3D解剖可视化：扫描骨骼复原人类与动物原貌

邓迪大学刑事复原工具箱新增工具，Artec Eva 3D扫描仪助科学家推进研究。

我们的人类祖先和古代人类与我们有多相像？这是艺术家和科学家一直以来探寻的一大问题，其中就包括来自苏格兰邓迪大学的Caroline Erolin和Christopher Rynn博士。Caroline和Christopher擅长3D解剖可视化技术，可根据人骨复原已故人类的样貌。

考古颅面复原一直是博物馆和纪录片制作人的极大需求之一。最近，苏格兰Biggar & Upper Clydesdale博物馆获得了“Thankerton人类”的颅面复原头像。这一放射性碳头骨在1970年苏格兰村庄Thankerton中的石柜中被发现，可追溯至公元前2460至2140年，且被认为是18-25岁的男性头骨。

邓迪大学复原的“Thankerton人类”。图片来自BBC。

Caroline和Christopher的工作不仅仅局限于考古颅面复原。他们还在大学解剖和人脸识别中心（CAHID）开设《医学艺术》和《法医艺术和人脸识别》的理科硕士课程。他们还与政策制定者密切合作，积极参与医学和法医案件及人脸识别技术事宜，为英国刑事司法体系提供不少证据。

中心近日找到Artec的英国黄金合作伙伴Patrick Thorn & Co.同时添置了Artec Eva 3D扫描仪和教育套餐，升级中心现有的成像技术。

Patrick已安装了Artec系统，并针对这一系统和Artec Studio 3D扫描和后期处理软件的功能进行了为期一天的综合培训。Patrick拜访CAHID时，恰好遇到了BBC纪录片团队中的一员，正和Christopher一起为《Inside Out》节目录制一集有关颅面复原的节目，其中涉及了一些当地报道和全英范围内的调查。

Christopher Rynn博士剧照，正在BBC《Inside Out》节目中为观众讲解颅面复原过程。图片来自BBC

“目前，扫描仪深受学生喜爱，他们正在学习法医颅面复原技术来帮助识别身份不明的人类遗骸，”Caroline Erolin说道。“学生在头骨模具上练习，这些模型取自生命个体的CT（计算机断层扫描）数据，而非真正的头骨。但是现在，我们可以直接扫描这些头骨了。”

复原过程包括在头骨上重构面部解剖。既可通过在模具外添加泥土，也可使用电脑为扫描文件进行数字建模的方式来完成。Caroline表示数码方式有诸多好处：这种方法不会破坏真正的头骨，并且一旦完成数字化过程，复原的各层都可以独立查看和建模。完成以后，最终的颅面复原成品还可以和活生生的个体面部进行对比。

其中一项课程作业要求学生复原蜡质面部肌肉，完成一个细节丰富、生动形象的解剖模型。这一作业可帮助学生在完成上述复原过程前，先学会面部解剖和雕刻技术。几位学生都使用了Artec Eva扫描自己的模型，并创建了数字文件，可在Artec的Viewshape网站和其他3D模型展馆与他人分享互动。

Artec Studio中理科硕士法医艺术课程学生作业（描绘打哈欠状态）扫描文件。

CAHID人员参与的另一个项目需要为达西·汤普森动物学藏品进行数字化操作。大学的动物学博物馆收藏了众多来自世界各地的奇妙标本。这些藏品都可在线浏览。大多数标本由知名的达西·温特沃斯·汤普森爵士收集，他是邓迪大学的首位生物学教授，也是具有广泛影响力的1917年首版《生长和形态》一书的作者。

项目希望可以让更多人接触到这些藏品，包括普通大众、当地居民和教师学生。扫描完成后，即可建立一座在线博物馆，在这里，您可查看标本3D模型并与其互动。还有部分可进行3D打印，因此可在公开日供人们触摸或送往学校。

Caroline在达西·汤普森动物学博物馆扫描大猩猩骨架。

“许多标本都非常复杂，并且需要从不同角度进行多次扫描，”Caroline说道。例如，一个头骨至少需要扫描两次，一次从‘顶部’扫描，另一次从‘底部’扫描。如果下颌骨需单独扫描，那么次数就会更多。”

达西·汤普森动物学博物馆中的海象头骨扫描，使用Artec Eva完成。

“头骨扫描非常麻烦，因为它们包含许多精密的细节和凹面，”Caroline补充道。“但是Eva几乎可以完美捕捉到大部分的细节。扫描仪的便携性也帮了大忙，我们可以把它带去博物馆，配套Artec电池组和笔记本电脑，进行现场扫描。Eva的纹理捕获效果也非常棒，还可以导出至其他3D软件，比如ZBrush。”

向学生们展示Artec解决方案的简易操作。

Artec Eva带来的成功体验以及与Patrick Thorn的合作，促使CAHID购置了一台Artec Space Spider来扫描细节更丰富的小型标本。Eva的大型物体扫描加上Space Spider的细节处理能力，给中心的专家带来了完美解决方案。

“添置以后我们可以教授学生更多的3D扫描技术，从大型大象头骨到动物幼体小型骨骼样本，”Caroline说道。“之前我们使用的是更为基础激光扫描仪，无法捕获到相同水平的细节内容或色彩纹理，这一直以来都是限制我们的一大因素。而现在，3D扫描技术变得不再价格高昂、操作繁琐。”

Artec Eva完成的扫描，CAHID骨骼藏品中完成头颅粘合的成人头骨。

CAHID计划还包括系列骨骼藏品数字化，其中包含青年骨骼朔伊尔藏品（Scheuer Collection）。朔伊尔藏品被认为是世界唯一的青年骨骼遗骸活跃收藏地。这套藏品中有100多位未成年个体的骨骼遗骸，收集自许多不同的考古和历史解剖来源。许多标本由于脆弱，因此禁止触摸。但通过标本数字化，我们就可以向学生提供网络视觉接触渠道，并在课堂提供3D打印的标本。