가장 오래된 것으로 알려진 티라노사우루스 렉스와 Artec 3D가 일본 박물관 전시를 위해 다시 만나다

과제: 나가사키의 일본 공룡 박물관에 있는 표본의 새로운 3D 재구성을 위해 이전에 스캔한 6천 6백만 년 된 티라노사우루스 렉스 뼈의 분실, 교체 및 품질 불량 모델을 높은 품질과 세밀도로 재현하기.

솔루션: Artec Space Spider, Artec Studio, Autodesk Maya, ZBrush, Geomagic Wrap, Simplify3D 및 Cura; 3D Printers – Ultimaker, Builder Extreme 1500

결과: 3D 프린팅하여 최종 골격으로 조립할 준비가 된 고해상도 3D로 새롭게 다시 스캔한 뼈.

2014~2016년 Trix의 초기 재구성에 성공한 후, Naturalis Biodiversity Center의 팀은 팀 소유의 3D 스캐너가 필요하다고 판단했습니다.

네덜란드 공급업체와의 연구와 대화를 통한 옵션을 고려하여 이 팀은 정확성, 성능 및 사용 편의성 측면에서 다양한 작업에 가장 적합한 Artec Space Spider를 선택했습니다. 그리고 스캐너는 지난번과 마찬가지로 Artec의 오랜 파트너이자 홍보대사인 4C Creative CAD CAM Consultants가 공급했습니다.

Naturalis의 Dinosaurs 프로젝트 관리자인 Hanneke Jacobs는 “우리에게는 Space Spider를 사용하여 공룡을 재현할 수 있어야 하는 것이 가장 중요했습니다. 우리는 어떤 스캐너가 우리에게 가장 좋고 가장 편리한지 논의했고, 대부분의 요구 사항을 충족한 Space Spider를 선택했습니다”라고 말했습니다.

4C의 이사인 Edwin Rappard는 “지구에 살았던 가장 큰 포식자에는 최고의 스캐닝 기술이 필요합니다. Artec이 이 기술을 다시 제공합니다! 우리는 Naturalis가 몇 년 전 Artec Eva를 사용하여 시작한 작업을 완료하기 위해 Artec Space Spider를 선택하게 된 것에 자부심을 느낍니다. Artec을 통해 2016년의 Eva 데이터를 현재의 Space Spider 데이터 즉, 최고의 솔루션과 결합할 수도 있습니다”라고 말했습니다.

가벼우면서도 강력한  Artec Space Spider는 뼈와 다양한 유형의 화석과 같은 복잡한 기하학적 요소를 가진 작은 부품을 고해상도와 변함없는 정확도로 캡처하는 데 이상적인 선택입니다. 시기도 좋았습니다. 얼마 전 이 센터는 나가사키에 있는 일본 공룡 박물관과 "3D Trix"라는 이름으로 Trix의 첫 번째 복제본을 만들기로 계약을 맺었습니다. 이는 유명한 티라노사우루스 렉스와      Artec 스캐너가 다시 한번 만난다는 것을 의미했습니다.

3D Trix: 3D 스캔에서 조립된 골격까지

Space Spider와 Artec Studio 소프트웨어에 대한 간단한 교육을 받은 후, 티라노사우루스 렉스 골격의 두 번째 디지털 재구성을 담당하는 3D 모델 제작자이자 Naturalis의 해부학자인 Pasha van Bijlert가 작업에 착수했습니다.

Space Spider와 Artec Studio 소프트웨어에 대한 간단한 교육을 받은 후, 작업에 착수한 3D 모델 제작자 van Bijlert(출처: Hanneke Jacobs)

Trix 골격은 약 320개의 뼈로 이루어져 있습니다. 오래된 갈비뼈, 꼬리 및 척추를 포함하여 대부분의 뼈는 이미 Artec Eva로 스캔되었습니다. 즉, Pasha는 골격 전체를 다시 스캔할 필요가 없었습니다. 세밀성이 충분하지 않고 더 나은 품질로 다시 스캔해야 하는 뼈만 다시 스캔하면 되었습니다. 예를 들자면 두개골과 발뼈, 턱 등입니다. 이를 통해 모델 제작자는 많은 시간을 절약하여 누락된 요소를 최종 3D 골격에 모델링하고 고정하는 데 더 집중할 수 있었습니다.

