Artec Micro与Space Spider携手共建世界首个VR人类骨科课程

本科生Kaitlyn Schoonover使用Artec Space Spider扫描美洲黑熊（Ursus americanus）股骨

加利福尼亚北部一条河流中发现了一条半腐烂的腿，没过几小时，当地警官们就迅速行动了起来。他们很快将遗骸送给三位专家，分别是医疗病理学家、考古学家和兽医。前两位专家认为这是一条人腿，而兽医意见相左。

骨骼上的刀痕表明这条腿是被强行锯断的。考虑到这点，大家认为它更有可能来自人类。于是，搜救队立刻成立，探员和警官也参与其中。然而，系统摸排了附近河岸和周边地区整整三天后，他们一无所获。这时，一名法医人类学家提出了第四种观点。他确定，这条腿来自美洲黑熊，很有可能是某个猎人锯断后在上游丢弃的。

这件事再次突显了官员执法的重要性，而且，他们需要真正了解人类骨骼的专家一同合作。如果一开始就咨询法医人类学家，或其他懂行的专家，那么他们就能避免浪费几百小时的人力和几千美元的开销。然而，这种情况在美国和世界各地，每年都会发生无数次。

Artec Space Spider制作的黑熊股骨（上）和人类股骨三维扫描对比

以往，深入了解人类骨骼的好办法就是去高校，参加人类骨科课程，进教室和实验室上一学期课，研究真实的人类骨骼。但这种方式有时不太现实。即便有课，如今高校收藏的人骨也不适合学习研究，学生使用的往往是塑料模型。

一位世界顶尖的法医人类学家认识到这一缺口，于是开始采用前沿三维扫描科技和虚拟现实（VR），来改变现状。Dennis C. Dirkmaat博士是认证法医人类学家，自1991年开始，就在宾夕法尼亚州伊利市的梅西赫斯特大学（Mercyhurst University）开设世界一流的法医人类学课程。

他亲自为全国近100名验尸官、法医、执法机构和官员，依靠人类法医学解决了近1000个案件。最近，他在这一学科领域获得了两个重大奖项，一是首次获得杰出导师奖，二是因法医人类学终身成就而获得了T. Dale Stewart奖。

Dennis Dirkmaat博士用Artec Micro扫描牙齿模型

Dirkmaat博士参与过的案件需要他分析地面发现的人类遗骸、被埋的部分尸块、致命火灾现场以及大规模灾难现场，其中包括2001年9月宾夕法尼亚州索美塞德郡发生的联航93号恐怖袭击，以及2009年水牛城科尔根航空空难。

他还需要对法医现场进行大规模搜索，确定受害者身份，进行骨骼创伤分析。Dirkmaat曾作为专家证人出庭28次。他教过的很多学生已成为法医死亡调查员和专业的法医人类学家，活跃在全国和全球各地。

高清法医VR人类骨科课程选课页

有了Dirkmaat的VR人体骨骼课程，无论身处何地，人人都能有机会全面深入地了解人类骨骼，且学习进度自由控制，不受任何干扰。

课程打造历时两年，丝毫不比Dirkmaat在高校亲授15周的效果差，足以培养未来的生物人类学家。每节课上及课后精心安排的测试，能帮助学生牢牢掌握所学知识。

一位学生正在户外参加VR人类骨科课程

借助Oculus Go或Oculus Quest II VR头盔，就能和人体206块骨骼进行沉浸式交互，高分辨率的彩色3D模型，给你身临其境般的体验。每节课都以科学的方式加深你对骨骼的认识与理解：首先，学习骨骼名称，包括拼写和发音，再学习每块骨骼在人体中的位置，随后学习骨骼的解剖方位。

在余下的课程中，你可以在虚拟环境下亲自拿起骨骼，放大、缩小，多角度观察，根据自身进度，学习每块骨骼的独特特征。

VR人类骨科课程中的《骨骼名称》一课

在Dirkmaat看来，“这门课程不仅对法医领域从业者有极大帮助，同时，对考虑从事医学、卫生、运动医学、解剖学、生物学等行业的人而言，也大有裨益。掌握人类骨科知识，对包括这些领域的许多行业而言都至关重要。”

VR人类骨科课程中所使用的3D模型全部根据真实人骨制作而成，精度达亚毫米级，非常逼真。担任骨骼扫描的两台计量级专业三维扫描仪分别为手持式Artec Space Spider和桌面式Artec Micro。

Artec Micro扫描的成人第一磨牙

Space Spider只需要几分钟即可捕获每块骨骼，主要负责为大型骨骼建模，比如头骨、手臂和腿骨，Micro善于捕获小型物体，精度达10微米，主要捕获小块骨骼，包括手骨、足骨、椎骨、牙齿等等。

研究生Anthony Lanfranchi使用Artec Space Spider扫描人类胸骨

梅西赫斯特大学人类学硕士研究生Anthony Lanfranchi是课程设计人之一，他表示，“几年前，我第一次使用Space Spider，这是我人生第一次使用三维扫描仪。但学起来非常快。过去，我们用摄影法记录骨骼，需要从各个角度拍摄骨骼照片，保存骨骼特征，甚至还得为一些特别的特征制作牙科石膏模型。测量骨骼尺寸，用的是卡尺和卷尺。”

