3D掃描儀
· Artec Space Spider
挑戰(zhàn)：為日本長(zhǎng)崎恐龍博物館一頭6600萬年前的霸王龍骨骼制作全新三維形象，追求更高品質(zhì)和更多細(xì)節(jié)，以替換之前掃描過的骨骼模型，有些已經(jīng)缺失，有些質(zhì)量較差。
解決方案：Artec Space Spider, Artec Studio, Autodesk Maya, ZBrush, Geomagic Wrap, Simplify3D和Cura；3D打印機(jī) – Ultimaker, Builder Extreme 1500
效果：重新掃描后完成高分辨率3D骨骼模型，準(zhǔn)備進(jìn)行3D打印并組裝成完整骨架。
2014-2016年，第一次為Trix順利完成重建后，Naturalis生物多樣性中心團(tuán)隊(duì)決定購(gòu)置一臺(tái)屬于自己的三維掃描儀。
通過深入研究，并與荷蘭供應(yīng)商多次交流，中心研究團(tuán)隊(duì)最終選擇了Artec Space Spider，從準(zhǔn)確度、性能和易用性角度來說，這款產(chǎn)品都表現(xiàn)出眾，非常適合研究中心的各類任務(wù)。和上次一樣，這次的掃描儀同樣是由埃太科長(zhǎng)期合作商兼大使4C Creative CAD CAM Consultants提供的。
“對(duì)我們來說，可以用Space Spider重建恐龍了，這點(diǎn)很重要。究竟哪種掃描儀對(duì)我們而言又好又方便？經(jīng)討論，我們最終選擇了Space Spider，因?yàn)樗采w了我們大部分需求，”Naturalis恐龍項(xiàng)目主管Hanneke Jacobs說道。
“這頭地球上有史以來體型最大的食肉動(dòng)物，還是離不開先進(jìn)的掃描技術(shù)。埃太科再次提供了這樣的服務(wù)！”4C主管Edwin Rappard說道。“很自豪Naturalis選擇了Artec Space Spider完成多年前Artec Eva的任務(wù)。埃太科的技術(shù)甚至支持將2016年的Eva數(shù)據(jù)和Space Spider的新數(shù)據(jù)結(jié)合起來，提供了解決方案。”
要掃描帶有復(fù)雜精密幾何的小型部件，如骨骼和各類化石，輕巧而強(qiáng)大的Artec Space Spider是理想之選，分辨率高，精度效果穩(wěn)定。說來也巧，不久之前，該中心和位于長(zhǎng)崎的日本恐龍博物館簽署了一項(xiàng)協(xié)議，為Trix制作第一個(gè)復(fù)制品，名字很簡(jiǎn)單，就叫“3D Trix”。也就是說，著名的霸王龍即將和埃太科掃描儀再次相遇。
3D Trix：從三維掃描到組裝骨架
經(jīng)過Space Spider和Artec Studio軟件的簡(jiǎn)單培訓(xùn)后，負(fù)責(zé)霸王龍骨架二次重建工作的3D建模師和Naturalis解剖學(xué)家Pasha van Bijlert開始工作了。
在對(duì)Space Spider和Artec Studio軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單培訓(xùn)后，3D建模師van Bijlert開工了（供圖：Hanneke Jacobs）。
Trix的骨架由大約320塊骨頭組成。其中大部分已經(jīng)用Artec Eva掃描過了，包括古老的肋骨、尾巴和椎骨。也就是說，Pasha不必重新掃描整個(gè)骨架，只要掃描細(xì)節(jié)不夠豐富和質(zhì)量欠佳的骨骼即可。例如，腳骨、下巴和頭骨。這為他節(jié)省了大量時(shí)間，能更加專注于缺失細(xì)節(jié)的建模，并補(bǔ)充到最終的3D骨架上。
首先，Pasha借助Autodesk Maya，將所有掃描好的3D模型擺成栩栩如生、令人望而卻步的霸王龍形象，它似乎要一口吞噬眼前的獵物。然后，他開始著手處理需要重新掃描和修復(fù)的骨骼。
3D打印完成的3DTrix上頭骨部分，邊上的是Naturalis生物多樣性中心的原始霸王龍骨架（供圖：Hanneke Jacobs）
Pasha總共只花了幾天時(shí)間，就為所有缺失部位完成了掃描，后來，又花了幾周時(shí)間進(jìn)行處理，并將它們合并成完整3D模型。
后期處理的步驟，每塊骨骼都不盡相同。Pasha說：“如果我能夠從各個(gè)角度掃描一塊骨頭，那只要對(duì)齊掃描結(jié)果即可，可能要去除地面或周圍的物體，然后在Artec Studio中進(jìn)行融合，”他說這個(gè)項(xiàng)目不需要紋理。關(guān)于Artec Studio中的工作流程，他還表示：“我特別喜歡對(duì)齊工具，因?yàn)槌藛畏輶呙瑁氵€可以將‘成品’模型對(duì)齊到不同的位置。”
