Come l'Università di Dundee utilizza gli scanner Artec 3D nel suo programma di Arte Medica

La sfida: permettere agli studenti di arte medica di catturare digitalmente ossa, scheletri e modelli anatomici educativi e trasformarli in modelli 3D realistici.

La soluzione: Artec Eva, Space Spider, Artec Studio, ZBrush

I risultati: gli studenti universitari di arte medica hanno bisogno di accurati modelli 3D come base per il loro lavoro di illustratori medici. L'Università di Dundee insegna loro come usare Artec Eva e Space Spider, due scanner 3D all'avanguardia, per creare facilmente modelli 3D da utilizzare in una vasta gamma di applicazioni.

Ogni volta che vedi un'animazione di come vengono trasmessi dei virus, o di come impedire loro di intrufolarsi nel tratto respiratorio, è solo grazie al lavoro di un illustratore medico. Il campo della medicina moderna e dell'assistenza sanitaria è diventato esponenzialmente complesso nel corso dell'ultimo secolo.

Studenti dell'Università di Medicina di Dundee che eseguono la scansione con Artec Space Spider

Gli illustratori medici sono quegli interpreti dietro le quinte che trasformano tutta quella complessità in diagrammi, immagini, video visivamente comprensibili, così come altri mezzi tangibili o virtuali.

Illustrazione dei vari componenti dell'orecchio interno dell'Università di Dundee Medical Art

Il programma di arte medica dell'Università di Dundee prepara futuri illustratori medici per questo entusiasmante lavoro, offrendo agli studenti laureati un corso di 12 mesi che copre tutti gli elementi essenziali di questa sfera in continua espansione. Con gli ultimi progressi della tecnologia, della scienza e della comunicazione visiva disponibili oggi, non c'è momento migliore per far parte di questa professione molto ambita.

Modello 3D dell'Università di Dundee Medical Art che mostra una malattia renale

Gli illustratori medici sono di solito artisti con una formazione nel campo dell’anatoma, perciò il loro lavoro non è solo bello da vedere, ma anche accurato dal punto di vista medico, poiché la precisione del loro lavoro, specialmente quando si tratta di medicina, può significare la differenza tra la vita e la morte. Ecco perché una corretta educazione anatomica è un capitolo vitale nell'educazione all'arte medica.

Le scansioni 3D del piede umano sono state utilizzate per creare questo diagramma di anatomia del piede

Un esempio di illustrazione medica in azione è quando un bambino con i suoi genitori ascoltano la diagnosi del medico e le varie opzioni di trattamento. Si tratta di un momento stressante per i genitori, e spesso spaventoso per il bambino. Ma il lavoro di illustrazione medica aiuta i medici a cambiare la situazione per il meglio.

Immagina lo stesso dottore che si allontana dalla sua scrivania, si avvicina e si siede accanto al bambino. Accende delicatamente il suo iPad e mostra ai genitori un'animazione colorata delle condizioni del bambino e delle varie opzioni procedurali disponibili. Le spalle del bambino si rilassano e emette un profondo sospiro di sollievo.

Un altro esempio è la simulazione chirurgica. Le università di medicina stanno iniziando a sviluppare e integrare simulazioni AR (realtà aumentata) e VR (realtà virtuale) altamente realistiche di vari interventi chirurgici che i loro studenti di medicina possono utilizzare. Tali simulazioni sono frutto del lavoro degli odierni illustratori medici, con rigorosi standard di accuratezza e precisione anatomica.

Studente dell'Università di Dundee che interagisce con un ambiente VR

Durante queste simulazioni, i futuri medici affinano le loro capacità motorie e la memoria muscolare con bisturi virtuali e altri strumenti medici. Pertanto, se il modello 3D del paziente virtuale su cui stanno lavorando non fosse anatomicamente accurato, il medico potrebbe non essere in grado di eseguire con successo la procedura su un paziente reale.

Per aumentare il livello di realismo, oltre a caschi VR, queste simulazioni spesso permettono l'uso di dispositivi tattili, che richiedono agli utenti di fare gli stessi movimenti ed esercitare i livelli di pressione necessari per eseguire le procedure. I risultati sono stati finora molto incoraggianti.

Uno studio condotto presso la David Geffen School of Medicine dell'UCLA nel 2019 ha dimostrato che, a seguito di tale formazione, gli studenti di medicina che avevano preso parte alle simulazioni chirurgiche VR hanno ottenuto risultati significativamente migliori in una vasta gamma di categorie, con un punteggio superiore del 130% rispetto agli studenti formati con i tradizionali metodi chirurgici.