Autodesk Maya를 사용하여 Pasha가 먼저 한 일은 이미 준비된 모든 스캔된 3D 모델을 가상의 먹이를 삼킬 준비가 된 것처럼 티라노사우루스 렉스의 사실적이고 위협적인 포즈로 배치하는 것이었습니다. 그 후 그는 다시 스캔하고 복원해야 하는 특정 뼈에 대한 작업을 시작했습니다.

Naturalis Biodiversity Center의 실제 티라노사우루스 렉스 골격 옆에 있는 3D Trix의 상부 두개골의 3D 프린팅된 부분(출처: Hanneke Jacobs)

전반적으로, Pasha가 누락된 스캔을 모두 완료하는 데 이틀이 걸렸고, 이를 처리하여 하나의 완전한 3D 모델로 결합하는 데 2주가 더 걸렸습니다.

후처리 작업 흐름은 뼈마다 달랐습니다. Pasha는 "제가 사방에서 뼈를 스캔할 수 있었다면 그것은 아마도 땅이나 주변 물체를 제거하고 나서 Artec Studio에서 융합을 하는 단순히 스캔을 정렬하는 과정일 뿐이었습니다"라고 말하며 이 작업을 위해 질감이 필요하지 않았다고 덧붙였습니다. Artec Studio에서의 자신의 작업 흐름에 대해 말하면서 이어서 "개별 스캔과 별도로 '완성된' 모델을 다른 위치에 정렬할 수 있기 때문에 정렬 도구가 특히 마음에 듭니다"라고 말했습니다.

품질이 작업에 충분할 정도로 좋지 않은 일부 스캔의 경우, 예를 들어, 뼈가 완전히 복원되기 전에 스캔되었거나 프레임에 이미 고정된 상태에서 스캔된 경우, 누락된 데이터를 수정하기 위해 Artec Studio, Geomagic Wrap 및 Zbrush를 함께 사용하여 어느 정도 폭넓은 후처리를 해야 했습니다.

그는 "가능하면 다른 뼈의 부분을 거울로 비추거나 이식하여 평평한 부분을 채웠습니다.. 어떤 경우에는 Trix와 다른 티라노사우루스 렉스 표본의 사진을 바탕으로 누락된 부분을 손으로 조각해야 했습니다"라고 말했습니다.

꼬리 "Trixifixation" 새로운 포즈

새로운 3D Trix가 최대한 사실적이고 진짜처럼 보이도록 하기 위해 Trix가 다른 표본에서 물려받은 열악한 상태의 일부 주조한 뼈를 교체하는 등 여러 단계를 거쳤습니다. 이들 뼈에는 현재 경매에 부쳐진 티라노사우루스 렉스 스탄(Stan)의 꼬리뼈도 있습니다. 나가사키 박물관의 요청에 따라 Pasha는 공격 자세의 3D Trix도 필요했습니다.

Naturalis의 티라노사우루스 렉스의 새로운 재구성, 공격적인 포즈를 취하고 있는 3D Trix(출처: Hanneke Jacobs)

더 실제적인 버전을 목표로, 이 3D 모델 제작자는 또한 3D Trix의 무릎을 서로 더 가깝게 했습니다. Pasha는 화석화된 공룡 발자국을 보고 원래의 Trix와 다른 티라노사우루스 렉스의 넓은 다리가 그저 정확하지 않다는 것을 알았습니다. 또한 설계상 원래의 새로운 모델은 원래 뼈대처럼 분해할 필요가 없었기 때문에 원래보다 척추뼈를 서로 더 가깝게 이동했습니다.