Lanfranchi继续说道，“但照片无法每次都如实反应骨骼特征，有些印记、色彩或重要特征很容易丢失。手动测量骨骼时，想要结果满意，还要多次反复测量，非常耗时。你会说这么仔细一定不会出错。但事实是，遇到弯曲的自然结构或骨骼表面，我们利用传统方式就束手无策了，肯定得不到精确值。”

一位学生在书桌前参加VR骨科课程

“但埃太科三维扫描仪可以完美捕获，无论是股骨又长又宽的表面，还是头骨上密密麻麻的接缝和凹陷部位，亦或是手骨和足骨上的小骨头，都没问题。只要几分钟，新手学生就能完成任何一块骨骼或解剖结构的扫描，获得亚毫米级精度的骨骼数据。即便需要测量多个曲面，也不成问题。手动测量的结果，远远不能达到埃太科三维扫描的水准，” Lanfranchi对此作出了强调。

VR人体骨科课程中的《特征识别》一课；标出左侧桡骨骨间嵴

Lanfranchi以最高分辨率扫描了各种骨骼，随后在Artec Studio软件中进行处理。工作流相当简单：首先点击套索工具，删除噪点，再使用尖锐融合，并添加纹理。这些扫描还支持不同格式的导出。在过去，这得花上不少时间。

用Lanfranchi的话说，“为大型扫描添加纹理这件事，通常要等我起床后，干了一小时别的事儿，回来导出扫描时才能搞定。但现在Artec Studio 15只要30分钟，就能把扫描和处理全部完成。实在太棒了！”

Lanfranchi在2020年上半年开始使用Artec Micro。他发现这款全自动桌面式扫描仪操作简单，易于理解。“只要几个小时，就能摸索出采集小骨骼和牙齿的最佳设置。花了几周时间，我们就扫描了400多块骨骼，包括小型人骨、动物骨骼、一套人类牙齿。”

VR人类骨科课程中的《骨骼识别》一课；描绘左侧髋骨

除了用于人体骨科课程，这些Micro和Space Spider的扫描还能用于医学、牙医学生、法医与生物人类学家的培训课程建设。

这个时机再好不过了。Lanfranchi表示，“今年来看，这项技术格外有帮助，疫情之下，我们根本无法靠近收藏的人类骨骼。如果没有Artec Micro和Space Spider的快速扫描能力，以及Artec Studio 15的快速处理能力，那在制作虚拟人骨藏品的过程中，我们绝对没有底气能快速完成大量骨骼的3D模型制作，并用于VR。”

Artec Studio 15中Artec Micro扫描的浣熊（Procyon lotor）股骨截图

Dirkmaat和他的团队还在开发一系列应用程序，这些程序也将利用Space Spider和Micro制作的3D模型。其中包括一个服务于执法人员的应用程序，能帮助现场警官避免混淆人类与动物骨骼。这款应用程序会利用逼真的人体骨骼3D模型，同时还会将动物骨骼（包括鹿、熊、浣熊、牛、猪等）的3D模型缩放后，与人类骨骼进行并列比较。

Artec Studio 15中Artec Micro扫描的幼龄期黑熊脚踝骨截图

Lanfranchi说道，“在美国，每天都有警察咨询法医人类学专家，了解他们找到的遗骸是否来自人类。答案往往是否定的，同时还要评估一下最有可能来自哪种动物。但只要警官们有了这款APP，很快就能亲自查询到想要的结果。”

今年上半年，大学逐渐开始远程教学，Lanfranchi和团队也必须转战虚拟课堂。也就是说，实验室的课程，只能通过骨骼照片来学习了。Lanfranchi回想起这段痛苦的回忆，表示，“这段日子对我们而言太艰难了，对有些学生而言，很难把虚拟课堂学到的知识应用起来，回到线下实验室，面对真实骨骼，他们依然很茫然。”

Artec Studio处理Artec Space Spider扫描的人类颅骨

Lanfranchi再次强调了三维扫描在法医教育领域的重要性，他表示，“在全国许多法医课程中，即便在非疫情期间，学生也接触不到真实的骨骼，只能通过教科书上的骨骼照片学习。我坚信，Space Spider和Micro制作的三维扫描，作为学科教具，要比书本上的平面图强多了。而且，我认为参加这样的VR课程，效果不会比利用真实骨骼学习来的差。通过VR学习，你不用受到实验室开放时间的限制。还能根据自己的节奏，想学多久学多久。”

Lanfranchi继续说道，“有了VR课程，就等于有了一套全天候供你使用学习的骨骼，想怎么学就怎么学。骨骼也没有被损坏的可能。而且你的老师还是一位硕士毕业生，知道教授人类骨科学的最佳方式。Dirkmaat博士也将课程顺序按照科学合理的方式进行了排列。光这点就非常难得。”