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3D掃描儀

·         Artec Space Spider

概要：美國全國多家博物館希望能展出這套位于丹弗博物館的劍龍骨架復(fù)制品。這套骨架高9英尺（約2.7米）、長26英尺（約8米）。

目標(biāo)：為劍龍進(jìn)行細(xì)致的彩色3D掃描，并制作可查看/打印的完美3D模型。

使用工具：Artec Space Spider, Artec Studio

科羅拉多州的標(biāo)志Kessler Stegosaurus恐龍在Artec Spider 3D掃描儀的幫助下為當(dāng)?shù)夭┪镳^制作出一座1:1的3D打印模型。

在眾多恐龍展中，具代表性的場景莫過于丹佛自然科學(xué)博物館中迎面相對的Stegosaurus和Allosaurus恐龍了。Stegosaurus 26英尺長，是代表科羅拉多州的州恐龍。州恐龍指的并不是這一恐龍種類，而是這一尊標(biāo)本本身。Stegosaurus是大型食草恐龍，體重高達(dá)10噸，居住在1億5000萬年前的科羅拉多州區(qū)域。Stegosaurus的特別之處并非因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)于科羅拉多州卡農(nóng)城，也不是因?yàn)樵诎l(fā)現(xiàn)時，它幾近完整，盡管這點(diǎn)對于恐龍發(fā)現(xiàn)來說已是非常罕見。它真正的特別之處在于這座化石是在 1936年由一群正在野外搜索化石的高中生找到的，他們的老師Frederick Carl Kessler還安排了與專業(yè)古生物學(xué)家合作，一起挖掘了這座骨骼化石。

丹佛自然博物館中出展的Stegosaurus（右）與Allosaurus

Mike Triebold帶著科羅拉多州伍德蘭公園的Triebold Paleontology, Inc. (TPI) 登場了。TPI負(fù)責(zé)骨骼化石的修復(fù)與搭建，制作骨骼模型，并輸送至世界各地的博物館。公司客戶包括位于紐約的美國自然歷史博物館、位于匹茲堡的卡內(nèi)基博物館、位于華盛頓的史密森尼博物院等等。TPI總部收藏了大量骨骼模具和原始化石標(biāo)本，并在公司的互動式自然歷史博物館落基山恐龍資源中心（Rocky Mountain Dinosaur Resource Center）中展出。

Mike Triebold正計劃將Stegosaurus加入模具藏品中，而且有心儀的對象。他希望能夠盡全力制作出位于丹佛博物館的著名Kessler Stegosaurus恐龍，因?yàn)槿禄始覇讨慰铸報w驗(yàn)館（Royal Gorge Dinosaur Experience）在卡農(nóng)城建成，他們希望能在卡農(nóng)市展出一套Kessler收藏的Stegosaurust。體驗(yàn)館的主人Zach Reynolds的祖父在40-60年代間，常常與Kessler一同前往恐龍挖掘現(xiàn)場，所以與當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)和這個家族，都有著千絲萬縷的聯(lián)系。

通過協(xié)商，在丹佛博物館的祝福下，這一項目正式開始了。

這項標(biāo)本的制作由于一些因素而變得有些復(fù)雜。標(biāo)本大小正是其中之一。這座恐龍標(biāo)本26英尺長，其頸部、背部與尾部還布滿鱗甲，高達(dá)9英尺。通常情況下，尺寸大小不會成為太大的問題，因?yàn)槊繅K骨頭都可以用硅樹脂制模，再使用液態(tài)塑料鑄模。而這款標(biāo)本的每塊骨骼都沒有放置于架子上。在上世紀(jì)90年代，它就被永久地固定成型并整體出展，從此變得不可拆分。骨骼四周被鋼鐵焊接包圍，并用油灰填塞，所以不可能單獨(dú)使用硅樹脂對每塊骨骼制模。

為復(fù)制這一標(biāo)本，TPI的Matt Christopher需使用3D掃描來進(jìn)行制模?！拔覀冎荒軐@個一體式骨架進(jìn)行三維數(shù)字化操作，然后進(jìn)行3D打印，”Matt說道?！俺叽绾捅砻婕?xì)節(jié)都需要和硅樹脂模具足夠接近，這樣我們才能對3D打印文件進(jìn)行手動調(diào)整，從而確保最終效果同原始標(biāo)本別無二致?！?

