Artec Eva为新冠肺炎培训制作超逼真人体模型

15/07/2020

作者Loretta Marie Perera

Lifecast Body Simulation (Lifecast BodySim)刚起步时,为影视业做出了里程碑式的贡献:逼真人体模型,足以以假乱真。

位于伦敦Elstree Studio的制作团队专注于大片制作,设计过血淋淋的战争画面、特效和所有超自然物体,例如《黑鹰坠落》、《拯救大兵瑞恩》、《速度与激情》系列等。但是在为影视业贡献了几年人体模型后,有两名医务工作者带着新的创意找到他们:医疗培训。

在用导管模拟肺功能的人体模型上测试呼吸系统。(图片来自Instagram @Lifecastbodysim

“Dave和Rob是两位有名的护理人员,在世界各国以及战区工作过,” 英国艺术家、雕刻家Tristan Schoonraad说道,Schoony是他更为人熟知的名字。“他们找到我们说,‘我们想用超逼真的人体模型做培训。’”Life3d Studio主要为影视、艺术领域提供铸模、3D扫描和打印解决方案,Schoony除了和他们合作外,还与父亲John Schoonraad一起负责Lifecast BodySim,父亲是共同创始人和创意总监。

疫情开始前,Lifecast BodySim就已经涉及这个领域了。“我们已经制作医疗物资很多年了,” John Schoonraad说道。“最近,这个领域又开始引人关注了,我们也是同类企业中唯一涉及这领域的。”

3月23日,也就是和英国开始因疫情封城的前两周,Lifecast BodySim捐赠了五个人体模型给NHS方舱医院——为应对新冠疫情建立起来的重症监护临时医院。

最早,英国2000名医护人员利用这些人体模型训练和新冠肺炎相关疾病,如呼吸系统并发症、呼吸困难,而这次培训重点是呼吸面罩、呼吸机等呼吸设备。

逼真的人体模型用于新冠肺炎相关的测试、呼吸系统疾病等方面的培训。

紧急情况下,尤其是新冠疫情给全球医疗设备造成一片混乱的当下,准确度和精准度非常关键。“某一环节出错,就会造成不良后果,” John Schoonraad说道。“如果已经在硅胶模型上操作过,那遇到真实患者,就已经有了经验,不再是初次操作。”

为了让人体模型更逼真,制作过程一定要足够细致全面。尤其重建头部时,Artec Eva对细节的捕获能力就十分关键。

Artec Eva是一款结构光3D扫描仪,擅长制作带纹理的精准3D模型,完美适合中型物体的捕获,例如摩托车排气系统、施工机械,以及本例中的人体。Eva对任何表面都很安全,包括我们的眼睛,操作迅速、效果精准。

几个世纪以来,真人铸造工艺通过铸模和铸造为活体人制作3D副本。如今,这一方法依然应用于电影和设计业,干海草被做成黏土,用来铸模。Schoonraad估计,光一个头部就要花20分钟来铸模,还要几个小时的准备和后续工作。而一个完整的人体,从开始到结束,总共要花至少3个小时,而相比扫描,则仅需几分钟。

虽然真人铸造的工艺更为熟悉,而且可以直接从人体上通过制模法捕获细节(无需打印或雕刻),但整个行业依然逐渐开始向3D扫描倾斜,无论是部分采用还是完全替换。

在Lifecast BodySim,真人铸造通常和Artec Eva配合使用,比如用Artec Eva扫描头部,再用真人铸造法完成其余部分。但使用Artec Eva的优势也是显而易见的,特别是为老年人铸模时,真人法就很困难了。

“扫描人的时候,会有一种更真实的感觉。和真人铸造不同,比如你可以睁着眼睛,” John Schoonraad说道。3D扫描的另一个好处是,因为操作快捷,你完全可以重新扫描,捕获某个必要的表情或姿势,比如你扫到一半,突然觉得“啊,我不喜欢这个样子!” Schoonraad笑道。

“真人铸造的过程绝对算不上一种享受,但扫描过程又快又轻松又准确,”他说道。“扫描时,你只要站着,伸出手臂几分钟。而且哪里都能扫,酒店、工作室都行。扫描才是更好的选择。”

扫描完后,在Artec Studio中处理数据并打印。“我们之后完善打印好的模型,进行雕刻制模,” John Schoonraad说道。这个阶段采用怪物泥(一种可延展的黏土,可塑型高,有弹性),添加一些更细微的细节,如皱纹。然后再用这个模具,做成硅树脂超逼真人体模型。

最后画龙点睛的一步就是在人体模型上使用真实的毛发。这一步骤由Gracie Schoonraad完成,她是Schoonraad的夫人,也是一名专业发型师。

“人体模型完成后,把人类和牦牛的头发打进头皮,”Gracie说道,她负责把头发、睫毛、眉毛通过缝、钩、挂的方式一股股装上。“要做出逼真的东西很难。但把真的毛发一加,立马就觉得真实了。”

John Schoonraad补充,这些人体模型不光有以假乱真的外表,它们甚至还能呼吸,模仿其他人体内在功能,包括量脉搏和模拟呼吸。另外,“每个人体模型的咽部都有个摄像头,”他说道。这是为了进行呼吸机培训,让医护人员练习怎么将管子正确插入咽喉。“你看下假人的喉咙,和真人简直一模一样。”

3D扫描也用于包括内脏在内的人体模特的数字组装和匹配测试,来制作需可组装的数字原型,或者扫描、打印很难浇铸的部分,比如胸腔。

扫描技术常用来制作内脏的精准复制品。(Life3D Studios供图)

“图里的胸腔是通过一项辅助设备,在人体模特上运用仿真超声技术制作的,”Life3DStudio的Jasper Turner说道。“必须和现有的半个胸腔造型吻合。”通过扫描和镜像,为现有设备和设计制作准确复制,最后完整造型即可嵌入硅树脂模特。

从三年前起步开始,Lifecast BodySim就不断接触全球范围内的客户。“使用我们人体模型的客户来自印度、澳大利亚、德国、法国、沙特阿拉伯的等世界各地,”John Schoonraad说道。为满足美国医护人员的需要,佛罗里达新开了一家制造中心。理想情况下,一般一周制作一个模型,但现在几个模型同时制作,加上疫情管制下部分操作被精简,现在每月可以制造出15个以上的模型。

硅树脂模特根据模具制作,细节效果逼真,包括头发、皱纹、模拟躯体功能。(Life3D Studios供图)

Patrick Thorn 3D的Patrick Thorn看到了这份工作在当下的价值和意义。“多年来,一直有部分人体、器官、骨架等模型制作,”他说道。“但是,由于各项规定越来越严格,医护人员需要非常逼真的培训教具。Life 3D通过他们的技术,把部分或完整人体模型升级成最逼真的教具。”

特别是当前全球疫情爆发,Lifecast BodySim的工作就更为重要了。

“疫情爆发后的特殊时刻,还能看到人们购买使用3D扫描技术来实现创意,保护奋战在一线的工作人员,很不错。”Thorn说道。

虽然很多人会认为疫情期间利用3D科技的做法很少见,但John Schoonraad并不意外。“说到3D科技,我们早就预见到这一天了,”他说。“我们早就开始使用Artec扫描软硬件了,产品效果让人欣慰,我们很自豪能始终走在行业前沿。”

“现在我们对技术的应用还只停留在表面。”

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