Египетская мумия превращена в 3D-модель при помощи 3D-сканирования и компьютерной томографии

25/10/2017

Artec 3D и Volume Graphics соединили 3D-скан текстуры древнеегипетской мумии с её снимком, сделанном на компьютерном томографе, чтобы получить самую точную на сегодняшний день 3D-модель мумии, которая одновременно демонстрирует её и внутреннее, и внешнее строение.

Ранее совершенно не имеющие ничего общего технологии 3D-сканирования и компьютерной томографии были совместно применены при создания уникальной модели древней египетской мумии. Данные о форме, текстуре и цвете мумии, полученные с помощью 3D-сканера Artec Eva, наложили на снимок, сделанный компьютерным томографом Siemens AXIOM. Результатом стала цифровая модель мумии, идентичная оригинальной как снаружи, так и изнутри.

Предоставляя полную информацию о внутреннем строении тела, компьютерный томограф однако не способен передать цвет, а следовательно, и создать реалистичную модель объекта. Теперь благодаря новой функции в программе Volume Graphics версии 3.1, являющейся лидером в области анализа и визуализации 3D-данных промышленных КТ, можно связать в единое целое два вида данных нажатием одной кнопки.

Проект «Мумия Шерит» – одно из первых применений этой новой функции. «Шерит» на древнеегипетском языке означает «маленький». Этим именем ученые назвали мумифицированного ребенка, умершего в Египте две тысячи лет назад. В настоящее время мумия хранится в Розенкрейцеровском музее Египта в Сан-Хосе, Калифорния.

“Для нас ценность этого проекта состоит в возможности рассказать историю этой маленькой девочки, – говорит Джули Скотт, директор Розенкрейцеровского музея Египта. – Она была доставлена в наш музей в 1930-х годах, и до сих пор мы знали о ней очень мало. Мы искали способ узнать больше о том, кем она была, не повредив её бинтов”.

Цифровая модель мумии Шерит – результат применения компьютерной томографии в сочетании с оптическим сканированием: сетка голубого цвета изображена только для целей иллюстрации. Она показывает ставшее возможным совмещение цветных 3D-сканов поверхности и трехмерных данных о внутреннем строении, полученных посредством КТ.

Шерит впервые сканировали компьютерным томографом в 2005 году. Тогда это позволило ученым определить её примерный возраст и состояние. К моменту смерти девочке было около 4-5,5 лет. Ее тело было обернуто в тонкое льняное полотно, поверх которого были разложены серьги-кольца, амулет и романское ожерелье, свидетельствующие о происхождении из богатой семьи. Врачи, привлеченные к исследованию, полагают, что причиной ее смерти, возможно, стала дизентерия или менингит.

“Сегодня в научном зале музея представлены видеозаписи этого исследования, – говорит Джули Скотт. – В скором времени мы планируем разместить там и новое видео, которое будет интерактивным. Мы надеемся, что эта новая технология поможет посетителям прочувствовать историю маленькой девочки, жившей так много лет назад”.

Снимки КТ совместили с высокоточными 3D-сканами, сделанными с помощью портативного 3D-сканера Artec Eva, в результате чего было получено полноцветное 3D-изображение внешнего вида мумии.

“Мы выбрали сканер Artec, поскольку это один из лучших способов добиться большей детализации снимков с компьютерного томографа и получить цветную сетку с поверхности, которую можно импортировать в последнюю версию нашей программы VGSTUDIO MAX, – говорит Кристоф Рейнхарт, генеральный директор Volume Graphics. – Простой в использовании сканер Artec сочетает в себе компактность и высококачественное считывание деталей поверхности. Работать с ним очень удобно за счет сравнительно небольших габаритов и высокой скорости сканирования. В то же время он позволяет получить высокоточные 3D-данные и, что самое важное, в цвете, т.е. то, чего пока еще не может обеспечить КТ. Мы невероятно довольны результатом. Его качество превзошло все наши ожидания”.

