Оцифровывая новейшие объекты научных исследований: 3D-сканирование гоминидов на месте раскопок в Кении

Кратко: Исследователи Института Турканского бассейна, работающие на археологических раскопках вблизи озера Туркана в Кении под руководством Луизы Лики, хотели не только сканировать в 3D свои древние находки в высоком качестве и с превосходной цветопередачей, но и иметь возможность поделиться их трехмерными изображениями со всем миром.

Задача: Используя лёгкие портативные 3D-сканеры и съемный аккумулятор, легко и быстро сканировать древние ископаемые останки разной величины при различных погодных условиях. Затем превратить полученные сканы в 3D-модели для просмотра, пересылки и 3D-печати.

Инструменты: Artec Eva, Artec Spider

Команда Artec отправилась на озеро Туркана в Кении, чтобы оцифровывать останки доисторических животных и гоминидов, работая бок о бок со знаменитыми палеонтологами.

Институт бассейна озера Туркана в Кении (Turkana Basin Institute, TBI) изучает наших предков – гоминидов – и то, как они жили. Останки, которые обнаруживают антропологи, могут рассказать очень многое о жизни миллионы лет назад. Исследуя их, ученые реконструируют историю нашей планеты и объясняют природу жизненных форм, которые когда-то населяли Землю.

Луиза Лики, которая работает в TBI, объясняет: «Конечно, гоминиды, предки человека, – это всего лишь 1% разных ископаемых останков, которые мы находим. Мы иногда больше собираем кости свиней, лошадей, слонов, грызунов и других всевозможных животных, которые сосуществовали вместе с нашими предками». В течение многих лет сотрудники TBI находят, изучают и сохраняют все эти находки, пополняя коллекцию Национального музея Кении бесценными экспонатами.

Исследовательский центр TBI.

В то же время, по мере обнаружения всё большего количества останков, TBI испытывает трудности в деле сохранения и каталогизации новых и старых находок, а также распространения  информации о них. Большинство традиционных методов сохранения очень часто оказываются неспособны адекватно задокументрировать исходные данные. Например, использование фотографий для измерения расстояния между объектами, чтобы создать трехмерные модели, часто не оправдывает себя, так как фотографии получаются размытыми и не показывают морфологию костей. 3D-сканеры, наоборот, могут запечатлеть поверхности в более высоком разрешении, создавая высококачественные изображения.

В августе 2014 года двое экспертов по сканированию Artec, Денис Баев и Франциско Корреа, приехали в исследовательский центр TBI в местечке Кооби Фора, к северу от Найроби. Там они собственными глазами увидели регион, в котором были найдены останки, и узнали о трудностях, которые испытывают работники TBI при их сохранении. Денис и Франциско привезли с собой два сканера Artec: Eva и Spider – мощные, портативные устройства высокого разрешения.

Как и их коллеги из TBI, Денис и Франциско начинали свой день на рассвете. В начале своей экспедиции они отправились в национальный парк Сибилои, область, знаменитую многочисленными находками костей доисторических гигантов. Около двух миллионов лет назад огромные черепахи, крокодилы и слоны обитали в этой местности.

До первого места раскопок пришлось добираться несколько часов, причем все время машину трясло – там нет никаких дорог, только две колеи, указывающие направление движения. Именно там Денис и Франциско оказались лицом к лицу с одним из огромных доисторических хищников – точнее, с его окаменелыми останками.

Ранее Луиза инструктировала команду Artec, как можно заметить ископаемые по цвету, текстуре и паттерну. И после того, как Денис и Франциско немного привыкли к тому, как надо смотреть на то, что их окружает, они поняли: ископаемые останки разбросаны здесь повсюду!

Ископаемые останки в национальном парке Сибилои.

Спустя полчаса им удалось отыскать останки черепа огромного крокодила в скальной породе. Это доисторическое животное, обитавшее здесь около двух миллионов лет назад, вероятнее всего, охотилось на млекопитающих. Огромная челюсть этого крокодила указывает на то, что он питался твердым и жилистым мясом.

На этом месте Луиза Лики была семь лет назад. И когда сейчас вернулась сюда с нашей командой, она поняла, что древний череп выглядит не так, как раньше. В отличие от других находок TBI, вокруг черепа не было сооружено специальных стен, чтобы защитить его от дождя и ветра. Тем не менее, никакие погодные условия не могли перевернуть этот огромный окаменелый фрагмент. Кто-то целенаправленно его разрушил, и это невозможно было исправить. Как бы то ни было, Денис взял сканер Eva и начал снимать то, что осталось от черепа.

Использование Artec Eva для сканирования останков доисторического крокодила.

Недалеко от черепа было здание, где находился целый скелет другого крокодила. Денис отсканировал и эту находку. Он использовал Artec Eva, чтобы оцифровать весь скелет целиком, а затем Artec Spider, чтобы отсканировать более мелкие и детализированные фрагменты. На это ушло недолгих 20 минут. (Вспомните, сколько времени потребовалось, чтобы добраться до этого места!)

Вооружившись всем необходимым, Денис начал сканировать с помощью Artec Eva.

Результат – 3D-изображение окаменелого крокодила.

После сканирования крокодилов Денис приступил к оцифровке гигантской черепахи. А на следующий день он оставил огромного слона Elephas recki, похожего на современного азиатского слона Elephas maximus, но намного крупнее.