TPI同時使用了Artec Spider結(jié)構(gòu)光3D掃描儀與3D掃描與處理軟件Artec Studio來完成這項工作。掃描儀由Artec當(dāng)?shù)睾献魃蘰artner 3D Printing Colorado提供?！癆rtec Spider捕獲到了所有我們需要的細(xì)節(jié)，”Matt說道。

Artec Studio中Kessler Stegosaurus的最終模型，側(cè)視圖

工作人員用Spider掃描每塊骨骼及骨骼區(qū)域，并在Artec Studio中作為單獨(dú)項目處理?！安捎眠@種方法勢必要求工作人員爬進(jìn)恐龍胸腔（沒錯，Stegosaurus的胸腔完全可以容納下一位成年人）來采集恐龍背椎和胸腔、肩甲和臀部的內(nèi)側(cè)面，”Matt說道?！拔覀冞€需要爬上一架梯子，做出各種奇怪的姿勢，來采集恐龍背部的扇形鱗甲。最終，我們還是能夠捕獲到所有需要的部分，包括鼻尖到尾部末端的骨尖。”

最后，在Artec Studio中，總共生成了71個獨(dú)立掃描項目，涵蓋629份獨(dú)立掃描。為節(jié)省時間，總數(shù)量已有所控制，省略了那些可以通過對稱變換得到的部分，例如上肢、腿部和肋骨。

每份掃描都需要在Artec Studio中進(jìn)行對齊、剪切，并轉(zhuǎn)換成3D網(wǎng)格文件?！癆rtec Studio中的對齊功能對這一項目而言尤為重要，”Matt說道?！皰呙鑼R非常簡單，只要將掃描手動放置于大概的位置，對齊工具便會自動對齊至完美的效果。使用Artec Studio將對齊后的掃描制作并生成網(wǎng)格，我們還可以根據(jù)具體操作或3D打印要求，提取所需的細(xì)節(jié)?！?

Artec Studio中的濾網(wǎng)功能使導(dǎo)出后的網(wǎng)格毫無人為痕跡，這一功能移除了所有小于主掃描的元素。小空洞通過Artec Studio中的空洞填補(bǔ)算法自動填補(bǔ)?！叭粑覀儝呙栉唇M裝的單獨(dú)骨骼塊，那么使用Artec Studio生成完整水密性網(wǎng)格就會非常簡單，無需進(jìn)行任何后期處理，”Matt說道?！翱紤]到要移除鋼制支架，以及需要重建遮擋部分，水密網(wǎng)格對重建Stegosaurus而言并不可行，也無必要。”

最終生成的網(wǎng)格被導(dǎo)入ZBrush，來拆分關(guān)節(jié)部分，重建3D掃描儀無法觸及的部分，例如關(guān)節(jié)連接的骨骼間隙，并移除遮擋部分骨骼表面的鋼制支架。

Artec Studio中Kessler Stegosaurus的成品模型，前視圖

TPI有諸多3D打印機(jī)可用，包括小型桌面Formlabs Form2 SLA打印機(jī)和Titan Robotics的大尺寸Atlas打印機(jī)。在多臺打印機(jī)的共同努力下，整套骨骼在6個月后打印完成。之后，工作人員對骨骼表面進(jìn)行了一些整理工作，準(zhǔn)備在內(nèi)部加入鋼制支架，并加入一些關(guān)節(jié)模具連接單獨(dú)的骨骼，從而制作出實(shí)體模型。每份完成或組裝好的骨骼部分被稱為母體。這些母體隨后采用優(yōu)質(zhì)液體硅橡膠從兩部分模具制成多部分模具；TPI在這方面已有30年的經(jīng)驗(yàn)了。

完成后的模具隨后與內(nèi)部鋼架一起放入，并在鑄造過程中包上塑料樹脂?！颁摷苤車艘粚铀芰?，所以不需要再使用會遮擋骨骼的外部支架，”Mike說道?！爸Ъ芡鈬煤?，我們就可以讓骨骼擺出無數(shù)造型，并焊接每個塑料鑄件中的鋼制部位。組裝好的骨架隨后便可進(jìn)行手繪與運(yùn)輸了?！?

現(xiàn)在的項目已經(jīng)完成，將長期出展于科羅拉多卡農(nóng)城的皇家喬治恐龍體驗(yàn)館（www.dinoxp.com），并于5月19日周六正式揭幕。Zach Reynolds、他的家人與父親Dave現(xiàn)在終于可以在未來與大家分享這項重大發(fā)現(xiàn)了。

Mike表示，該項目放在幾十年前是絕對不可能完成的?！岸嗵澚薃rtec Spider，我們才能夠結(jié)合傳統(tǒng)制模方式與新科技，無需接觸標(biāo)本，就制作出大型恐龍的精確復(fù)制品，”他補(bǔ)充道?！敖酉聛?，就該考慮Allosaurus啦…”