3D 프린팅 준비 완료

처리 및 후처리 후 Pasha는 전체 골격을 Rhino로 가져와 안쪽으로부터 고정된 골격을 지지할 내부 골조(강철 프레임)를 모델링했습니다.

3D Trix의 턱 아래 부분 3D 프린팅(출처: Hanneke Jacobs)

완성된 모델을 Simplify3D 및 Cura로 프린팅하기 위해 얇게 분할한 후 마침내 모든 뼈를 3D 프린팅하고 색칠할 시간이 되었습니다! 손톱과 치아와 같은 작은 부분은 특수 조건에서 생물학적으로 분해될 수 있는 강력하고 내구성이 강한 소재인 재생 PLA(폴리유산) 바이오플라스틱을 사용하여 두서너 대의 소형 Ultimaker 프린터로 프린팅했습니다. 큰 뼈는 두 대의 대형 Builder Extreme 1500 3D 프린터를 사용해 인쇄하였습니다.

Naturalis Biodality Center에 전시된 완전히 조립된 3D Trix 골격(출처: Hanneke Jacobs)

마지막 단계는 뼈에 색칠한 다음 3D 모델을 참고하여 미리 설계된 막대 틀에 하나씩 연결하는 것이었습니다.

약 4천 5백만 제곱밀리미터의 아크릴 페인트를 사용하여 거의 1년 동안 3D 프린팅과 도색 작업을 한친 후, 2020년 말에 3D Trix의 특별 재구성이 완료되었습니다. 뼈의 실제 프린팅과 조립은 Naturalis의 "Live Science" 전시장에서 이루어졌기 때문에 모든 방문객은 처음부터 끝까지 모든 과정을 볼 수 있었습니다. 새로운 티라노사우루스 렉스는 곧 일본의 새 집으로 보내질 것입니다.

Naturalis에서 3D Rix 조립

Leo의 채택

새로운 재구성이 완료된 직후 Naturalis의 팀은 자신들의 재구성 툴박스 목록에 Artec 스캐너를 하나 더 추가하기로 했습니다. 바로  Artec Leo입니다. 공룡의 크기를 고려할 때, 이 결정은 타당한 것이었습니다.

Hanneke는 "Leo는 큰 뼈를 매우 쉽게 스캔할 수 있어서 많은 시간을 절약할 수 있습니다. 이로 인해 스캔이 훨씬 쉬워졌습니다. 게다가 사용할 때 시대를 앞서가는 느낌이 듭니다!”라고 말했습니다.

이 두 스캐너로 작업하면서 팀에 이상적인 솔루션이 만들어졌습니다. "이제 작은 뼈에는 Space Spider를 사용하고 큰 뼈에는 Leo를 사용합니다. 완벽한 콤보입니다.“

두 스캐너를 모두 가지고 있는 Hanneke와 그녀의 팀은 센터의 다른 부서에서도 스캔 요청을 받는다고 말했습니다. “일전에 저는 [현재는] 프린팅되어 골격에 고정된 큰 매머드의 엉덩이뼈를 스캔했었습니다. 이제 사람들이 그것이 여기에 있다는 것을 알았으니 더 많은 사람이 우리를 찾는 방법을 알고 있습니다. 이제 그것은 우리 툴킷의 일부입니다."

연구원들은 뼈가 매우 풍부한 지역을 탐사하면서 적어도 향후 20년 동안은 바쁘게 지낼 수 있을 것이라고 말합니다. 실제로 이 팀은 이미 와이오밍주에서 앙골라까지 어디든 갈 계획을 하고 있습니다.

Naturalis 팀이 다음엔 무엇을 할지 정말 기대됩니다!

Naturalis 드림 팀(왼쪽에서 오른쪽으로): Mickel van Leeuwen, Pasha van Bijlert, Donald vd Burg, Hanneke Jacobs, Ashwin van Grevenhof, Wilco de Pineda (출처: Hanneke Jacobs)