3D掃描儀用于動物骨骼化石三維掃描建模和數(shù)字化研究
骨骼作為脊椎動物身體的基礎(chǔ)，不僅有支撐、保護、運動等功能，其極致的形態(tài)和精密的結(jié)構(gòu)中也隱藏著生物的系統(tǒng)發(fā)育、生活方式，乃至生存環(huán)境和生命演化的秘密
3D掃描儀用于動物骨骼化石三維掃描建模和數(shù)字化研究
借助于3D掃描技術(shù)，完整的動物骨骼和骨骼碎片都可以被精確復(fù)制，轉(zhuǎn)化為便于研究、傳輸和展示的3D數(shù)字模型。這一數(shù)字化手段在自然考古、教學(xué)研究、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域正發(fā)揮著越來越重要的作用。
本期案例我們將穿越遠古與現(xiàn)代，跨越陸地與海洋，借智能手持式激光3D掃描儀的雙目視覺，見證不同骨骼的形態(tài)之美，及其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用價值。
AtlaScan智能手持式三維掃描儀
CASE 01 明星物種化石 | 3D檔案
▲明星物種化石 | 3D檔案
被譽為“活化石”的國寶大熊貓歷經(jīng)數(shù)百萬年的滄海桑田生存至今，其真正的骨骼化石也珍貴無比，為探究生物進化及環(huán)境變化等提供了重要證據(jù)。
我們的客戶需要對一件距今幾十萬年的大熊貓頭骨化石進行數(shù)據(jù)采集，為其建立數(shù)字檔案。中觀給出了【3D掃描 自動貼圖】的解決方案，可以非接觸方式快速獲取化石的高精度3D點云模型，同時真實還原表面的紋理色彩。
▲借助桌面標志點對熊貓頭骨化石進行掃描，無需在化石表面粘貼標志點。
▲掃描數(shù)據(jù)1:1精確還原化石的完整結(jié)構(gòu)形態(tài)。
▲結(jié)合ArtMapping貼圖軟件，實現(xiàn)二維影像紋理與三維激光點云數(shù)據(jù)的自動配準、融合，操作智能高效
通過三維掃描技術(shù)獲取的化石3D數(shù)據(jù)，可以永久存檔，為大熊貓骨骼數(shù)據(jù)庫的建立和后續(xù)研究保護工作提供信息保障；也可以用于博物館的數(shù)字化展示，或者結(jié)合3D打印等推出系列科普產(chǎn)品，方便以生動多元的手段推動古生物科學(xué)的傳播。
CASE 02 動物骨骼教學(xué) | 3D展示
動物骨骼標本可以清晰直觀地展示動物身體內(nèi)部的骨骼構(gòu)造，它是研究骨骼形態(tài)結(jié)構(gòu)，以及與其他系統(tǒng)、組織、器官相互關(guān)系的主要材料，在教學(xué)、科研以及科學(xué)傳播領(lǐng)域都有不可替代的作用。
客戶有一批動物骨骼，為了改善教學(xué)效果，更好地進行展示，希望借助3D掃描儀獲取骨骼的三維數(shù)據(jù)，要求細節(jié)清晰，數(shù)據(jù)完整，并且能夠適配后期的貼圖需求。中觀給出的解決方案是先整體掃描再拆分掃描，這樣既能保證整體骨架的形態(tài)，又能保證每一塊骨骼的數(shù)據(jù)完整性。
▲固定狀態(tài)的骨架進行整體掃描
首先是對處于固定狀態(tài)的骨架進行整體掃描，獲取骨骼與骨骼間的相對位置與姿態(tài)。然后將整體骨架進行拆分后，再對每一塊骨骼分別進行掃描，獲取單塊骨骼的完整數(shù)據(jù)。
▲整體掃描數(shù)據(jù)，僅關(guān)節(jié)連接處或骨骼間相互遮擋處無法掃描完全。
▲最后將每一塊骨骼的掃描數(shù)據(jù)，參照整體坐標系進行對齊拼合，得到完整的骨架模型。
這樣獲取的動物骨骼3D模型，數(shù)據(jù)完整無缺，高度還原了骨架的完整形態(tài)以及每一處細節(jié)。在教學(xué)中，可以對骨骼整體進行360°旋轉(zhuǎn)、縮放和平移展示，也可以將每一塊骨頭單獨拿出來展示分析，極大地改善了教學(xué)演示的效果，而不必反復(fù)拆解真實的骨骼標本。
CASE 03 海洋生物脊骨 | 3D研究
在不斷深入的研究工作中，全方位空間信息的采集和展示也越來越重要。針對某海洋科研院所的一具海洋生物脊骨，我們同樣采用了“先整體后拆分”的掃描方法進行數(shù)據(jù)采集。
▲先對處于完整狀態(tài)的骨骼進行掃描，使骨骼整體處在同一坐標系下，同時還原骨骼本身的完整形態(tài)。
▲將每一節(jié)脊椎骨拆分后，再逐一掃描，獲取單節(jié)脊椎骨的完整3D數(shù)據(jù)。
▲將單節(jié)脊椎骨在整體坐標系下進行拼接，即可得到完整脊骨的三維數(shù)據(jù)（上圖僅部分拼接示意）。
精確的3D模型能夠真實再現(xiàn)動物骨骼的原貌，可以幫助科研人員高效便捷地開展觀察和研究工作，并為學(xué)術(shù)成果的展示分享提供了超越2D照片的豐富信息量。
人類與環(huán)境共生共存，探尋生命的起源與演化，也是在為人類和地球的未來尋找預(yù)示與方向。微觀——更高的清晰度與準確度，宏觀——專業(yè)的數(shù)據(jù)庫和大數(shù)據(jù)應(yīng)用，這是當前生命科學(xué)研究的發(fā)展趨勢，而三維激光掃描技術(shù)兼具高精度和數(shù)字化的優(yōu)勢，可以為廣大科研/教育工作者提供高效、便利的智能工具。
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