3D-сканирование в районе битумных озёр Ранчо Ла-Брея с помощью Artec Space Spider

13/10/2019

Скелет ужасного волка, найденный в районе битумных озер Ранчо Ла-Брея

Двенадцать тысяч лет назад на территории современного Лос-Анджелеса (Калифорния) глубоко под землей и на дне озер сформировались крупные месторождения битума. Мамонты, бизоны, лошади, гигантские ленивцы и верблюды, спускаясь к воде, чтобы утолить жажду, вязли в липкой битумной массе, просачивающейся на поверхность. Жидкого битума глубиной всего четыре сантиметра было достаточно, чтобы бизон и даже мамонт не смогли из него выбраться.

 Мамонт и саблезубый тигр в ловушке из вязкого битума. Сцена из фильма «Титаны ледникового периода»

Предкам современных животных, таким как ужасный волк (Canus dirus), саблезубая кошка (Smilodon fatalis) и американский лев (Panthera leo atrox), эти гиганты, беспомощно пытающиеся сдвинуться с места, казались лёгкой добычей. Но вскоре и хищник, и жертва оказывались в одной ловушке, где оба умирали от голода и медленно разлагались на поверхности беспощадного битумного болота, а их останки были со временем погребены в осадочной породе.

Скелет саблезубой кошки в Музее Ранчо Ла-Брея

В Музее Ранчо Ла-Брея хранится коллекция ископаемых останков, которые учёные находили всё в том же бурлящем битуме начиная с 1906 года. С тех пор в районе Ранчо Ла-Брея были извлечены останки свыше 3,5 миллионов особей. По данным радиоуглеродного анализа, возраст этих ископаемых составляет 50 тысяч лет.

Музей Ранчо Ла-Брея

Эти битумные месторождения стали сокровищницей для палеонтологов всего мира, подарившей огромное количество хорошо сохранившихся останков. Например, более 3600 ужасных волков и десятки тысяч других ископаемых.

Месторождение № 91 Ранчо Ла-Брея

Учёные проводят многочисленные исследования останков этих особей, включая радиоуглеродный анализ и анализ молекул других веществ в их составе, чтобы понять, какие изменения произошли под воздействием окружающей среды и антропогенных факторов. Радиоуглеродный анализ позволяет точно определить возраст древних растений, насекомых, птиц, рептилий, амфибий, млекопитающих и раковин и постепенно проливает свет на то, какой была окружающая среда в этой местности за тысячи лет до появления здесь человека.

Это важно не только для получения картины прошлого, но и для более точного понимания сегодняшних процессов изменения окружающей среды. Эта информация помогает прогнозировать изменения, ожидающие нас через несколько десятков и сотен лет, и подсказывает методы сохранения биологических видов на планете.

Ископаемые, найденные на месторождении № 91 – одном из более сотни озер на Ранчо Ла-Брея

Перед выполнением радиоуглеродного анализа, который неизбежно ведет к повреждению изучаемого образца, в музее изготавливали гипсовые слепки, чтобы запечатлеть изначальный внешний вид находок для будущих исследований. Для этих целей применялся метод фотограмметрии с использованием зеркального фотоаппарата, который каждый раз влек за собой длительный процесс постобработки. Поэтому было организовано большое хранилище для складирования ископаемых останков.

Стойки с ящиками для ископаемых останков в хранилище Музея Ранчо Ла-Брея

Затем сотрудники музея узнали об успешных случаях применения 3D-сканирования в палеонтологии, о том, что эта технология позволяет существенно ускорить рабочие процессы, повышает качество и точность результата и даёт целый ряд новых возможностей для 3D-печати и цифровой визуализации с формированием цифрового архива 3D-моделей ископаемых.

Скелет американского льва в Музее Ранчо Ла-Брея

Специалисты в области 3D-сканирования в компании Rapid Scan 3D, официальном дистрибьютере Artec, познакомили сотрудников музея с Artec Space Spider, профессиональным портативным сканером на основе структурированной подсветки, который быстро создаёт 3D-модели метрологического уровня точности даже сложных для сканирования органических объектов, таких как ископаемые останки. Обеспечивая точность до 0,05 мм Space Spider всего за несколько минут делает ту работу, которая раньше занимала час и даже более.