Применение технологии 3D-сканирования Artec на основе структурированной подсветки позволило отсканировать мумию быстро и без необходимости установки маркеров на её хрупкой поверхности. 3D-сканеры Artec обеспечивают изображение высокого разрешения с глубиной цвета 24 бита на пиксель, передавая оригинальные цвета объекта. А благодаря улучшенной визуализации в программе Artec Studio 12 пользователь, работая с 3D-данными, может видеть их полный рендеринг во время вращения, а не облако точек, что гораздо удобнее для редактирования и проверки 3D-модели.

“За счет сложной формы, разнообразной неповторяющейся текстуры и естественных неровностей мумию было довольно легко сканировать, – рассказывает Анна Галдина (Artec), которая сканировала мумию. – Единственное небольшое затруднение было связано с пожеланием сотрудников музея не располагать сканер над мумией. Это ограничило количество ракурсов съёмки, но благодаря универсальности сканера, это не стало проблемой”.

Сканировании мумии Шерит с помощью Artec Eva и портативного аккумулятора Artec.

В распоряжении Анны было полчаса, но на сканирование мумии потребовалось гораздо меньше времени – всего десять минут. “Тогда я решила сделать несколько дополнительных сканов, немного изменив настройки в Artec Studio, чтобы увидеть, как это повлияет на результат, – рассказывает Анна. – Также в оставшееся время я решила еще раз проверить, все ли трещины и полости удалось отснять”.

Первичная обработка данных была выполнена на месте всего за несколько минут. “Вернувшись на рабочее место, мы за полтора часа создали вариант в более высоком разрешении. Заказчик хотел получить несколько версий модели разного разрешения, которые я подготовила уже потом”, – вспоминает Анна.

Всего Анна сделала пять моделей в форматах .obj с текстурами в .png, .ply, и .wrl, в размерах от 600 тыс. до 27 млн полигонов. “Участие в этом проекте было для меня очень волнующим событием. Я никогда раньше не видела результатов совмещения 3D-сканов Artec со снимками компьютерного томографа. Они просто поразительны! – делиться впечатлениями Анна. – Оба набора данных были превосходно соединены, и теперь появилась возможность не только разглядеть каждую деталь наружной поверхности мумии, но и заглянуть внутрь неё – это потрясающе!”

3D-модель мумии Шерит, созданная с помощью 3D-сканера Artec Eva, – рендеринг в программе Artec Studio 12.

3D-изображение сохранили как текстурную сетку, которая содержала данные о форме и цвете объекта. Не нарушив целостности мумии, компьютерный томограф показал полную картину изнутри – область, которая остается недоступной для оптического 3D-сканера. Со снимков КТ была получена информация о трехмерной структуре и материале.

Затем всё что оставалось сделать, это составить оба скана в единую 3D-модель. Для этой цели текстурную сетку разместили поверх объекта, вычисленного с помощью томографа. В результате получилась самая точная на сегодняшний день цифровая копия настоящей мумии, идентичная оригиналу как снаружи, так и изнутри.

Слияние данных производилось в VGSTUDIO MAX, высокотехнологичной программе для визуализации и анализа промышленных данных КТ компании Volume Graphics. Последняя версия этой программы распознает форматы .obj и .ply.

“Очень любопытно увидеть то, что смогут сделать пользователи нашей программы теперь, когда они имеют возможность добавить к объемным данным еще одно измерение, – говорит Кристоф Рейнхарт. – Добавляя цветные облака точек и сетки, мы производим слияние двух миров – оптического сканирования и компьютерной томографии. Нам не терпится увидеть, как будет применяться эта новая функция!”

Ранее для придания реалистичности моделям объектов, сканируемых с помощью КТ, их раскрашивали вручную. Но сейчас в этом нет необходимости, если использовать 3D-сканирование текстуры в сочетании с компьютерной томографией. Текстурные сетки можно импортировать в программу Volume Graphics версии 3.1 и соединять с данными томографии для более подробной, более естественной и точной передачи деталей, а также полного визуального анализа объектов.

Наиболее ожидаемые сферы применения – сохранение культурного наследия, судмедэкспертиза, археология, антропология и медицина. Однако, возможно также и в производстве. Например, текстурные сетки и снимки КТ могут использоваться в сочетании для подробного осмотра внутренней поверхности объектов и его внешних признаков, включая данные о цвете.

Задать вопрос