Per ottenere i modelli 3D necessari per il loro lavoro gli illustratori medici hanno diverse opzioni. Il metodo tradizionale è sempre stato la modellazione 3D. Il programma di arte medica dell'Università di Dundee include lezioni che introducono gli studenti a quest'arte, e insegnano loro come raggiungere un solido livello di competenza ogni volta che risulti necessario.

Tuttavia la modellazione 3D richiede normalmente un processo molto lungo e in più passaggi per la creazione di contenuti 3D. E quando si tratta di forme organiche, come i sistemi scheletrici e muscolari umani, anche i veterani della modellazione 3D spesso cercano modi più efficienti per catturare digitalmente questi oggetti.

Uno di questi metodi è la scansione 3D. L'Università di Dundee ha adottato gli scanner 3D portatili quando ha visto quanto sia facile e veloce per gli studenti senza esperienza prenderne uno e iniziare a catturare oggetti in pochi secondi. Per non parlare dei risultati: modelli 3D scientificamente precisi pronti per l'uso nell'illustrazione anatomica, applicazioni mediche VR/AR, così come per la stampa 3D, così i visitatori di un museo possono tenere in mano una varietà di campioni inestimabili in un modo completamente nuovo.

Dopo una dimostrazione degli scanner 3D Artec Eva e Space Spider da parte del partner e specialista di scansione 3D Patrick Thorn, la coordinatrice del corso di arte medica dell'Università della Dundee, la dott.ssa Caroline Erolin, ha rapidamente preso una decisione.

Nelle sue parole, "Dato che dobbiamo catturare digitalmente una lunga serie di strutture organiche, comprese ossa umane e campioni zoologici, e farlo in modo rapido e semplice, con risultati che ci rendano semplice trasformare queste scansioni in modelli 3D pronti per la stampa 3D e la realtà virtuale, i nostri standard erano piuttosto elevati."

Studente di arte medica presso l'Università di Dundee che scansiona un teschio umano con Artec Space Spider

Il dott. Erolin ha continuato: "Ma fin dalla prima dimostrazione degli scanner Artec di Patrick Thorn, sapevamo di aver trovato gli scanner giusti per noi. I nostri studenti, senza alcuna precedente esperienza di scansione o modellazione 3D, sono pronti a scansionare con loro in pochi minuti. Sono un piacere da usare, specialmente quando vedi l'oggetto che stai catturando prendere vita sullo schermo velocemente, in 3D e a colori.”

L'università ha successivamente acquistato uno scanner Artec Eva e tre Space Spider per il programma, insieme a dozzine di copie di Artec Studio, il software di elaborazione e di scansione 3D di fama mondiale.

Secondo Patrick Thorn, "Dal momento in cui ho iniziato a lavorare con Caroline e l'università, era evidente che gli scanner Artec 3D sarebbero stati perfetti per loro. Non ci volle molto perché gli altri dipartimenti dell'università se ne accorgessero. Presto hanno scelto anche loro gli scanner Artec 3D. È una grande collaborazione, e sono orgoglioso di farne parte.”

Studente dell'Università di Medicina di Dundee che utilizza Artec Eva per scansionare un compagno di classe

Usi attuali di Artec Eva e Space Spider nel programma di arte medica dell'Università di Dundee:

  • Crani umani, per aiutare con le ricostruzioni facciali – sia forensi che archeologiche
  • Campioni di zoologia e anatomia comparata per la divulgazione, l'insegnamento e la ricerca
  • Osteologia giovanile, per aiutare a preservare una fragile collezione e consentirne l'uso nell'insegnamento in modo non distruttivo
  • Osteologia per adulti / campioni di ossa, per l'insegnamento e la ricerca
  • Alcuni di questi modelli 3D vengono quindi adattati e aggiunti (con muscoli modellati in ZBrush / Maya) dagli studenti di medicina specialistica per creare risorse didattiche di anatomia
  • Gli studenti di medicina specialistica e medicina forense imparano una gamma completa di abilità di scansione e elaborazione 3D
  • Scansione di modelli realizzati con materiali tradizionali come la cera, in genere per i corsi degli studenti

Il Dr. Erolin ha spiegato quanto siano stati utili gli scanner per i loro studenti: "Quando i nostri studenti si diplomeranno nel nostro programma, avranno trascorso decine di ore usando Artec Eva e Space Spider. Sapranno per esperienza diretta come utilizzare uno di questi straordinari dispositivi e, in pochi minuti, catturare digitalmente qualsiasi cosa, da un pesce palla a un cranio umano. Quindi trasformare queste scansioni passo dopo passo in modelli 3D pronti per ulteriori lavori di arte medica. Ciò include illustrazioni di libri di testo, animazioni online, ambienti VR (come mostre di musei virtuali) per non parlare della stampa 3D di questi esemplari per l'uso pratico di ricercatori e visitatori dei musei. I nostri studenti imparano tutto questo e molto altro."

