3D扫描仪

· Artec Space Spider

挑战：为日本长崎恐龙博物馆一头6600万年前的霸王龙骨骼制作全新三维形象，追求更高品质和更多细节，以替换之前扫描过的骨骼模型，有些已经缺失，有些质量较差。

解决方案：Artec Space Spider, Artec Studio, Autodesk Maya, ZBrush, Geomagic Wrap, Simplify3D和Cura；3D打印机 – Ultimaker, Builder Extreme 1500

效果：重新扫描后完成高分辨率3D骨骼模型，准备进行3D打印并组装成完整骨架。

2014-2016年，第一次为Trix顺利完成重建后，Naturalis生物多样性中心团队决定购置一台属于自己的三维扫描仪。

通过深入研究，并与荷兰供应商多次交流，中心研究团队最终选择了Artec Space Spider，从准确度、性能和易用性角度来说，这款产品都表现出众，非常适合研究中心的各类任务。和上次一样，这次的扫描仪同样是由埃太科长期合作商兼大使4C Creative CAD CAM Consultants提供的。

“对我们来说，可以用Space Spider重建恐龙了，这点很重要。究竟哪种扫描仪对我们而言又好又方便？经讨论，我们最终选择了Space Spider，因为它覆盖了我们大部分需求，”Naturalis恐龙项目主管Hanneke Jacobs说道。

“这头地球上有史以来体型最大的食肉动物，还是离不开先进的扫描技术。埃太科再次提供了这样的服务！”4C主管Edwin Rappard说道。“很自豪Naturalis选择了Artec Space Spider完成多年前Artec Eva的任务。埃太科的技术甚至支持将2016年的Eva数据和Space Spider的新数据结合起来，提供了解决方案。”

要扫描带有复杂精密几何的小型部件，如骨骼和各类化石，轻巧而强大的Artec Space Spider是理想之选，分辨率高，精度效果稳定。说来也巧，不久之前，该中心和位于长崎的日本恐龙博物馆签署了一项协议，为Trix制作第一个复制品，名字很简单，就叫“3D Trix”。也就是说，著名的霸王龙即将和埃太科扫描仪再次相遇。

3D Trix：从三维扫描到组装骨架

经过Space Spider和Artec Studio软件的简单培训后，负责霸王龙骨架二次重建工作的3D建模师和Naturalis解剖学家Pasha van Bijlert开始工作了。

在对Space Spider和Artec Studio软件进行简单培训后，3D建模师van Bijlert开工了（供图：Hanneke Jacobs）。

Trix的骨架由大约320块骨头组成。其中大部分已经用Artec Eva扫描过了，包括古老的肋骨、尾巴和椎骨。也就是说，Pasha不必重新扫描整个骨架，只要扫描细节不够丰富和质量欠佳的骨骼即可。例如，脚骨、下巴和头骨。这为他节省了大量时间，能更加专注于缺失细节的建模，并补充到最终的3D骨架上。

首先，Pasha借助Autodesk Maya，将所有扫描好的3D模型摆成栩栩如生、令人望而却步的霸王龙形象，它似乎要一口吞噬眼前的猎物。然后，他开始着手处理需要重新扫描和修复的骨骼。

3D打印完成的3DTrix上头骨部分，边上的是Naturalis生物多样性中心的原始霸王龙骨架（供图：Hanneke Jacobs）

Pasha总共只花了几天时间，就为所有缺失部位完成了扫描，后来，又花了几周时间进行处理，并将它们合并成完整3D模型。

后期处理的步骤，每块骨骼都不尽相同。Pasha说：“如果我能够从各个角度扫描一块骨头，那只要对齐扫描结果即可，可能要去除地面或周围的物体，然后在Artec Studio中进行融合，”他说这个项目不需要纹理。关于Artec Studio中的工作流程，他还表示：“我特别喜欢对齐工具，因为除了单份扫描，你还可以将‘成品’模型对齐到不同的位置。”

