挑戰(zhàn):在疫情封城期間，為學(xué)生和教職人員提供獲取自然標(biāo)本系列的訪問途徑。
解決方案: Artec Space Spider, Artec Studio
成果:創(chuàng)建可以免費(fèi)使用和下載高質(zhì)量3D掃描樣本的虛擬圖書館。
大自然一直是人們?nèi)≈唤叩撵`感來源。模仿壁虎腳趾生物力學(xué)的攀爬吸盤、再現(xiàn)鯊魚皮形態(tài)和功能的抗菌涂層，受鳥喙形狀啟發(fā)的日本著名子彈列車的空氣動力學(xué)外形——這些例子用來說明如何使用模型、系統(tǒng)、自然元素來解決復(fù)雜的人類問題和設(shè)計難題。
正如生物學(xué)家、作家和仿生學(xué)研究所的聯(lián)合創(chuàng)始人Janine Benyus在她的TED演講中所講述的那樣：“我們周圍充滿天才。我們從來都不是第一個創(chuàng)造（物質(zhì)）的人。”
由于全球城市化、農(nóng)村人口流失以及新的旅行政策，使人類只能選擇有限的方式來了解這個偉大的發(fā)明機(jī)器所能提供的所有方面、秘訣和藍(lán)圖。盡管如此，世界上仍有一些地方，讓你無需進(jìn)入荒野、飛到偏遠(yuǎn)的島嶼或穿越茂密的叢林、忍受的高溫或嚴(yán)寒，就可以找到數(shù)以千計的真實自然標(biāo)本。這就是：Edna W. Lawrence自然實驗室。
Edna W. Lawrence自然實驗室（照片由自然實驗室提供）
簡介
Edna Lawrence畢業(yè)于羅德島設(shè)計學(xué)院，作為美國經(jīng)驗豐富的導(dǎo)師、學(xué)者、著名畫家，于1937年成立了這個實驗室。用她自己的話說，“讓學(xué)生看到并領(lǐng)略大自然的美麗奇跡......從形態(tài)、空間、顏色、紋理、設(shè)計和結(jié)構(gòu)上。”
自然實驗室不像傳統(tǒng)意義的實驗室。最初，Edna在1920年代夏季公路旅行期間為她的自然繪畫課收集了少量自然標(biāo)本，到1937年發(fā)展到了1286個物種（包括貝殼、蝴蝶、礦物質(zhì)、骨骼、種子莢和動物標(biāo)本），再到38年后她退休時，已發(fā)展到超過25000件單品。
如今，自然歷史收藏館館藏約有80000左右個體標(biāo)本，羅德島設(shè)計學(xué)院的師生，無論是他們正在從事科學(xué)、藝術(shù)還是設(shè)計項目，都可以不受限制地訪問這些標(biāo)本。
“在大學(xué)或任何其他的地方，都沒有可以像自然實驗室和自然歷史收藏館這樣的機(jī)構(gòu)，”該實驗室的資深生物學(xué)家Benedict Gagliardi說。“學(xué)生可以在這里獲得身臨其境的體驗——他們可以打開展柜，取出貝殼、骨頭、浮木的碎片和動物標(biāo)本，通過繪畫、感覺、移動它們來進(jìn)行真實的互動。”
“這是一個深受大家喜愛的環(huán)境。我們的理念是：盡可能深入但不會強(qiáng)加任何東西的情況下，幫助師生推動他們的研究項目，”自然實驗室代理主任Jennifer Bissonnette博士說。“如果你有任何問題，我們的三名生物學(xué)家可以幫助你深入了解并告訴你想知道的一切。”
除主要藏品外，自然實驗室還收藏了昆蟲、地衣、珊瑚和其他小型標(biāo)本、有機(jī)和無機(jī)材料、活植物、稀有的自然歷史書籍，并提供最新的成像設(shè)備，可在多個尺度和維度上探索各種自然文物。自然實驗室團(tuán)隊在2015年將Artec Spider作為成像工具之一，添置到他們的設(shè)備套件中。
將3D掃描儀添置到工具箱
