Artec 3D扫描技术重现英格兰被遗忘的原始运动

诺丁汉大学的学生正在学习如何使用Artec Space Spider进行文物数字化。供图：诺丁汉大学

电影总是将熊刻画成可怕的食肉动物，爱好攻击在森林中迷路的人，但在现实中，熊却经常受到人类的虐待。它们始终被圈养，还会被提取胆汁，手段残忍。而且，在允许斗熊的年代，它们遭受的苦难甚至更甚。

在16 世纪，公牛必须先与狗搏斗，也称“斗兽”，然后才能出售牛皮，这一习俗逐渐演变成了一种流行的娱乐方式。

据我们了解，“斗兽”是指将公牛（以及后来的熊）拴在木桩上，用狗来咬它们，观众打赌谁会赢。在莎士比亚笔下的伦敦，您可能觉得这很少见。恰恰相反，在戏院旁边经常可以看到斗兽比赛，而且这种比赛非常受欢迎，甚至有王室任命的“主人”来管理比赛的动物。

一幅描绘19世纪斗熊的画面。图源：Wikimedia Commons

许多英国人对斗兽行为毫不知情，我们有必要让年轻人了解这个国家对动物残暴的过去，Box Office Bears在Artec Space Spider和Artec Micro的帮助下，正在给人们补上这一课。

Box Office Bears

诺丁汉大学、牛津大学和罗汉普顿大学的研究人员与伦敦考古博物馆（MOLA）联手成立了 Box Office Bears，旨在发掘并分享英国斗熊历史背后的动物故事。

该计划打算汇集骨骼、建筑遗迹、地图、日记在内的各种发现，以便更好地了解这项运动以及它为何如此病态地流行。然而，为了对骨骼样本进行科学分析，研究人员需要对其进行钻孔，这种方式不可避免地会损伤骨骼，但同样也会带来重大发现。

在筹集到艺术与人文研究委员会（AHRC）的大笔资金后，团队现在找到了一种方法，可以先对样本进行数字化留存。他们与Artec金牌认证合作伙伴Patrick Thorn and Co合作，购置了Artec Micro和Artec Space Spider两台设备，它们在遗迹保护领域已经经过实践的检验，表现出色。

为400 年前的胫骨数字化

在新设备就位前，首席研究员Hannah O'Regan使用诺丁汉大学医学院的 Space Spider完成了第一份样本扫描。

助理教授Natasha Noel-Barker承担了扫描工作，她发现为一根400年历史的胫骨完成数字工作既快又简单。标本本身是棕色的，这种颜色通常很难捕捉，但有了超精密光学设备，她就能捕捉到微小病变等复杂细节，分辨率惊人。

诺丁汉大学的Natasha Noel-Barker正在处理Artec Space Spider 完成的400 年久的熊胫骨扫描。供图：诺丁汉大学

即使是O'Regan口中“几乎无法”用胶带或卡尺测量NURBS曲面，也能以惊人的精度捕捉到。其实，Noel-Barker最初扫描得到的胫骨 3D 模型就非常逼真，现在已经完成3D 打印，出展于诺丁汉大学“熊与自然、文化等一切”（ Bears! Nature, culture, and beyond!）的展览上，参观者可以亲身体验有关熊的历史。

对古老而脆弱的遗骸进行科学分析时，每个人都希望可以保护样本。该设备采用非接触式扫描，体现了三维扫描技术的另一大好处。O'Regan和她的同事们正在分析几个世纪之久的历史标本，事实证明，Space Spider是进行无损无污染数字化的信赖之选。

O'Regan解释道：“对于同位素研究、放射性碳年代测定和DNA分析来说，必须采集样本，这就需要打洞。采用三维扫描之前，我们需要拍照和测量。现在我们也可以对骨骼进行3D 扫描，这样就有了完整的记录。”

“有了Space Spider，我们可以完成骨骼的数字化和3D打印，也能将它们嵌入网站，方便人们亲自或在屏幕上操作、处理样本——这太棒了！”

分辨率惊人

诺丁汉大学实验室技术员Susie Sherwin已成为该校新成立的N-MESH Labs遗产科学计划数字化工作的核心人物，她为更多学校和博物馆展览再现了各种文物，包括古老的骰子、维京靴子等各种物品。

Sherwin使用的是一款桌面3D扫描仪Micro，精度达到十微米，令人惊叹的，它甚至还能扫描硬币等较小的物品，同时不遗漏复杂的微小细节。关于设备的独特亮点，她认为这款设备能够“覆盖所有角度”，并且“只要你记得翻转物体，Micro就能全部采集。”

Sherwin也为斗熊研究做出了更广泛的贡献，她为巴克斯顿博物馆和艺术馆的一个头骨进行了数字化处理。除了精确的捕捉能力，Space Spider易于操作、方便携带，也是此次能为诺丁汉大学考古博物馆快速提供精准标本的关键。

三维扫描采集和处理软件Artec Studio也是关键一环。经过 Patrick Thorn 的指点，Sherwin 发现软件的自动对齐算法非常适合叠加扫描，制作完整的结果。反之，在对花瓶进行数字化时，手动对齐会更有效，从而展现出这款程序强大的灵活性。

未来几个月，Sherwin计划开始使用Artec Studio的另一项先进功能：摄影测量导入。将这些数据与高分辨率三维扫描相结合，可以创建具有真实纹理和精确几何的网格。

诺丁汉大学的学生已经尝试过这项技术，预计将迅速提升高校共享模型的质量。

Sherwin解释道：“在我们的网络中，有这样一个数字实验室，本科生可在此扫描古代文献和其他博物馆物品。过去，他们使用摄影测量法，今年我们增加了三维扫描，两者结合后，能获得更高的质量。”

“（只）采用摄影测量并不一定能找到你想要的所有东西。但三维扫描使用起来非常方便，你可以围绕一个物体360度旋转并放大，捕获更多细节。”

揭开古老的秘密

借助 Artec 3D 扫描技术，诺丁汉大学团队不仅开始分享自己的发现，还将该技术融入工作流程，以推进其他领域的研究目标。

O'Regan补充道：“这一切令人兴奋，在工作流程应用上有很大的潜力。现在，我们可以使用任何骨骼样本，对其进行X光和三维扫描。这样，在用工具操作样本前，就能获得整个标本的清晰图像。对我们来说，这很有价值。”

Box Office Bears团队成员Andy Kesson博士、Hannah O'Regan教授和Liam Lewis博士与大熊影像的合影。供图：诺丁汉大学

学生们开始熟练掌握N-MESH 实验室越来越多的技术工具，该系的数字文物库也将不断扩大。无论是通过三维扫描、摄影测量、网格优化软件，还是三者结合，我们都希望能建成栩栩如生的标本库，将英国历史研究带给新的受众。

诺丁汉大学考古博物馆举办的“熊与自然、文化等一切”展览持续至2023年 12 月 31 日。

诺丁汉大学目前精选的3D扫描考古模型可点此通过 Sketchfab 访问。