Несмотря на то что многие ископаемые сложно передвинуть из-за их размера, их можно с легкостью отсканировать с помощью 3D-решений Artec.

Окаменелые останки — это как «золотой прииск» для ученых. Но в отличие от драгоценного метала, который можно извлечь сравнительно легко, фрагменты скелетов зачастую слишком большие и одновременно слишком хрупкие, чтобы их можно было сдвинуть с места. Кроме того, если ископаемые останки находятся на том месте, где их обнаружили, это дает ученым гораздо больше информации, так как можно сразу изучить и сами объекты, и ареал обитания животных. Именно поэтому исследователям из TBI нужно особенно тесно сотрудничать среди прочих с геологами и генетиками.

Но для того чтобы междисциплинарное общение смогло осуществляться, данные, собранные в таких отдаленных местах, как озеро Туркана, должны быть легко доступны. Благодаря достижениям в создании 3D-изображений, возможности поделиться ими и их хранению, стало возможным ежедневное общение ведущих специалистов по всему миру.

Луиза и ее команда используют сканеры Artec Eva и Artec Spider практически каждый день. Иногда они показывают сканеры приезжающим исследователям, которые потом понимают, что они нужны им для их собственной работы «в поле». На данный момент сотрудники TBI используют сканеры Artec, чтобы сканировать части ископаемых, которые уже находятся в коллекции музея.

Работа TBI по сохранению исторического наследия чем-то похожа на проект по оцифровке артефактов Google Art Project. Он был запущен в 2011 году, и сейчас это портал, где можно найти галереи музеев, участвующих в программе. На портале в высоком разрешении можно посмотреть модели многих наиболее ценных экспонатов из мира искусства, которые помог создать сканер Artec Eva.

Останки, найденные на раскопах, которые еще необходимо отсканировать в 3D.

Исследователи из TBI верят, что у всех должен быть простой доступ к информации о найденных и каталогизированных ископаемых у озера Туркана, которую они собирали годами. К сожалению, до недавнего времени заносить информацию в 3D-каталог было технически сложно и запредельно дорого, не говоря уже о сложных фрагментах, которые достаточно детализированы и имеют богатую текстуру, как, например, череп или зубы.

В интервью с нами Лики поделилась своим опытом в использовании различных технологий для создания цифровых изображений: «Я знаю, что сканеры, которые мы использовали до этого, очевидно, имеют фотограмметрию, это… там так много деталей, и не всегда понятно, насколько точно вы сможете из этого сделать модель. Ваши портативные сканеры Artec на самом деле снимают очень быстро, и это дает возможность делать намного больше, чем несколько лет назад».

Череп Человека умелого, которому 1,9 млн лет, был отсканирован 3D-сканером Artec Spider.

Artec Spider отсканировал детали и текстуру этой нижней челюсти Paranthropus boisei.

Сканеры Artec помогают свести людей с древней жизнью «лицом к лицу». Их возможности сканировать в высоком разрешении в результате дают цифровые копии, невероятно похожие на живые, которые можно хранить, размещать онлайн или печатать в 3D. Кроме того, они дают преимущество в скорости, мобильности, портативности и простоте использования.

Луиза Лики добавляет: «Иметь возможность получить копию ископаемых на компьютере и смотреть на них... У нас никогда такого не было. Это огромный прорыв в возможности запечатлеть так много деталей. Теперь мы можем сканировать где угодно. В идеале, если бы мы могли сканировать так, как можем сейчас, когда мы что-то находим или раскапываем, мы смогли бы получать новые данные каждый день или даже каждый час! Мы вообще смогли бы задокументировать весь процесс». С аккумулятором Artec, который долго держит заряд, стало возможным сканирование в течение длительного времени «в поле», где нет никаких источников энергии.

Всего лишь полчаса понадобилось, чтобы отсканировать и обработать данные с помощью автоматической сборки сканов.

Исследования всегда были прерогативой музеев и специальных лабораторий. Поэтому изучение останков долгое время было недоступно для обычных людей. Огромная коллекция TBI до недавнего времени не была исключением. Те ископаемые, которые находятся в музеях или лабораториях, очень редко перевозят, но, как только они оцифрованы, их 3D-копии можно распространять по всему миру. Таким образом, 3D-сканирование открыло миру запасники музеев и лабораторий.

3D-копия панциря огромной черепахи с указанием размеров и аннотацией.

Вообще, именно возможности 3D-технологий и вдохновили Луизу Лики на запуск African Fossils, сайта, который показывает виртуальную лабораторию TBI. Благодаря использованию разных 3D-инструментов, включая сканеры Artec 3D, находки TBI стали ближе обычным пользователям, где бы они ни находились – у себя дома или в лаборатории в любой точке земного шара.

Этот вид технологий открывает новые перспективы для изучения истории человека. В интервью Artec Луиза Лики развивает эту мысль: «Я почувствовала, что мы можем позволить  людям по всему миру исследовать останки и рассматривать их во всех подробностях, если мы будем сканировать не только для того, чтобы получить цифровые копии находок, которые будут храниться в местах, до которых никто никогда не доберется». Соедините мощь сканеров Artec и безграничный доступ Интернета – и географические расстояния, которые препятствуют научным дискуссиям, исчезают!

Связаться с нами