“這部分我們的工作是采取新的方式來創(chuàng)造可視化的空間，”實驗室代理主任Jennifer Bissonnette博士說。“我們正在考慮用新的方式瀏覽這里的生物表面和紋理，Artec Spider作為一款工具，因為它擁有最先進(jìn)的能力，能夠捕獲到不同結(jié)構(gòu)精細(xì)的分辨率。”
Spider能以高精度掃描具有精細(xì)復(fù)雜的小物體，是將自然和歷史文物的原始形狀和顏色進(jìn)行數(shù)字化保存的理想解決方案。Spider功能強(qiáng)大、精準(zhǔn)、輕巧且易于使用，成為實驗室成像設(shè)備系列中重要的一員，此外還有專業(yè)顯微鏡、運(yùn)動相機(jī)、GPS跟蹤器和其他用于研究和記錄自然素材、標(biāo)本、系統(tǒng)和過程的工具等等。
自然實驗室使用Artec Spider將其約80000多個自然歷史收藏數(shù)字化（照片由自然實驗室提供）
自從實驗室的師生可以使用3D掃描儀以來，它迅速成為受歡迎的工具之一。Gagliardi坦言：“被委任使用如此先進(jìn)的設(shè)備是令人振奮的。它讓我們更多地參與到項目當(dāng)中，而不僅僅是要求別人為我掃描一下。”
邁向數(shù)字化
Gagliardi和他的團(tuán)隊首先將學(xué)生們使用Spider制作的動物標(biāo)本、自然歷史標(biāo)本和素材的3D掃描存儲在移動硬盤上，并且僅支持創(chuàng)作者查詢訪問。但是，隨著疫情爆發(fā)帶來了改變。由于師生無法在實驗室和現(xiàn)場與藏品互動，因此他們需要以虛擬方式訪問這些標(biāo)本——或者至少其中一部分標(biāo)本。與此同時，Benedict萌生了一個想法，將他們已有的所有3D掃描上傳到在線3D模型共享平臺Sketchfab，并創(chuàng)建一個虛擬3D標(biāo)本圖書館：
“當(dāng)疫情爆發(fā)時，很難完全以數(shù)字化取代觸覺學(xué)習(xí)，”Gagliardi說。“但是，對于那些努力將課程數(shù)字化的教師來說，數(shù)字化藏館是一個巨大的優(yōu)勢。使用Artec Spider進(jìn)行3D掃描對于實現(xiàn)對事物的立體理解至關(guān)重要。”
實驗室團(tuán)隊決定免費(fèi)開放圖書館中的所有模型下載，以便學(xué)生和教職人員可以使用這些文件，進(jìn)行提取修改，將其充分利用。
團(tuán)隊擁有的各種標(biāo)本和素材的精準(zhǔn)3D副本為他們的仿生學(xué)課程帶來新的視角：
“仿生學(xué)是我們在實驗室研究的課題之一，也就是說，利用從大自然中汲取的靈感來設(shè)計解決方案，”Bissonnette解釋道。“我們可以通過擁有不同自然形態(tài)和素材的數(shù)字館藏來分析，并將它們導(dǎo)入到軟件中，并且可以根據(jù)我們的設(shè)計意圖進(jìn)行構(gòu)建和修改。”
新的方式還可以出借過去僅供“實驗室內(nèi)部使用”的：項目
“通常，我們會像一般的圖書館一樣借出大量標(biāo)本：例如，一個裝有蝴蝶標(biāo)本的手工玻璃盒，或者某些類型的貝殼和各種小標(biāo)本，”Benedict說。“我們會在無法出借的物品上貼上紅色標(biāo)識。3D掃描使我們能夠以另一種方式出借它們，這樣師生可以在課后或遠(yuǎn)距離進(jìn)行互動。真正地改變了借閱過程的運(yùn)作方式。”
在線3D模型數(shù)字目錄的另一個優(yōu)勢是有機(jī)會聯(lián)合起一個創(chuàng)作者和研究人員的全球社區(qū)：
“我們收到了許多熱情的反饋，大家將我們的3D掃描融入到各自的藝術(shù)作品、電子游戲設(shè)計和其他學(xué)科中，”Gagliardi說。“有生物學(xué)家們幫助我們鑒定了一些標(biāo)本。像是我們在Sketchfab上一直標(biāo)記為栗鼠頭骨的項目，結(jié)果卻是麝鼠頭骨。”
