近期，博物館測(cè)試了Artec Micro，這是一款全自動(dòng)計(jì)量級(jí)桌面式3D掃描儀，用于掃描小型物體，精度高達(dá)10微米。博物館擁有一系列小型標(biāo)本藏品，包括各種動(dòng)植物，如鳥(niǎo)骨、淡水螺、各類(lèi)種子。掃描流程相當(dāng)簡(jiǎn)單：只要將標(biāo)本放置在Micro掃描平臺(tái)上，點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)，掃描儀就會(huì)自動(dòng)完成剩余工作。工作臺(tái)會(huì)搖擺旋轉(zhuǎn)，Micro結(jié)構(gòu)藍(lán)光和雙攝像頭將從各個(gè)角度，捕獲標(biāo)本表面的所有特征。
正如上圖所示，博物館訪(fǎng)客可以從玻璃另一側(cè)看到工作中的Space Spider，還能實(shí)時(shí)看到化石3D成像（通過(guò)Artec Studio）。3D掃描窗另一側(cè)正是博物館的化石實(shí)驗(yàn)室，這里被戲稱(chēng)為“玻璃魚(yú)缸”，是半圓形的玻璃實(shí)驗(yàn)室，兒童和成人都可近距離觀看古生物學(xué)家篩檢、清洗、標(biāo)注各類(lèi)化石的過(guò)程。
《冰河時(shí)代的巨人》中困在瀝青中的猛犸象和劍齒虎
博物館始終在考慮構(gòu)建一個(gè)在線(xiàn)3D標(biāo)本模型數(shù)據(jù)庫(kù)，供全球研究人員使用，并向當(dāng)?shù)睾途W(wǎng)絡(luò)人群公開(kāi)，比如學(xué)校、高校等，這是博物館目前和未來(lái)的工作重心。
另外兩個(gè)項(xiàng)目，盡管當(dāng)前還在探索研發(fā)階段，將采用AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）來(lái)提升公眾和拉布雷亞瀝青坑古生物資源的互動(dòng)品質(zhì)，可通過(guò)互動(dòng)式和沉浸式展品來(lái)實(shí)現(xiàn)。這類(lèi)項(xiàng)目需要博物館Space Spider和其他數(shù)字科技制作的3D模型，來(lái)提升公眾的科學(xué)知識(shí)，減少全社會(huì)對(duì)科學(xué)的誤解。
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