短吻鳄美梦成真:Artec Eva帮助“断尾”先生“长”出一条新尾巴

概要:一条短吻鳄被咬掉了尾巴,一些有爱心的专家决定采取一些行动——使用3D扫描与打印的最新技术为它制作一条新尾巴。

目标:使用手持式3D扫描仪捕获一条短吻鳄的尾巴,并制作精准3D模型,为“断尾”先生制作义尾,同时,保留该模型,可在日后完成打印。

使用工具:Artec Eva, Artec Studio

Artec 3D扫描仪帮助一条受伤的短吻鳄找到了新尾巴和新希望

当亚利桑那警方拦下一辆可疑货车,他们惊讶地发现里面竟然有32条短吻鳄在匍匐爬动。

警官意识到他们对这些短吻鳄束手无策,便立即致电菲尼克斯爬行动物学会寻求援助。这些包括断尾先生在内的短吻鳄无家可归,随即被该协会收留,目前,他们收留的爬行动物多达1500只。

其中一只很快得到了一个新名字“断尾先生”,因为他的尾巴不见了。

没有尾巴对短吻鳄来说是个严重的问题。图片来源:STAX3D

没有尾巴对短吻鳄而言是个严重的问题。除了不能在深水游泳外(很有可能溺水),他在进餐时也会有不少麻烦。

他身边的短吻鳄捕猎更快,因为他们前冲攻击时都需要使用尾巴。所以对于饥肠辘辘的断尾先生而言,除非有些倒霉的生物不小心出现在他面前,否则,他是没机会享用到最肥美的猎物的。

他现在学会了狗爬式游泳,游泳问题得到一部分缓解。虽然并不是最理想的解决方式,但至少他现在不会失去平衡四面朝天,甚至溺亡。

但菲尼克斯爬行动物学会会长Russ Johnson希望为断尾先生想出更好的方法。

他请来了矫形研究与教育中心的Marc Jokofsky博士和他的助手Sarah Jarvis,他们在人体矫形方面有着丰富的经验。一队专家在这里集结,讨论制作义肢尾巴的可能性。

断尾先生义肢尾巴的3D模型示意图。图片来源:STAX3D

Justin Georgi博士是亚利桑那中西大学的助理教授,数年来致力于短吻鳄和其他爬行动物的行为研究,他参与分析了断尾先生的情况,找到添置义肢尾巴的最佳方式。

Georgi博士参考了他实验室中不同尺寸的短吻鳄标本,和菲尼克斯联合生物科学高中的实验室实习生Samanta Arroyos、Jokofsky博士以及他的团队一同计算了适合断尾先生的尺寸、重量和密度,这条尾巴可以和断尾先生的其他身体部分保持比例上的平衡,而且质量分布均匀。

掌握了义肢尾巴尺寸后,Georgi博士从实验室中选择了一款标本作为新尾巴的模型。在设计义肢尾巴时,Georgi咨询了The CORE Institute的Jacofsky博士及其团队。

 “没有尾巴,断尾先生就丧失了游泳的能力,爬行也非常吃力,” Georgi表示。“他在陆面时的体态和步态非常糟糕,长期来看,对他的关节和骨骼健康造成了极大隐患。”

Georgi博士之前试图用激光3D扫描仪扫描短吻鳄尾巴,但扫描质量不高,无法捕获所需的细节,于是他联系了Artec 3D经销商STAX3D,询问是否愿意一起合作制作断尾先生的新尾部。

短吻鳄扫描准备中。图片来源:STAX3D

STAX3D的Michael Andrew表示,“Justin一联系,我们就非常感兴趣,对眼前的项目充满好奇。” STAX3D之前有过使用Artec扫描仪制作假肢的经历,但仅限于人类。

到达现场后,Stax3D就以一只最近刚过世且体型相仿的短吻鳄(Georgi和他的团队早前也曾使用这它的尾部制作其他义肢尾巴)尾部为模型,使用Artec Eva进行了3D扫描。Artec Eva 3D扫描仪的工作原理是通过几束灯光投射到物体表面,再反射回扫描仪,这些反射的光束会在Artec Studio软件中进行实时分析,识别并记录物体外形,且精度极高,可达每秒16帧。

Stax 3D在Artec Studio中处理最终数据,修改3D模型,修复瑕疵,调整大小尺寸,使其能够完美吻合断尾先生目前仅存的一小部分尾巴。他们以STL格式导出文件,并打印出了3D尾巴。

Artec Eva是一款强大的解决方案,非常适合此项目:可捕获小到0.5毫米的细节,还能用于大型物体扫描,比如这次的短吻鳄尾部,甚至更大的物体。

 “和之前的扫描方式相比,Artec扫描仪的速度和质量让我们惊叹不已,” Georgi博士说道。

Artec Eva的超强分辨率使其成为最完美的解决方案。图片来源:STAX3D

Georgi和他的团队意识到自己能全权掌控流程,自如查看并修复数字模型,着实喜出望外。“我们能通过数码流程精确控制尾巴的大小和形状,对不同材质进行试验,更直观地对比不同义肢尾巴对断尾先生多产生的影响,”他说道。

定制模型3D打印完后,研究人员制作了硅酮模具,并据此为断尾先生制作了几条不同的定制义肢尾巴。

现在,每次给他绑上新义肢尾巴,他都表现自然,好像从未缺少过尾巴一样。他再也没有流露出紧张或不适的感觉,说明这些尾巴对他而言自然舒适。

现在,每次给他绑上新义肢尾巴,他都表现自然,似乎从未缺少过尾巴。图片来源:STAX3D

断尾先生正在摆脱之前的旧习惯,慢慢变回短吻鳄的正常模样。他现在能和他的同类小伙伴们一样,饱餐一顿后游泳浮潜、爬行前进。

在未来的五六十年,随着他体型增加(成年短吻鳄可以长达20英尺长,约6米),断尾先生需要将近40条新尾巴。现在有了3D模型,学会只需修改一下模型,就能立刻打印出新的尾巴。

菲尼克斯爬行动物学会会长Russ Johnson告诉亚利桑那共和报,“他会在这里健康快乐地生活。”

The CORE Institute将他们所有的作品和材料都投入到本次具有特殊意义的项目中。Dragon Skin®用来包裹义肢。这款材料非常特殊,采用的是质量轻便的硅酮材料,广泛用于电影特效和电子动画的道具制作和整形修复。

Sketchfab中的尾部3D模型

这次项目可以说是短吻鳄修复学上的一次飞跃,而在人体矫形修复领域,3D扫描和打印做出了更突出的贡献。“这不是假想的未来,而是真真实实的当下,”Andrew说道。“使用这项技术,无论公司还是个人,都能利用这项科技解决之前修复制作方式上的缺陷。通过这项科技,您可以省略很多步骤,从而节省大量时间。”

参与的每一位都希望断尾先生的新尾巴能吸引更多人关注这一充满活力的新领域。“我们目前所做的只是3D扫描和打印技术在修复领域应用的一些皮毛,” Georgi博士总结道。“我认为也许断尾先生这一项目最重要的一点,就是激发了大众的想象,鼓励他们进一步推动这一领域的发展。”

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