依靠3D扫描与计算机断层扫描技术制作埃及木乃伊3D模型

25/10/2017

Artec 3D与Volume Graphics将古埃及木乃伊纹理3D扫描与计算机断层扫描结合,制作出目前为止最精准的木乃伊3D模型,可同时体现内部与外部细节。

曾经毫无交集的3D扫描与计算机断层扫描技术现在开始结合到了一起,为一尊古埃及木乃伊制作出一款独特的排序模型。通过Artec Eva 3D扫描仪收集的几何、纹理、色彩信息被覆盖在AXIOM西门子CT扫描仪制作的计算机断层扫描上。最终获得了一份木乃伊的数字化副本,可以同时体现木乃伊的内外部样貌。

尽管CT扫描仪可以体现木乃伊内部的全方位细节,但它无法呈现色彩,无法体现物体真实外表。但现在,得益于Volume Graphics 3.1版软件新功能,两套数据组可以实现一键融合,该软件可谓是行业3D CT数据分析与视觉化市场的领军产品。

这项新功能问世以后的第一次应用就是Sherit木乃伊项目。“Sherit”在古埃及语中表示“小不点”,这是两千年前过世的一位埃及小孩的木乃伊。目前,它被保存在加州圣何塞玫瑰十字会埃及博物馆中。

“对我们而言,这一项目的意义在于如何使这一小女孩的故事栩栩如生,” 玫瑰十字会埃及博物馆常务总监Julie Scott表示。“她于上世纪30年代来到本馆,但至今我们对她知之甚少。我们希望能有方法来了解更多有关她的身份,同时又不会破坏她的外层包裹部分。”

CT与光学扫描合成的Sherit木乃伊成像:蓝色网格仅用于说明。这表明彩色3D表层扫描与CT扫描获得的内部立体数据可以实现相互融合。

Sherit在2005年经历过一次CT扫描,当时,研究人员测定了她的大致年龄和健康状况。小女孩去世时,年仅4.5-6岁。她的尸体用细麻布包裹,并覆盖了圆形耳坠、一个护身符、一条罗马时期的项链,表明她来自一个富裕家庭。参与研究的医生认为,她可能死于痢疾或者脑膜炎。

“目前,我们在博物馆的科学角展播这一项目的视频,” Julie Scott说道。“我们还计划推出一则新视频。新视频互动性更高。我们希望这一新技术可以让访客更加了解这个生活在很久以前的小女孩。”​

Sherit的CT扫描同Artec Eva手持式3D扫描仪捕获的高精度3D扫描数据融合,该扫描仪以生动的全彩效果呈现了木乃伊的外表面。

我们选择Artec扫描仪是因为它是目前通过彩色表面网格提升CT扫描细节的最佳方法之一,随后还能导入最新版VGST MAX软件,”Volume GraphicsCEO Christof Reinhart表示。操作简单的Artec扫描仪轻巧便携,又能实现高品质表层捕获。该设备体积小巧,捕获速度高,因此操作过程相当简单。同时,它还能以极高精度3D捕获物体表面,最重要的是,色彩真实,这是CT技术所欠缺的。我们对最终效果非常满意。质量效果超过预期。”

Artec采用结构光3D扫描技术,无需对易碎的木乃伊表面进行任何标靶,即可完成快速扫描。3D扫描仪以超高分辨率呈现3D图像,每像素色彩深度高达24位,传递了物体真实色彩,得益于 Artec Studio 12软件提升后的视觉化功能,处理3D数据的用户一经旋转,便可查看渲染后的扫描效果,而非点云,如此一来,编辑、检查3D模型就更为方便了。

“这尊木乃伊几何复杂多变,没有重复纹理,且表面有不少自然形成的瑕疵,所以不难扫描,” 来自Artec的Anna Galdina表示。“我面临的唯一一个小难题是,博物馆规定扫描仪不能置于木乃伊上方。这一规定导致我捕获的角度非常有限,但得益于扫描仪多样的功能,总体而言,问题不大。”​

使用Artec电池组支持的Artec Eva扫描Sherit木乃伊。

Anna30分钟的时间来完成扫描,但实际扫描时间远远短于半小时——不超过10分钟。“于是我决定再多增加一些扫描数据,并调整Artec Studio中的设置,以熟悉处理过程,”她补充道。“同时,我还利用剩余时间检查是否捕获所有缝隙与空洞。”

仅仅几分钟,原始数据的初始处理就当场完成了。“我们回到办公室后,我们又花了1.5小时处理了高分辨率版数据,”Anna说道。“客户需要不同分辨率的模型版本,我们后来也都进行了准备。”

Anna共制作了带.png纹理.obj、.ply和.wrl.等格式的五个模型,大小范围在60万到2700万多边形之间。“总之,能够参加本项目,我感到非常兴奋,”她表示。“我以前从没见过Artec 3D扫描与CT扫描结合。最终效果令人惊叹!两套数据完美契合,现在您能在看到木乃伊外表面的同时,看到木乃伊内部情况——太不可思议了!”

Sherit木乃伊3D模型,由Artec Eva 3D扫描仪制作,由Artec Studio 12渲染。

3D图像以纹理网格形式保存,既有色彩又有几何数据。CT扫描以无损方式探测到了木乃伊的完整内部结构,这是光学3D扫描仪始终难以捕获的领域之一。通过CT扫描,我们可以建立出3D体积,包含了所有的材质与几何信息。

最后剩下要做的就是将两套扫描数据融合至同一个3D模型。于是,纹理网格被置于基于CT扫描计算得到的物体表面。最终我们就得到了目前为止这尊木乃伊内外部最精确的数码副本。

所有融合工作都在VGSTUDIO MAX中完成,这是Volume Graphics为工业CT数据视觉化与分析开发的高端软件,最新版软件可读取.obj与.ply格式数据。

“看到我们的软件用户现在可以在体数据上增加一个全新维度,我们感到非常激动,” Christof Reinhart说道。“通过增加彩色点云与网格,我们可以融合光学与CT两个不同的扫描世界。这一功能的应用让我们激动不已!”

之前,CT扫描物体必须手动上色,才能使表面具有逼真的色彩,但现在可以通过结合3D纹理扫描与CT扫描的方式避免这项步骤。纹理网格可导入至Volume Graphics 3.1版软件,并与CT数据融合,得到一个内容更丰富的文件,一个更逼真、更精确、视角更全面的物体视觉分析。

显然,这项技术可用于历史文物保护、法医学、考古学、人类学以及医疗卫生行业。同时,也可以用于工业领域。例如,结合CT的纹理网格可以实现参照外层物体色彩信息的内部细节检查。

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