Artec Space Spider在拉布雷亚沥青坑的3D扫描

12000年前,加州洛杉矶中心地带的浅层地表发现了大量天然沥青沉积。溪流和池边更是如此。当猛犸象、野牛、马、地懒、骆驼等跋涉来此喝水解渴时,它们可能会陷入渗透至地表外的粘稠沥青中。只要1.5英寸(4厘米)厚的液态沥青,就足以困住一头野牛甚至猛犸象。

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包括惧狼(Canus dirus)、剑齿虎(Smilodon fatalis)、美洲狮(Panthera leo atrox)等猎食动物,见到深陷沥青的动物,就会慢慢靠近,想要美餐一顿。但最终,猎物和捕手都在地面慢慢死去,它们的部分遗体会随着时间的流逝,最终被埋于满是沥青的沉积物中。

自从1906年,科学家开始研究这些沥青沉积物中发掘的化石,它们都存放于拉布雷亚沥青坑博物馆。目前,共有超过350万件标本在拉布雷亚沥青坑被陆续发现。这些化石的放射性碳元素显示,它们拥有50000年之久的历史。

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博物馆发掘

青坑对全球古生物学者而言,是一个名副其实的宝库,这里保存着大量保存完整的化石标本。比如说,他们已经发现了超过3600只惧狼遗骸,还有沥青中发现的数万件其他化石。

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拉布雷亚沥青坑的91号坑

研究人员多年来已经为这些标本进行了诸多研究,包括放射性碳年代测定,以及其他分子鉴定,揭示多年来与环境和人类活动相关的生物变化。放射性碳年代测定让我们知道这些古生植物、昆虫、鸟类、爬行动物、两栖动物、哺乳动物、贝类的具体年代,并逐渐了解人类在此定居前的几千年前,周围环境如何。

这不仅有助于我们了解过去,同时也能帮助科学家精确解释当前环境中的变化,更好预测几十年、几百年后的变化,以协助制定保护规划。

放射性碳年代测定是一种破坏性测试,在此之前,博物馆会制作化石石膏模具,保护原物用于研究。采用数码单反相机的摄影测量法用于每件标本,但处理时间总是很长,而且还有大量化石等待加工。

后来,他们了解到3D扫描在古生物学中的应用,它能迅速提升工艺速度和准确度,采用3D打印和视觉化,可以带来诸多全新可能,更不用说顺利实现数字归档。

3D扫描专家向他们推荐了Artec Space Spider,这是一款专业手持式结构光扫描仪,可快速制作计量级3D模型,甚至包括那些带有复杂有机外形的物体,如化石。Space Spider精度可达0.05毫米,每块化石仅需数分钟,就能完成过去一个多小时的工作量。

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Artec Space Spider

Chris Strong说道,“考虑到拉布雷亚沥青坑化石和骨骼3D扫描对细节的要求,显然,Artec Space Spider是一个正确的选择。Space Spider携带方便,无论对于新手还是资深用户,操作都非常简单。我们可以在几分钟内捕获高分辨率的彩色信息。多年来,我们也在航空航天和医疗领域大量使用Artec扫描仪,效果很好。这项技术也能用于文物保护和骨骼、化石的扫描。”

用拉布雷亚成像专家Carrie Howard的话说,“Space Spider能精准捕获骨骼的复杂几何。部分外形和表面特征很难捕获,比如野牛肋骨的平滑弧度,剑齿虎长长的上颌犬齿,还有短面熊跖骨,我还可以举很多例子…… Space Spider全部都能捕获,制成栩栩如生的高精度彩色3D模型。”

Howard补充道,“初期项目之一包括了400件标本。我们迅速完成了扫描和处理,开始了其他标本项目。现在,我们处理的标本数量远远超过了过去,使用摄影测量法时,同样的工作量,我们需要三倍时间。”

Howard采用Space Spider进行3D扫描,大多情况下仅需几分钟:她只要把标本放在小型旋转台上,拿起Space Spider,上下移动扫描仪的同时,慢慢转动旋转台,就能捕获每个角度和表面。扫描过程中,扫描仪软件Artec Studio还能实时显示扫描效果。有遗漏区域会立刻体现,方便及时补救。随后将标本转个身,重复该步骤即可。

随后Artec Studio进行后期处理,负责将扫描对齐配准,制成完整的“完美数字复制品”3D模型,并以OBJ文件格式导出并存档。

近期,博物馆测试了Artec Micro,这是一款全自动计量级桌面式3D扫描仪,用于扫描小型物体,精度高达10微米。博物馆拥有一系列小型标本藏品,包括各种动植物,如鸟骨、淡水螺、各类种子。扫描流程相当简单:只要将标本放置在Micro扫描平台上,点击几下鼠标,扫描仪就会自动完成剩余工作。工作台会摇摆旋转,Micro结构蓝光和双摄像头将从各个角度,捕获标本表面的所有特征。


博物馆始终在考虑构建一个在线3D标本模型数据库,供全球研究人员使用,并向当地和网络人群公开,比如学校、高校等,这是博物馆目前和未来的工作重心。

另外两个项目,尽管当前还在探索研发阶段,将采用AR(增强现实)来提升公众和拉布雷亚沥青坑古生物资源的互动品质,可通过互动式和沉浸式展品来实现。这类项目需要博物馆Space Spider和其他数字科技制作的3D模型,来提升公众的科学知识,减少全社会对科学的误解。

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