Оцифровка ископаемых останков предков человека с помощью Artec Eva и Space Spider в Кении

Кратко: До недавнего времени оцифровка и создание каталогов археологических находок были долгими и довольно неточными процессами.

Задача: С помощью легких портативных 3D-сканеров оцифровать различные археологические объекты в месте их обнаружения на отдаленных территориях. Создать 3D-модели для дальнейшего изучения.

Инструменты: Artec Eva, Space Spider

Аспирант Кафедры палеонтологии МГУ с базовыми навыками 3D-сканирования производит оцифровку ископаемых останков, найденных знаменитыми палеонтологами на раскопках в Кении.

Бассейн озера Туркана на севере Кении – легендарное место, где на многочисленных палеонтологических и археологических раскопках с середины 20-го века работала и совершила ряд революционных открытий знаменитая династия исследователей Лики со своей группой учёных. Одни из самых известных ископаемых останков, найденных в этом регионе, – Турканский мальчик – почти полный скелет десятилетнего подростка, человека прямоходящего, возрастом около 1,5 – 1,6 миллиона лет, а также Homo habilis («Человек умелый») – древний представитель рода Homo возрастом около 2 миллионов лет, который предположительно использовал орудия труда. Именно семья Лики дала новому виду известное всему миру название Homo habilis.

Процесс создания цифровой копии одной из находок с помощью 3D-сканера Artec Space Spider в Институте Турканского бассейна

После нескольких десятилетий работы на озере Туркана семья Лики основала Институт Турканского бассейна для изучения останков, найденных в этом регионе. Летом 2014 года сотрудники Института приобрели высокоточный 3D-сканер для крупных объектов Artec Eva и 3D-сканер высокого разрешения Artec Spider для малых объектов и прошли обучение у специалиста компании Artec Дениса Баева. С помощью 3D-сканеров группой исследователей под руководством Луизы Лики были созданы цифровые модели всех образцов богатой коллекции ископаемых останков Института Турканского бассейна.

Здание Института Турканского бассейна

Хранилище Института Турканского бассейна

Кости из коллекции останков Института Турканского бассейна

Луиза Лики с коллегами

Институт приглашает исследователей для работы на месте раскопок, а также в лаборатории, для сканирования останков доисторических животных и человекообразных. Одним из таких исследователей стала Наталья Прилепская, аспирант Кафедры палеонтологии Московского Государственного Университета, которая отправилась на озеро Туркана для сканирования находок 3D-сканерами Artec Eva и Space Spider.

Наталья Прилепская (слева) и Луиза Лики

Наталья любезно согласилась поделиться с нами своими впечатлениями:

“Моей задачей в Институте Турканского бассейна являлась съемка палеонтологических образцов новым 3D-сканером Artec Space Spider, а также Artec Eva. У меня была проблема: не хватило времени изучить теорию и практику 3D-сканирования до отъезда, так как в моем распоряжении было всего несколько дней. Огромное спасибо специалистам из компании Artec Ольге Скворцовой, Денису Баеву, Ярославе Лаптинской и моему мужу Сергею Суховею за бесценные знания, которые они смогли передать мне за такой короткий срок!”

В Институте необходимо было извлечь максимум из приобретенных знаний. Задача была не из легких, но нет ничего невозможного.

Наталья Прилепская в хранилище Института Турканского бассейна

Большая часть практического обучения прошла в полевых условиях. 3D-сканирование напомнило мне работу за гончарным станком, и мне это понравилось: я всегда любила гончарное ремесло. Сканер не только считывал данные с объекта – он «ощупывал и осязал» его поверхность. В результате получается «живая» 3D-модель, будто искусно вылепленная из глины.

Наталья использует Space Spider для сканирования одного из образцов

Но чтобы создать 3D-модель, вначале потребовалось научиться пользоваться сканером, не сбиваясь с нужной траектории. Для этого необходимо смотреть не на сканируемый объект, а на экран компьютера. Нужно было приноровиться работать таким образом. Поначалу я то и дело переводила взгляд с экрана на объект. И когда я смотрела на объект, рука все время делала неверное движение, и область сканирования пропадала с зеленого поля [в программе Artec Studio].

Важно также учитывать скорость ведения сканера. Space Spider следует вести медленно, плавно, без резких движений, что немного отличается от быстрого сканирования вокруг объекта с помощью Eva. Для работы со сканером Space Spider идеально подошел бы вращающийся столик, но его в Институте, к сожалению, не было.

Еще важно научиться останавливаться, как только сканер считал достаточно информации. Иногда я повторно проходила некоторые области. В результате проект получался слишком большим, и из-за этого обработка данных занимала много времени.

В первый рабочий день в Институте я получила задание отсканировать свой первый палеонтологический образец – череп павиана анубиса возрастом 1,8 миллиона лет. Мне повезло работать плечом к плечу с сотрудниками Института Тимоти Жичунджом (Timothy Gichunge) и Робертом Нджечу (Robert Ngechu), которые многому меня научили. Мне было очень удобно работать с ними в одной лаборатории, поскольку я часто обращалась к ним за советом. Ребята всегда с радостью помогали.

Коллективная работа на месте раскопок

Я попросила Тимоти устроить для меня мастер-класс, чтобы увидеть, как он управляется со сканером. Это была отличная идея! Полезно не только практиковаться в одиночку, но и смотреть, как это делает профессионал. Тимоти очень плавно водил сканер Spider вокруг объекта, не сделав ни одного неверного движения. И качество его проектов было просто превосходным. Мне очень хотелось научиться сканировать так же профессионально.