Modello 3D di un pesce palla, scansionato con Artec Space Spider (Sketchfab)

Questo è un portfolio online che mostra le opere d'arte medica di diversi studenti dell'Università di Dundee.

Per quanto riguarda la sicurezza della scansione 3D per le collezioni dei musei, Erolin ha dichiarato: "Molti degli oggetti che dobbiamo catturare sono piuttosto fragili e suscettibili ai danni, e ciò significa che dobbiamo limitarne estremamente la manipolazione. Artec Eva e Space Spider si adattano perfettamente a questo paradigma. La loro luce strutturata è assolutamente sicura e non distruttiva, indipendentemente dal fatto che tu stia scansionando delicati esemplari zoologici o fragili fossili millenari."

Illustrazione di arte medica dell'Università di Dundee creata con l'aiuto delle scansioni di Artec Space Spider

Il dott. Erolin ha proseguito: "Considerando la velocità con cui gli scanner catturano oggetti, anche uno studente inesperto può scansionare in sicurezza una dozzina di campioni o più in un solo pomeriggio. Per un museo ciò si traduce in un disturbo minimo e il massimo dei risultati. Anche considerando che, al giorno d'oggi, tutto si sta spostando verso l'accesso online, in particolare con le sfide che abbiamo visto a livello globale negli ultimi mesi. Artec è stata l'arma segreta per portare le nostre collezioni nell'universo digitale."

Modello 3D di un teschio di elefante della foresta africana, scansionato con Artec Eva (Sketchfab)

"Per mostrarti quanto interesse ci sia nelle raccolte zoologiche online, il nostro Museo d'Arcy Thompson ha digitalizzato solo una parte delle sue collezioni, e già oltre 20.000 visitatori virtuali provenienti da decine di paesi in tutto il mondo sono venuti a vedere i nostri modelli 3D. E quel numero continua a crescere."

"Non solo questo tipo di accesso apre le nostre collezioni a molte migliaia di persone che altrimenti non avrebbero la possibilità di venire in Scozia e visitare di persona le mostre, ma ha anche portato il museo stesso a ricevere più pubblicità e pubblico sia a livello locale che all'estero. Per i musei, nel nostro frenetico mondo moderno, ottenere più attenzione è un'opportunità inestimabile."

Uno degli aspetti più interessanti degli scanner per l'università è stata la breve curva di apprendimento richiesta, nonché la facilità con cui gli studenti acquisiscono le competenze con il software di elaborazione delle scansioni di Artec Studio, che è un passo fondamentale nel trasformare le scansioni in modelli 3D.

Studenti dell'Università di Medicina di Dundee che eseguono la scansione di una mandibola con Artec Space Spider

Il dottor Erolin ha spiegato il loro processo: "Il nostro flusso di lavoro di scansione consiste generalmente in quanto segue: scansioniamo l'oggetto con Eva o Space Spider, catturandolo in sezioni, a seconda delle dimensioni. Utilizziamo principalmente le impostazioni predefinite in Artec Studio, ma occasionalmente regoliamo la sensibilità per oggetti più difficili come quelli con superfici scure e lucide. Quindi eseguiamo la registrazione Rough e Fine, seguite dall'allineamento delle scansioni. Dopodiché eseguiamo la registrazione globale, quindi utilizziamo gli strumenti Gomma e Rimozione anomala per ripulire un po' il tutto."

"Di solito applichiamo una Sharp Fusion quando lavoriamo con teschi e altri oggetti con anatomia dettagliata che dobbiamo preservare. Mentre, se eseguiamo la scansione di facce e oggetti più lisci, abbiamo visto che una Smooth Fusion fa più al caso nostro. Dopo aver applicato il filtro per piccoli oggetti e la semplificazione della mesh veloce, creiamo la texture dalle scansioni utilizzate per la fusione, quindi esportiamo il tutto come OBJ con una mappa della texture JPG o PNG. Successivamente apportiamo alcuni ritocchi in ZBrush."

"Finché non scali la risoluzione o non tagli la texture, puoi uniformare il modello in ZBrush senza perdere la mappa UV. Puoi anche proiettare la mappa delle texture su Polypaint (assicurati di dividere la geometria del modello almeno una volta per avere un grande numero di poligoni), riordinare il tutto e quindi creare una nuova mappa delle texture da Polypaint."

