Artec Space Spider сканирует огромный скелет стегозавра возрастом 150 миллионов лет

Кратко: Многие музеи США желают заполучить для своих коллекций копию выставленного в Денверском музее скелета стегозавра, достигающего трех метров в высоту и восьми метров в длину

Задача: Сканировать стегозавра в 3D в максимальном разрешении и цвете и создать 3D-модель – идеальную копию стегозавра для просмотра и 3D-печати.

Инструменты: Artec Space Spider, Artec Studio

С помощью  3D-сканера  Artec Spider и 3D-принтера создана полноразмерная реплика символа штата Колорадо – стегозавра Кесслера, для коллекции местного музея.

Сходящиеся в поединке стегозавр и аллозавр, выставленные в Денверском музее естественной истории, являются, пожалуй, одной из самых впечатляющих экспозиций останков динозавров. Стегозавры – травоядные динозавры весом около 10 тон, населявшие 150 млн лет назад территорию, которая в наше время носит название Колорадо. Стегозавр считается символом штата Колорадо, но не род динозавров, а именно этот стегозавр, достигающий почти восьми метров в длину. Сделало его таким особенным не то, что останки скелета были найдены в г.Канон-Сити (Колорадо), и даже не тот факт, что они практически полностью сохранились, что является большой редкостью для скелетов динозавров.  А сделало его таковым то, что он был обнаружен учениками старшей школы во время похода, посвященного поиску ископаемых, в 1936 году. Их учителю, Фредерику Карлу Кесслеру, удалось организовать участие школьников в процессе извлечения скелета, где им посчастливилось работать бок о бок с профессиональными палеонтологами.

Стегозавр (справа) и аллозавр в Денверском музее естественной истории

Встречайте Майка Треболда, основателя компании Triebold Paleontology, Inc. (TPI), в г.Вудленд-Парк штата Колорадо. В TPI восстанавливают и собирают ископаемые скелеты и изготавливают их слепки для музеев по всему миру. Среди клиентов компании – Американский музей естественной истории в Нью-Йорке, Музей Карнеги в Питтсбурге  и Смитсоновский музей естественной истории в г.Вашинктон. TPI располагает коллекцией слепков и оригиналов останков животных, выставленных в её интерактивном музее  естественной истории Rocky Mountain Dinosaur Resource Center.

Майк Треболд планировал пополнить коллекцию слепком скелета стегозавра, но не любого представителя этого рода. Он задался целью, насколько это возможно, заполучить для своего проекта знаменитого стегозавра Кесслера. Дело в том, что в это же время в Канон-Сити строился новый детский научно-развлекательный палеонтологический центр Royal Gorge Dinosaur Experience, владелец которого, Зак Рейнольдс, захотел приобрести для центра копию скелета стегозавра, найденного Кессером недалеко от Канон-Сити. В 40-60-е годы дед Зака часто сопровождал Кесслера на раскопках, поэтому для него это событие связано не только с родным городом, но и с его семьей.

Переговоры завершились согласием Денверского музея, и работа была начата.

Изготовление реплики этого представителя вида вызывало трудности по двум причинам, одной из которых являлась его величина. Но дело было не только в том, что его длина достигает почти восьми метров, а высота с учетом пластин, идущих вдоль шеи, спины и хвоста, составляет около трех метров. Как правило, это не вызывает особых проблем, поскольку можно сделать силиконовую форму для каждой кости в отдельности и отлить пластмассовые копии. Основная сложность заключалась в том, что кости этого динозавра не разложены по полкам. Ещё в 90-е годы он был собран для постоянной экспозиции, и возможность демонтажа не предусматривалась. Для его возведения использовались сварные опоры из стали, которые прикреплены к костям скелета, как говориться, на века. Поэтому использование каждой кости в качестве отдельного эталона для отливки форм оказалось невозможным.

Для создания копии скелета динозавра Мэту Кристоферу из TPI необходимо было изготовить формы для отливки с помощью 3D-сканирования. “Нам нужна была трехмерная оцифровка, с последующей 3D-печатью, скелета, который нельзя разбирать, - рассказывает Мэт. – Размеры и все детали поверхности должны максимально соответствовать тому, что мы в итоге получим с помощью силиконовых форм. Таким образом, можно обработать отпечатанные на 3D-принтере детали и добиться максимального сходства с оригиналом”.

В TPI использовали 3D-сканер на основе структурированной подсветки Artec Spider в сочетании с программой для 3D-сканирования и постобработки Artec Studio. Сканер был предоставлен партнером Artec компанией 3D Printing Colorado. “Artec Spider смог считать поверхность так, как нужно”, - говорит Мэт.

