Трёхмерная анатомическая визуализация: сканирование костей для воссоздания внешнего вида людей и животных

Кратко: В течение многих лет эксперты-криминалисты трудятся над воссозданием внешнего облика наших предков. Сегодня с помощью современных достижений науки и техники, среди которых 3D-сканирование, эта мечта становится реальностью.

Задача: С помощью портативных 3D-сканеров оцифровать черепа и кости древних людей и животных. Создать их точные 3D-модели для просмотра и печати, чтобы увидеть, как они выглядели на самом деле.

Инструменты: Artec Eva, Space Spider, Artec Studio

Недавнее дополнение к судебно-экспертному реконструкционному набору Университета Данди в Шотландии – 3D-сканер Artec Eva – помогает учёным в проведении исследований.

Насколько похожими на нас были предки человека и древние люди? Поиском ответа на этот вопрос занимаются художники и учёные, такие как д-р Кристофер Ринн и Кэролайн Эролин из Университета Данди, Шотландия. Кэролайн и Кристофер специализируются на трёхмерной анатомической визуализации и могут воссоздать внешний вид когда-то жившего человека по костям его черепа.

Лицевая реконструкция в археологии очень востребована среди музеев и создателей документальных фильмов. Среди последних работ – воссоздание лица «Танкертонского человека» для музея Биггар и Верхнего Клайдсдэйла в Шотландии. Череп был найден в каменном погребальном ящике в шотландской деревне Танкертон в 1970 году, радиоуглеродный анализ помог примерно датировать  находку между 2460 и 2140 гг. до н.э., предположительно это череп мужчины в возрасте от 18 до 25 лет.

«Танкертонский человек», образ воссоздан Университетом Данди. Изображение предоставлено ВВС.

Работа Кэролайн и Кристофера не ограничивается только лишь археологической лицевой реконструкцией. В настоящее время они ведут магистратуру в области медицины, судмедэкспертизы и идентификации лиц в университетском Центре анатомии и судебно-медицинского опознания (CAHID). Они работают с директивными органами, активно участвуя в медицинских и судмедэкспертных делах и лицевой идентификации, предоставляя улики для системы уголовного правосудия Соединенного Королевства.

Недавно Центр обратился к золотому партнеру Artec, компании Patrick Thorn & Co., для приобретения 3D-сканера Artec Eva в комплекте с обучающим материалом, который стал очередным шагом Центра в улучшении и обновлении текущих средств воссоздания и изображения.

Патрик Торн, директор компании, собственноручно установил систему и провел однодневное практическое занятие, посвященное сканеру и возможностям ПО Artec Studio, используемого при сканировании и пост-обработке. Его визит совпал с посещением CAHID командой документалистов Би-би-си, которая снимала эпизод с участием Кристофера, посвященный лицевой реконструкции, для программы «Inside Out», которая освещает события и расследования по всему Соединенному Королевству.

Кадр из программы BBC «Inside Out»: д-р Кристофер Ринн объясняет зрителям процесс лицевой реконструкции.

«Этот сканер стал очень популярен среди студентов, которые, помимо прочего, изучают технику лицевого реконструирования в судебно-медицинской экспертизе, которая поможет в опознании неидентифицированных останков», – говорит Кэролайн Эролин. «Студенты обычно оттачивают свои навыки на моделях черепов, полученных с помощью КТ (компьютерной томографии), не на настоящих останках. Но теперь мы можем сканировать и настоящие черепа».

Процесс реконструкции включает в себя воссоздание лицевых мышц. Их можно вылепить из глины по отливке, либо смоделировать цифровым способом на отсканированном объекте в программе. Кэролайн отмечает ряд преимуществ в работе со сканированным объектом: процесс не наносит повреждений черепу, а по окончанию оцифровки все слои реконструкции отсканированного объекта могут быть рассмотрены и изменены в индивидуальном порядке. По завершении, итоговая лицевая реконструкция может быть сравнена с лицом живого человека.

