3D掃描儀
· Artec Space Spider
概要：世界上擁有冰河時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：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，用于保護和研究，并在未來向公眾開放。
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。當猛犸象、野牛、馬、地懶、駱駝等跋涉來此喝水解渴時，它們可能會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）等獵食動物，見到深陷瀝青的動物，就會慢慢靠近，想要美餐一頓。但最終，獵物和捕手都在地面慢慢死去，它們的部分遺體會隨著時間的流逝，最終被埋于滿是瀝青的沉積物中。
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350萬件標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
青坑對全球古生物學(xué)者而言，是一個名副其實的寶庫，這里保存著大量保存完整的化石標本。比如說，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過3600只懼狼遺骸，還有瀝青中發(fā)現(xiàn)的數(shù)萬件其他化石。
拉布雷亞瀝青坑的91號坑
研究人員多年來已經(jīng)為這些標本進行了諸多研究，包括放射性碳年代測定，以及其他分子鑒定，揭示多年來與環(huán)境和人類活動相關(guān)的生物變化。放射性碳年代測定讓我們知道這些古生植物、昆蟲、鳥類、爬行動物、兩棲動物、哺乳動物、貝類的具體年代，并逐漸了解人類在此定居前的幾千年前，周圍環(huán)境如何。
這不僅有助于我們了解過去，同時也能幫助科學(xué)家精確解釋當前環(huán)境中的變化，更好預(yù)測幾十年、幾百年后的變化，以協(xié)助制定保護規(guī)劃。
拉布雷亞瀝青坑100多個坑中的91號坑所發(fā)現(xiàn)的化石
放射性碳年代測定是一種破壞性測試，在此之前，博物館會制作化石石膏模具，保護原物用于研究。采用數(shù)碼單反相機的攝影測量法用于每件標本，但處理時間總是很長，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，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確度，采用3D打印和視覺化，可以帶來諸多全新可能，更不用說順利實現(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)銷商Rapid Scan 3D的3D掃描專家向他們推薦了Artec Space Spider，這是一款專業(yè)手持式結(jié)構(gòu)光掃描儀，可快速制作計量級3D模型，甚至包括那些帶有復(fù)雜有機外形的物體，如化石。Space Spider精度可達0.05毫米，每塊化石僅需數(shù)分鐘，就能完成過去一個多小時的工作量。
Rapid Scan 3D的Chris Strong說道，“考慮到拉布雷亞瀝青坑化石和骨骼3D掃描對細節(jié)的要求，顯然，Artec Space Spider是一個正確的選擇。Space Spider攜帶方便，無論對于新手還是資深用戶，操作都非常簡單。我們可以在幾分鐘內(nèi)捕獲高分辨率的彩色信息。多年來，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。這項技術(shù)也能用于文物保護和骨骼、化石的掃描?！?
Carrie Howard握著瀝青中挖掘出來的駱駝第六塊頸椎
用拉布雷亞成像專家Carrie Howard的話說，“Space Spider能精準捕獲骨骼的復(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，劍齒虎長長的上頜犬齒，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補充道，“初期項目之一包括了400件標本。我們迅速完成了掃描和處理，開始了其他標本項目?，F(xiàn)在，我們處理的標本數(shù)量遠遠超過了過去，使用攝影測量法時，同樣的工作量，我們需要三倍時間。”
博物館23號挖掘項目出土的懼狼椎骨
Howard采用Space Spider進行3D掃描，大多情況下僅需幾分鐘：她只要把標本放在小型旋轉(zhuǎn)臺上，拿起Space Spider，上下移動掃描儀的同時，慢慢轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)臺，就能捕獲每個角度和表面。掃描過程中，掃描儀軟件Artec Studio還能實時顯示掃描效果。有遺漏區(qū)域會立刻體現(xiàn)，方便及時補救。隨后將標本轉(zhuǎn)個身，重復(fù)該步驟即可。
使用Artec Space Spider為懼狼顎骨進行3D掃描
隨后Artec Studio進行后期處理，負責將掃描對齊配準，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，博物館測試了Artec Micro，這是一款全自動計量級桌面式3D掃描儀，用于掃描小型物體，精度高達10微米。博物館擁有一系列小型標本藏品，包括各種動植物，如鳥骨、淡水螺、各類種子。掃描流程相當簡單：只要將標本放置在Micro掃描平臺上，點擊幾下鼠標，掃描儀就會自動完成剩余工作。工作臺會搖擺旋轉(zhuǎn)，Micro結(jié)構(gòu)藍光和雙攝像頭將從各個角度，捕獲標本表面的所有特征。
正如上圖所示，博物館訪客可以從玻璃另一側(cè)看到工作中的Space Spider，還能實時看到化石3D成像（通過Artec Studio）。3D掃描窗另一側(cè)正是博物館的化石實驗室，這里被戲稱為“玻璃魚缸”，是半圓形的玻璃實驗室，兒童和成人都可近距離觀看古生物學(xué)家篩檢、清洗、標注各類化石的過程。
《冰河時代的巨人》中困在瀝青中的猛犸象和劍齒虎
博物館始終在考慮構(gòu)建一個在線3D標本模型數(shù)據(jù)庫，供全球研究人員使用，并向當?shù)睾途W(wǎng)絡(luò)人群公開，比如學(xué)校、高校等，這是博物館目前和未來的工作重心。
另外兩個項目，盡管當前還在探索研發(fā)階段，將采用AR（增強現(xiàn)實）來提升公眾和拉布雷亞瀝青坑古生物資源的互動品質(zhì)，可通過互動式和沉浸式展品來實現(xiàn)。這類項目需要博物館Space Spider和其他數(shù)字科技制作的3D模型，來提升公眾的科學(xué)知識，減少全社會對科學(xué)的誤解。
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