Окончательная версия модели стегозавра Кесслера  в программе Artec Studio (вид сбоку)

С помощью Spider  каждую кость сканировали в отдельный проект в Artec Studio. “Пришлось забраться внутрь скелета – да, взрослый человек может поместиться в грудной клетке стегозавра, – чтобы  отсканировать позвонки, формирующие спину и грудную клетку, а также лопатки и бедренные кости динозавра, - рассказывает Мэт. – Еще пришлось провести некоторое время в занятных позах на стремянке, чтобы отснять верхние края больших веерообразных пластин на спине динозавра. Нам удалось отсканировать все необходимые элементы – от кончика носа до кончиков огромных шипов на хвосте”.

В итоге получился 71 отдельный проект в Artec Studio из 629 сканов. Их могло быть и больше, но чтобы сэкономить время, было решено не сканировать части, которые можно отзеркалить, как, например, передние, задние ноги и ребра.

Все сканы нужно было совместить, обрезать и сконвертировать в файлы 3D-сетки в Artec Studio. “Функции совмещения в Artec Studio стали решающими для успеха этого проекта, – рассказывает Мэт. – Процесс позиционирования каждого скана сводился к его приблизительному ориентированию вручную. Всю остальную работу выполнял инструмент «совмещение», который выбирал идеальное положение сканов относительно друг друга. Использование Artec Studio для создания сетки из собранных сканов позволило нам достичь желаемой детализации для построения модели и 3D-печати”.

Выгруженные сетки были без «шумов» благодаря фильтру в Artec Studio, который удаляет все элементы меньше основного скана. Небольшие отверстия автоматически заполнились с помощью алгоритма заполнения отверстий (hole filling algorithm) Artec Studio. “Если бы мы работали с разобранным скелетом и сканировали каждую кость в отдельности, было бы проще получить цельную сетку прямо в Artec Studio, и не понадобилось бы дополнительной постобработки, – поясняет Мэт. – При наличии стальных опор, которые нужно удалять, и труднодоступных поверхностей, которые нужно моделировать, цельная сетка – это не наш способ, то есть не то, что нам бы помогло создать модель стегозавра”.

Готовые сетки выгрузили в ZBrush для разделения на составляющие элементы, моделирования недостающих поверхностей, отсканировать которые физически не было возможности (например, межкостные промежутки), а также для удаления изображений стальных опор, которые скрывают участки поверхности некоторых костей.

Окончательная версия модели стегозавра Кесслера  в программе Artec Studio (вид спереди)

В распоряжении TPI ряд 3D-принтеров – от небольшого настольного Formlabs Form2 SLA до крупноформатного Atlas от Titan Robotics. При использовании большого количества 3D-принтеров для этого проекта печать скелета заняла шесть месяцев. Когда все детали были напечатаны, их немного обработали вручную и подготовили для  создания форм, предусмотрев полости для стальных стержней, а также разделив некоторые кости на составляющие для отливки отдельных форм. Каждая целиковая или собранная кость служила эталоном. Эти эталоны залили высококачественным силиконовым каучуком для получения двух полуформ или большего числа опок – т.е. то, чем команда TPI занимается уже около 30 лет.

Внутрь готовых форм поместили стальные стержни, вокруг которых залили жидкий полимерный состав. “Стальные стержни нужны для того, чтобы не использовать опоры, скрывающие поверхность некоторых костей, - поясняет Майк. – Из пластиковых фрагментов со стальной арматурой внутри мы соберем скелет, придадим ему любое положение и сварим выступающие из каждой детали концы арматуры. Собранный скелет будет окрашен вручную и доставлен на место”.

Готовая копия скелета стегозавра будет установлена в научно-развлекательном центра Royal Gorge Dinosaur Experience (www.dinoxp.com) в Канон-Сити штата Колорадо. Церемония открытия нового экспоната состоится 19 мая в субботу. Теперь Зак Рейнольдс со своей семьей и отцом Дейвом смогут разделить со всеми радость этого долгожданного события.

По словам Майка, еще пару десятков лет назад выполнить этот проект было бы невозможно. “С помощью 3D-сканера Artec Spider мы смогли применить сочетание лучших современных технологий с наиболее продвинутыми традиционными методами формовки и литья и создать точную копию знаменитого стегозавра, даже не коснувшись его, – говорит Майк. – И теперь мы уже подумываем о реплике аллозавра…”

Связаться с нами