Тимоти нашел простую замену вращающейся основы: он поместил небольшие образцы на файл для документов и вращал его, держа за самый край. Это стало отличным решением благодаря материалу файла: Space Spider не распознал прозрачного фона и поэтому не сканировал его. Это существенно сократило время, необходимое для удаления лишних данных и фона.

Импровизированная замена вращающейся основы для сканирования образца

После нескольких обучающих тренировок я занялась совершенствованием своих навыков. Иногда я просила Тимоти и Роберта последить за мной и говорить, если я что-то делаю неправильно. Это мне очень помогло.

Наталья сканирует один из образцов

Было приятно, что и мне удалось научить Тимоти одному приему, который мне показал мой муж Сергей. Когда сканируешь изогнутые рога антилопы, Space Spider иногда теряет траекторию на кончиках рогов, поскольку они очень тонкие и как будто висят в воздухе. А если нанизать на них кусочки бумаги с текстом или изображением, то сканер увидит их, что послужит якорем, и продолжит сканировать. При редактировании проекта бумагу нужно просто удалить.

Череп антилопы с рогами

Климат тоже сыграл большую роль в обучении. На месте раскопок было чрезвычайно жарко. Помещение, где я сканировала, проветривалось, но, несмотря на это, ноутбуки часто перегревались. Чтобы компьютеры могли работать дольше, мы ставили их на пластиковые контейнеры со льдом, которые меняли, когда лед таял.

Палящая жара на месте раскопок

Еще одним важным фактором был сильный ветер. Он никогда не стихал, принося огромное количество пыли и песка, которые проникали во все отверстия нашего оборудования. Д-р Мив Лики защитила свой ноутбук с помощью прозрачного чехла.

Мне очень повезло, что, пока я работала, вокруг практически не было насекомых. В это время года здесь их обычно полчища, что не дает возможности работать в вечернее время, так как их сильно притягивает светящийся в темноте экран компьютера. Но и эту проблему можно решить – с помощью специальной программы, которая меняет цвет экрана. Для Мака, например, это Black Light.

Работа в темноте

За время своего пребывания в Институте Турканского бассейна Наталья отсканировала семь черепов млекопитающих, которые обитали в окрестностях озера Туркана в периоды плейстоцена и голоцена (2,6 миллиона лет назад до наших дней). Готовые 3D-модели опубликованы на сайте AfricanFossils.org в разделе «3D-печать», где любой зарегистрированный пользователь может скачать и распечатать необходимую модель.

Невозможно переоценить важность создания коллекции 3D-моделей человекоподобных и животных.

В первую очередь, технология 3D-сканирования позволяет исследователям получить точные измерения палеонтологической находки. Конечно, можно воспользоваться линейкой или штангенциркулем для измерения образцов, но такие данные неточны и недостаточны, равно как и фотография или зарисовка не всегда в точности передают форму объекта.

Черепа рогатых животных из коллекции Института Турканского бассейна

Во-вторых, 3D-сканирование помогает обеспечить сохранность информации о внешнем виде останков. Даже если находка не кажется хрупкой, она может разрушиться под воздействием солнечного света, ветра, дождя и перепада температур. И даже при хранении в музее образец подвержен разрушению по причине влажности, ненадлежащей температуры и других воздействий.

Одним из распространенных факторов, негативно влияющих на состояние ископаемых останков, является пиритовая болезнь, вызывающая гниение и распад окаменелостей. Пиритовая болезнь возникает в кислородной среде под воздействием влаги, перепада температур и давления, а также ускоренного роста бактерий.

Высокоточное 3D-сканирование позволяет сохранить подробное 3D-изображение объекта в его естественном цвете. Готовая модель содержит всю необходимую информацию, включая размеры сканированного объекта, что дает исследователям возможность работать с изучаемым образцом без непосредственного контакта с ним.

Кости подвержены гниению в ненадлежащих условиях

В-третьих, создание коллекции 3D-моделей способствует более интенсивному обмену информацией об изучаемых объектах: ученые могут не тратить время и деньги на дорогу до места раскопок или музея. Несколько лабораторий имеют возможность работать сообща, обмениваясь 3D-данными о морфологии образцов, что увеличивает эффективность и качество их совместной работы.

В Институте ТБ одной из последних крупных сканированных находок стал огромный череп слона, требующий подробного изучения, который крайне сложно двигать или переворачивать. “Возможность сканировать этот образец с тем, чтобы использовать его модель для изучения, очень привлекательна”, – говорит Луиза Лики. Образец сканировали с помощью Artec Eva, и обработали данные в программе для 3D-сканирования Artec Studio 11, которая сводит к минимуму время, необходимое для создания точной 3D-модели объекта.

Тимоти сканирует огромный окаменелый череп слона с помощью Artec Eva

3D-снимки окаменелого черепа слона, сделанные сканерами Artec Eva и Spider

И самое главное, 3D-сканирование способствует развитию образования, так как 3D-модели часто используются в качестве наглядных пособий в обучающих классах. 3D-модели можно изучать не только за компьютером, но и распечатанными на 3D-принтере, что в настоящее время применятеся все чаще.

Технологии 3D-сканирования открыли новую главу в палеонтологии, став в руках исследователей мощным инструментом сохранения бесценных хрупких находок, привлечения широкого круга ученых к глубокому изучению ископаемых останков, а также вдохновения молодого поколения на поиски ответов на основополагающие вопросы о происхождении человека.

Связаться с нами