Крис Стронг из компании Rapid Scan 3D рассказывает: “Когда мы поняли, какой уровень детализации оцифровки ископаемых необходим на Ранчо Ла-Брея, стало очевидно, что Artec Space Spider – правильный выбор. Space Spider – портативный, простой в применении, как для опытных, так и новых пользователей. Он всего за несколько минут может обеспечить точные цветные 3D-данные высокого разрешения. Мы уже много лет помогаем успешно внедрять сканеры Artec в аэрокосмической отрасли и медицине. Эту же технологию можно использовать для сохранения исторического наследия, включая и доисторические образцы”.

Кэри Ховард держит в руках шестой шейный позвонок верблюда, найденный в битуме

По словам Кэри Ховард, специалиста по оцифровке на Ранчо Ла-Брея, “Space Spider точно считывает сложные формы костей. Некоторые из этих форм и поверхностей довольно сложные для считывания, например, изгиб ребра бизона, верхние клыки саблезубой кошки или плюсневая кость короткомордого медведя, – я могу назвать еще множество примеров… Space Spider позволяет копировать их, создавая идеально реалистичные цветные 3D-модели высокого разрешения”.

“Один из наших первых проектов, - продолжает Кэри, -  включал 400 особей. Мы быстро сканировали, сделали постобработку и взялись за следующие. Теперь мы можем оцифровывать намного больше особей, чем когда-либо. А с фотограмметрией на такое же количество особей у нас уходило втрое больше времени”.

Позвонок ужасного волка, обнаруженный в ходе раскопок в рамках “Проекта 23»

В большинстве случаев Кэри тратит на 3D-сканирование со Space Spider всего несколько минут. Она помещает объект на небольшой поворотный столик, берет в руку Space Spider, медленно вращает столик, перемещая сканер вверх и вниз, и считывает все детали поверхности. Во ходе этого процесса программа для сканирования Artec Studio отображает получаемый снимок в реальном времени. Если оператор пропускает какие-либо участки, это сразу видно на экране, и их можно сканировать повторно – повернуть образец и сканировать еще раз.

3D-сканирование кости нижней челюсти ужасного волка с помощью Artec Space Spider

Постобработка производится в программе Artec Studio, включая совмещение и регистрацию сканов в одну “идеальную цифровую 3D-копию”, которая затем экспортируется в формате OBJ и архивируется.

3D-модель кости нижней челюсти ужасного волка, сканированной с помощью Artec Space Spider

Не так давно в музее испытали Artec Micro, настольный автоматизированный метрологический 3D-сканер, разработанный для оцифровки мелких объектов с точностью до 10 мкм. В музее хранится многочисленная коллекция останков мелких особей – разнообразные растения и животные, включая птиц, пресноводных улиток и большое количество семян. Процесс сканирования прост: необходимо положить образец на платформу сканера Micro, затем несколько щелчков мышью – и он сделает всё остальное. Платформа наклоняется и вращается, а двойная камера Micro на основе голубой структурированной подсветки считывает все детали поверхности объекта под всеми углами.

Как видно на фото, посетители музея могут через стекло наблюдать за работой сканера Space Spider. Здесь же установлен монитор, отображающий ход построения 3D-снимка ископаемого образца (в программе Artec Studio). Напротив располагается лаборатория, где палеонтологи работают с извлеченными на раскопках останками, очищают и регистрируют их. Дети и взрослые посетители музея могут наблюдать за работой палеонтологов через стеклянную стену, поэтому лабораторию в шутку прозвали “аквариумом”.

Одной из задач музея стало создание онлайн-базы данных 3D-моделей для исследователей, а также различных подобных виртуальных ресурсов для широкой аудитории, в том числе, для школ и университетов.

Два проекта музея, находящихся на стадии развития, будут включать использование технологий дополненной реальности. Посредством интерактивных экспонатов и эффекта присутствия музей планирует повысить интерес аудитории к палеонтологическим находкам Ранчо Ла-Брея. Такие проекты можно эффективно реализовать с применением 3D-моделей, создаваемых с помощью сканера Space Spider, и других цифровых технологий. С их помощью можно значительно повысить осведомленность аудитории о научных открытиях и исключить их неверные толкования.

Связаться с нами