3D掃描器用於動物骨骼化石三維掃描建模和數字化研究

前言

骨骼作為脊椎動物身體的基礎，不僅有支撐、保護、運動等功能，其極致的形態和精密的結構中也隱藏著生物的系統發育、生活方式，乃至生存環境和生命演化的秘密

藉助於3D掃描技術，完整的動物骨骼和骨骼碎片都可以被精確複製，轉化為便於研究、傳輸和展示的3D數字模型。這一數字化手段在自然考古、教學研究、醫學等領域正發揮著越來越重要的作用。

本期案例我們將穿越遠古與現代，跨越陸地與海洋，借智慧手持式鐳射3D掃描器的雙目視覺，見證不同骨骼的形態之美，及其在不同領域的應用價值。

CASE 01 明星物種化石 | 3D檔案

被譽為“活化石”的國寶大熊貓歷經數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境變化等提供了重要證據。

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資料採集，為其建立數字檔案。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點雲模型，同時真實還原表面的紋理色彩。

▲藉助桌面標誌點對熊貓頭骨化石進行掃

▲掃描資料1：1精確還原化石的完整結構形

▲結合ArtMapping貼圖軟體，實現二維影像紋理與三維鐳射點雲資料的自動配準、融合，操作智慧高效，效果真實細膩。

透過三維掃描技術獲取的化石3D資料，可以永久存檔，為大熊貓骨骼資料庫的建立和後續研究保護工作提供資訊保障；也可以用於博物館的數字化展示，或者結合3D列印等推出系列科普產品，方便以生動多元的手段推動古生物科學的傳播。

CASE 02 動物骨骼教學 | 3D展示

動物骨骼標本可以清晰直觀地展示動物身體內部的骨骼構造，它是研究骨骼形態結構，以及與其他系統、組織、器官相互關係的主要材料，在教學、科研以及科學傳播領域都有不可替代的作用。

客戶有一批動物骨骼，為了改善教學效果，更好地進行展示，希望藉助3D掃描器獲取骨骼的三維資料，要求細節清晰，資料完整，並且能夠適配後期的貼圖需求。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，又能保證每一塊骨骼的資料完整性。

▲首先是對處於固定狀態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。然後將整體骨架進行拆分後，再對每一塊骨骼分別進行掃描，獲取單塊骨骼的完整資料。

▲整體掃描資料，僅關節連線處或骨骼間相互遮擋處無法掃描完全。

▲最後將每一塊骨骼的掃描資料，參照整體座標系進行對齊拼合，得到完整的骨架模型。

這樣獲取的動物骨骼3D模型，資料完整無缺，高度還原了骨架的完整形態以及每一處細節。在教學中，可以對骨骼整體進行360°旋轉、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，極大地改善了教學演示的效果，而不必反覆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，全方位空間資訊的採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，我們同樣採用了“先整體後拆分”的掃描方法進行資料採集。

▲先對處於完整狀態的骨骼進行掃描，使骨骼整體處在同一座標系下，同時還原骨骼本身的完整形態。

▲將每一節脊椎骨拆分後，再逐一掃描，獲取單節脊椎骨的完整3D資料。

▲將單節脊椎骨在整體座標系下進行拼接，即可得到完整脊骨的三維資料（上圖僅部分拼接示意）。

精確的3D模型能夠真實再現動物骨骼的原貌，可以幫助科研人員高效便捷地開展觀察和研究工作，併為學術成果的展示分享提供了超越2D照片的豐富資訊量。

結語

人類與環境共生共存，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示與方向。微觀——更高的清晰度與準確度，宏觀——專業的資料庫和大資料應用，這是當前生命科學研究的發展趨勢，而三維鐳射掃描技術兼具高精度和數字化的優勢，可以為廣大科研/教育工作者提供高效、便利的智慧工具。