行之有效的方法
疫情期間，掃描過程也必須隨之改變。由于幾乎每個人都在遠(yuǎn)程工作和學(xué)習(xí)，因此Gagliardi根據(jù)師生的要求開始掃描不同的標(biāo)本，來補(bǔ)充到數(shù)字館藏當(dāng)中。
Bissonnette說：“將標(biāo)本補(bǔ)充到虛擬館藏中變得不僅僅是師生認(rèn)為的一件有趣的事情，能夠繼續(xù)訪問藏品才是至關(guān)重要的。”
盡管每種類型的樣本都是獨一無二的，但在實驗室中掃描的大多數(shù)對象都遵循相同的方法掃描。
首先，掃描對象的頂部和側(cè)面，然后將其翻轉(zhuǎn)再次掃描底部和側(cè)面。該團(tuán)隊還采用了ORANGEMONKIE的可折疊燈箱來實現(xiàn)均勻照明的高品質(zhì)紋理，外加使用讓掃描更加平穩(wěn)的電動轉(zhuǎn)盤。
“從我第一次使用掃描儀，就被驚艷了，尤其是看到了Artec Studio軟件展現(xiàn)的強(qiáng)大功能，”Gagliardi說。“當(dāng)你生成一個原始掃描，你覺得還不錯，看起來像是我正在掃描的物體。但最終作品，定稿的網(wǎng)格，與最初的掃描相比是如此的精致，以至于每次得到最終的成品我都大為震撼。”
掃描完成后，團(tuán)隊使用Artec Studio中的智能模式處理數(shù)據(jù)。完成后，最終模型會直接導(dǎo)出到Sketchfab，或者在某些情況下，先導(dǎo)出到Blender進(jìn)行額外的后期處理。Gagliardi補(bǔ)充道：“Artec Studio提供的掃描數(shù)據(jù)質(zhì)量很高，所以通常我們只需導(dǎo)出掃描，就可以直接使用了。”
目前，數(shù)字館藏有500-600份掃描，其中近400份已經(jīng)可以在Sketchfab中下載。
未來計劃
通過創(chuàng)建3D掃描標(biāo)本虛擬圖書館，自然實驗室團(tuán)隊讓人們有機(jī)會接觸Edna Lawrence傳奇收藏中的一些珍貴的自然文物——而不僅限于羅德島設(shè)計學(xué)院的師生，還包括公立學(xué)校和可能無法獲得此類資源的機(jī)構(gòu)。這也使得他們與同樣使用Artec掃描儀、攝影測量或其他數(shù)字化方法的大學(xué)和博物館建立了聯(lián)系和合作。
“我不斷收到來自羅德島設(shè)計學(xué)院的藝術(shù)和科學(xué)界專業(yè)人士和業(yè)余愛好者的評論、感謝和詢問的消息，”Gagliardi說。“最近，來自世界博物館技術(shù)服務(wù)提供商之一的項目經(jīng)理聯(lián)系了我，向我詢問他們是否可以將我們的彩龜模型用于鑄造項目。這個平臺的獨特資源帶來的廣泛影響力和各種交流讓我印象深刻。”
虛擬藏館對師生和其他用戶具有重要的價值，所以現(xiàn)在需要培訓(xùn)他們?nèi)绾问褂?/span>Artec Spider創(chuàng)建自己的3D模型。羅德島設(shè)計學(xué)院提供的遠(yuǎn)程課程中，大量的使用數(shù)字藏館作為學(xué)習(xí)工具，而且隨著學(xué)校通過數(shù)字平臺向更多受眾推廣繼續(xù)教育計劃，更視為一項寶貴的資產(chǎn)。
“我們將堅定地執(zhí)行構(gòu)建遠(yuǎn)程數(shù)字資源的計劃，”Gagliardi說。“通過疫情讓我們了解到它們更多的價值。如果沒有Artec Spider，我們今年無法在遠(yuǎn)程化方面取得如此的成就。”
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