Один из разделов обучения включает в себя реконструирование лицевой мускулатуры из воска для создания детальной и максимально приближенной к оригиналу анатомической модели. Это помогает в преподавании лицевой анатомии и в приобретении навыков скульптора для эффективной работы с реконструкциями вышеописанным методом. Некоторые студенты использовали Artec Eva для сканирования своих моделей и создания их цифровых версий, к которым можно получить доступ через сайт Artec Viewshape, и через прочие галереи 3D-моделей.

Скан из курсовой работы студента магистратуры судебно-медицинских наук, изображающий зевающего человека, в Artec Studio.

Еще одним проектом, которым занимаются сотрудники CAHID, является оцифровка зоологической коллекции Д’Арси Томпсона. Зоологический музей Университета содержит множество примечательных экспонатов, собранных по всему миру. Коллекцию можно посмотреть в Интернете. Большинство экспонатов были собраны самим знаменитым сэром Д’Арси Вентвортом Томпсоном, первым профессором биологии в Данди, автором широко известной книги 1917 года «О росте и форме».

Цель оцифровки – сделать коллекцию доступной всем: широкой общественности, местному населению, так же, как работникам университета и студентам. После окончания сканирования предполагается создание виртуального онлайн-музея, где трехмерные модели экспонатов можно будет рассмотреть подробнее. Некоторые модели также будут напечатаны на 3D-принтере, и с ними можно будет проводить занятия на днях открытых дверей или привозить в школы.

Кэролайн сканирует скелет гориллы в Зоологическом музее Д’Арси Томпсона.

«Многие экспонаты достаточно сложны, и требуют многочисленных проходов сканирования с различных углов», – говорит Кэролайн. «К примеру, череп обычно требует, как минимум, два прохода сканирования: один для «верхней» части, один для «нижней». Может потребоваться и больше, если, к примеру, нижняя челюсть сканируется отдельно».

Трёхмерное изображение черепа моржа из Зоологического музея Д’Арси Томпсона, полученное с помощью сканера Artec Eva.

«Черепа могут быть очень сложными объектами для сканирования, в силу наличия большого количества сложных деталей и впадин», – добавляет Кэролайн. «Но, похоже, сканеру Eva по плечу захват большинства этих деталей. Очень серьезным подспорьем является портативность сканера, ведь его можно взять с собой в музей для сканирования экспонатов на месте, с помощью внешнего аккумулятора и ноутбука. Eva очень хорошо снимает текстуры, которые хорошо экспортируются в прочие программы для работы с 3D, такие как Zbrush».

Группа студентов смотрит, как просто пользоваться 3D-сканерами Artec.

Имея положительный опыт работы с Artec Eva и сотрудничества с Патриком Торном, CAHID приобрели сканер Artec Space Spider для оцифровки малогабаритных и более детализированных экспонатов. Кроме того, совмещение большего охвата Eva с большей детализацией Space Spider является идеальным решением для специалистов Центра.

«Это решение позволит нам научить студентов большему количеству приемов сканирования трехмерных объектов, от очень больших, таких как череп слона, и до мельчайших образцов в детской остеологии», - говорит Кэролайн. «До этого мы использовали более простые лазерные сканеры, которые не могли обеспечить такой же уровень детализации, и не могли захватывать цветные текстуры, и это было для нас очень большим ограничивающим фактором. Никогда еще 3D-сканирование не было таким простым и доступным, как сейчас».

Искуственно деформированный череп взрослого человека из коллекции CAHID. Отсканировано с помощью Artec Eva.

В планы CAHID входит оцифровка всех их обширных скелетных коллекций, включая Коллекцию детской остеологии Шойера, которая считается единственным действительным собранием детских скелетных останков во всем мире. Она состоит из останков более 100 детей и подростков, собранных из археологических и исторических анатомических источников. Многие из экспонатов очень хрупкие, поэтому доступ к ним строго ограничен. После оцифровки эти экспонаты станут доступными студентам для изучения в режиме онлайн, а также для работы в аудитории, в форме 3D-отпечатков.

Связаться с нами