Studente dell'Università di Medicina di Dundee che utilizza Artec Eva per scansionare un compagno di classe

La dott.ssa Erolin ha condiviso i suoi pensieri sulla professione e la scansione 3D: "Il futuro dell'arte medica e degli artisti è molto luminoso. È un momento entusiasmante per far parte di questo settore in crescita, in particolare con la disponibilità di tecnologia come i nostri scanner Artec. Ci consentono di trasformare oggetti complessi del mondo reale con forme organiche in modelli 3D in modo più rapido e semplice di quanto la maggior parte delle persone realizzi."

"Personalmente, ritengo incredibile vedere questi esemplari prendere vita in 3D. E per gli artisti di medicina di tutto il mondo, così come per i nostri studenti attuali e futuri, i modelli 3D come questi sono una componente fondamentale nella creazione di opere d'arte accurate dal punto di vista medico e legale, sia chiare che complete."

Recentemente è emerso un vantaggio imprevisto nell'avere a portata di mano numerosi modelli 3D. L'improvvisa cancellazione di quest'anno delle lezioni a causa delle restrizioni di Covid-19 ha significato il passaggio da lezioni standard all'accesso online per l'apprendimento a distanza. Secondo il dott. Erolin, dopo aver esaminato le piattaforme web-based per la condivisione di modelli 3D con i loro studenti di arte medica, il Center for Anatomy and Human Identification dell'Università di Dundee ha scelto Sketchfab per distribuire i propri modelli di anatomia 3D. La decisione è stata presa per la facilità d'uso e il supporto della piattaforma per le istituzioni educative.

Realizzato con Space Spider: un modello 3D su Sketchfab di un modello di testa anatomica in cera

I modelli possono essere caricati direttamente dai software di modellazione 3D come ZBrush tramite l'uploader integrato o utilizzando il pulsante di caricamento sulla homepage di Sketchfab. Una volta caricati, è possibile modificare più parametri utilizzando la scheda "Impostazioni 3D". Questi includono: posizionamento del modello e impostazione del campo visivo; aggiunta di uno sfondo personalizzato con il logo dell'Università; regolazione dell'illuminazione; impostazione delle proprietà del materiale, come lucentezza e trasparenza; aggiunta di annotazioni; e ci sono anche impostazioni per la visualizzazione di modelli in realtà virtuale.

Modello 3D ospitato da Sketchfab di un bacino umano (attacchi muscolari evidenziati in ZBrush), realizzato con Space Spider

I modelli 3D possono essere caricati insieme alle relative mappe delle texture, ma Sketchfab legge anche il colore dei vertici, una funzione che può essere molto utile quando le mappe delle texture non sono disponibili. Con un account Pro, è possibile ospitare modelli privati, che possono essere molto utili per alcune scansioni che si desidera limitare a un pubblico specifico. Inoltre, Sketchfab consente di condividere facilmente il tuo lavoro con una licenza Creative Commons. Una volta ospitati su Sketchfab, i modelli 3D possono essere facilmente incorporati su siti Web e social media, e persino scaricati per la stampa 3D.

L’uso della scansione 3D presso l'Università di Dundee ha avuto un tale successo che hanno in più occasioni consigliato gli scanner 3D Artec ad altre università e organizzazioni educative nel Regno Unito e all'estero. In seguito, come membro organizzatore dell'Institute of Medical Illustrators (IMI), il Dr. Erolin ha invitato Patrick Thorn & Co a prendere parte ai loro eventi regolari. La più recente è stata una conferenza di due giorni a Belfast, in Irlanda, nell'ottobre 2019.

Durante entrambi i giorni dell'evento c'è stato un grande entusiasmo nei seminari di Patrick Thorn, in cui i partecipanti hanno anche avuto la possibilità di provare i tre scanner portatili professionali Artec 3D: Artec Leo, Space Spider ed Eva. I seminari erano intitolati "Catturare in 3D per integrare la ricostruzione facciale" e "Scansione 3D: aiutare la fotografia medica a fare di più".

"Caroline e l'Università sono state un riferimento importante per Artec 3D e per noi", ha dichiarato Thorn, "Questa relazione ci ha aiutato con molte installazioni nelle università e nelle attività commerciali della Scozia."

Per storie su come gli scanner 3D Artec vengono utilizzati in altri dipartimenti dell'Università di Dundee:

https://www.artec3d.com/cases/artec-goes-arctic

https://www.artec3d.com/cases/anatomical-3d-visualization-at-university-...