對(duì)于一些質(zhì)量欠佳的掃描，例如，如果骨頭在完全修復(fù)前就完成了掃描，或者是在安裝好后進(jìn)行的掃描，那么就需要同時(shí)使用Artec Studio、Geomagic Wrap和Zbrush進(jìn)行大量后期處理，來彌補(bǔ)缺失的數(shù)據(jù)。
他說：“在可能的情況下，我會(huì)用鏡像法，或移植其他骨面來填補(bǔ)平坦的區(qū)域。在某些情況下，我不得不根據(jù)Trix和其他霸王龍標(biāo)本的照片，手工雕刻出缺失的區(qū)域。”
尾骨修復(fù)和全新造型
為了讓全新3D Trix看起來更逼真，Pasha還做了幾項(xiàng)工作，包括替換Trix從其他標(biāo)本上拿來的鑄型骨骼，質(zhì)量欠佳，其中包括一塊尾骨，來自已被拍賣的霸王龍Stan。根據(jù)長(zhǎng)崎博物館的要求，Pasha還要為3D Trix制作一個(gè)攻擊造型。
Naturalis重建的霸王龍?jiān)煨停使粼煨偷?/span>3D Trix（供圖：Hanneke Jacobs）。
為了得到更逼真的效果，3D建模師還把3D Trix的膝蓋靠攏。Pasha仔細(xì)觀察了恐龍腳印化石，發(fā)現(xiàn)原始Trix和其他霸王龍兩腿分開，完全不正確。他還把脊柱骨移得更近，因?yàn)楦鶕?jù)設(shè)計(jì)要求，新模型不用像原始骨架那樣被拆散。
準(zhǔn)備3D打印
經(jīng)過后期處理工等藝，Pasha將完整骨骼導(dǎo)入Rhino，為內(nèi)部鋼架部分建模，這些鋼架從內(nèi)部支撐著高聳的骨架。
3D打印3D Trix的下頜部分（供圖：Hanneke Jacobs）
通過Simplify3D和Cura對(duì)完成的模型切片處理后，終于要為全部骨骼進(jìn)行3D打印和上色處理了！指甲和牙齒等小部件是在幾臺(tái)小型Ultimaker打印機(jī)上進(jìn)行，使用的是PLA（聚乳酸）生物塑料，這是一種堅(jiān)固耐用的回收材料，可在特殊條件下生物降解。較大的骨頭是通過兩臺(tái)大型Builder Extreme 1500 3D打印機(jī)完成的。
Naturalis生物多樣性中心展覽的3D Trix完整組裝骨架（供圖：Hanneke Jacobs）
最后一步是給骨頭上色，然后根據(jù)3D模型，把骨頭一塊一塊穿到提前設(shè)計(jì)擺放好的框架上。
3D打印和4500萬平方毫米的丙烯酸涂料上色，花了近一年時(shí)間，3D Trix的特殊重建工作終于在2020年底完成。事實(shí)上，恐龍骨架的打印和組裝過程是在Naturalis的“Live Science ”展廳進(jìn)行的，參觀者可以見證整個(gè)過程。新的霸王龍將很快被運(yùn)往日本新家。
在Naturalis內(nèi)組裝3D Trix
Leo
重建完成后，Naturalis團(tuán)隊(duì)決定在再增加一臺(tái)埃太科掃描儀，考慮到恐龍的大小，他們選中了Artec Leo， 這無疑是個(gè)明智的決定。
“Leo可以輕松掃描大型骨骼，為我們節(jié)省了大量時(shí)間，”Hanneke說道。“掃描變得更簡(jiǎn)單了。另外，操作體驗(yàn)也獨(dú)具未來感！”
配合使用兩臺(tái)掃描儀，對(duì)團(tuán)隊(duì)而言，正是一個(gè)理想的解決方案。“現(xiàn)在，對(duì)于較小的骨頭我們用Space Spider掃描小骨骼，用Leo掃描大骨骼。2組數(shù)據(jù)可以組合”。
有了這兩臺(tái)掃描儀，中心其他部門也來找Hanneke和她的團(tuán)隊(duì)為他們掃描。“有次，我掃描了一塊巨大的猛犸象髖骨，[現(xiàn)在]已經(jīng)被打印出來，裝在了一副骨架上。大家知道我們有了掃描儀，找過來也很方便。它已經(jīng)是我們工具箱的常駐成員了。”
研究人員說，該地區(qū)有大量骨骼化石，至少未來20年，他們都不得消停了。其實(shí)，Naturalis團(tuán)隊(duì)已經(jīng)計(jì)劃從懷俄明州一路前往安哥拉。
期待Naturalis團(tuán)隊(duì)的下一件作品！
Naturalis夢(mèng)之隊(duì)（從左往右）：Mickel van Leeuwen, Pasha van Bijlert, Donald vd Burg, Hanneke Jacobs, Ashwin van Grevenhof, Wilco de Pineda (供圖：Hanneke Jacobs)
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