对于一些质量欠佳的扫描，例如，如果骨头在完全修复前就完成了扫描，或者是在安装好后进行的扫描，那么就需要同时使用Artec Studio、Geomagic Wrap和Zbrush进行大量后期处理，来弥补缺失的数据。

他说：“在可能的情况下，我会用镜像法，或移植其他骨面来填补平坦的区域。在某些情况下，我不得不根据Trix和其他霸王龙标本的照片，手工雕刻出缺失的区域。”

尾骨修复和全新造型

为了让全新3D Trix看起来更逼真，Pasha还做了几项工作，包括替换Trix从其他标本上拿来的铸型骨骼，质量欠佳，其中包括一块尾骨，来自已被拍卖的霸王龙Stan。根据长崎博物馆的要求，Pasha还要为3D Trix制作一个攻击造型。

Naturalis重建的霸王龙造型，呈攻击造型的3D Trix（供图：Hanneke Jacobs）。

为了得到更逼真的效果，3D建模师还把3D Trix的膝盖靠拢。Pasha仔细观察了恐龙脚印化石，发现原始Trix和其他霸王龙两腿分开，完全不正确。他还把脊柱骨移得更近，因为根据设计要求，新模型不用像原始骨架那样被拆散。

准备3D打印

经过后期处理工等艺，Pasha将完整骨骼导入Rhino，为内部钢架部分建模，这些钢架从内部支撑着高耸的骨架。

3D打印3D Trix的下颌部分（供图：Hanneke Jacobs）

通过Simplify3D和Cura对完成的模型切片处理后，终于要为全部骨骼进行3D打印和上色处理了！指甲和牙齿等小部件是在几台小型Ultimaker打印机上进行，使用的是PLA（聚乳酸）生物塑料，这是一种坚固耐用的回收材料，可在特殊条件下生物降解。较大的骨头是通过两台大型Builder Extreme 1500 3D打印机完成的。

Naturalis生物多样性中心展览的3D Trix完整组装骨架（供图：Hanneke Jacobs）

最后一步是给骨头上色，然后根据3D模型，把骨头一块一块穿到提前设计摆放好的框架上。

3D打印和4500万平方毫米的丙烯酸涂料上色，花了近一年时间，3D Trix的特殊重建工作终于在2020年底完成。事实上，恐龙骨架的打印和组装过程是在Naturalis的“Live Science ”展厅进行的，参观者可以见证整个过程。新的霸王龙将很快被运往日本新家。

在Naturalis内组装3D Trix

Leo

重建完成后，Naturalis团队决定在再增加一台埃太科扫描仪，考虑到恐龙的大小，他们选中了Artec Leo， 这无疑是个明智的决定。

“Leo可以轻松扫描大型骨骼，为我们节省了大量时间，”Hanneke说道。“扫描变得更简单了。另外，操作体验也独具未来感！”

配合使用两台扫描仪，对团队而言，正是一个理想的解决方案。“现在，对于较小的骨头我们用Space Spider扫描小骨骼，用Leo扫描大骨骼。2组数据可以组合”。

有了这两台扫描仪，中心其他部门也来找Hanneke和她的团队为他们扫描。“有次，我扫描了一块巨大的猛犸象髋骨，[现在]已经被打印出来，装在了一副骨架上。大家知道我们有了扫描仪，找过来也很方便。它已经是我们工具箱的常驻成员了。”

研究人员说，该地区有大量骨骼化石，至少未来20年，他们都不得消停了。其实，Naturalis团队已经计划从怀俄明州一路前往安哥拉。

期待Naturalis团队的下一件作品！

Naturalis梦之队（从左往右）：Mickel van Leeuwen, Pasha van Bijlert, Donald vd Burg, Hanneke Jacobs, Ashwin van Grevenhof, Wilco de Pineda (供图：Hanneke Jacobs)

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