使用Artec Space Spider将自然标本数字化用于线上浏览

大自然一直是人们取之不竭的灵感来源。模仿壁虎脚趾生物力学的攀爬吸盘、再现鲨鱼皮形态和功能的抗菌涂层，受鸟喙形状启发的日本著名子弹列车的空气动力学外形——这些例子用来说明如何使用模型、系统、自然元素来解决复杂的人类问题和设计难题。

正如生物学家、作家和仿生学研究所的联合创始人Janine Benyus在她的TED演讲中所讲述的那样：“我们周围充满天才。我们从来都不是第一个创造（物质）的人。”

由于全球城市化、农村人口流失以及新的旅行政策，使人类只能选择有限的方式来了解这个伟大的发明机器所能提供的所有方面、秘诀和蓝图。尽管如此，世界上仍有一些地方，让你无需进入荒野、飞到偏远的岛屿或穿越茂密的丛林、忍受的高温或严寒，就可以找到数以千计的真实自然标本。这就是：Edna W. Lawrence自然实验室。

Edna W. Lawrence自然实验室（照片由自然实验室提供）

简介

Edna Lawrence毕业于罗德岛设计学院，作为美国经验丰富的导师、学者、著名画家，于1937年成立了这个实验室。用她自己的话说，“让学生看到并领略大自然的美丽奇迹......从形态、空间、颜色、纹理、设计和结构上。”

自然实验室不像传统意义的实验室。最初，Edna在1920年代夏季公路旅行期间为她的自然绘画课收集了少量自然标本，到1937年发展到了1286个物种（包括贝壳、蝴蝶、矿物质、骨骼、种子荚和动物标本），再到38年后她退休时，已发展到超过25000件单品。

如今，自然历史收藏馆馆藏约有80000左右个体标本，罗德岛设计学院的师生，无论是他们正在从事科学、艺术还是设计项目，都可以不受限制地访问这些标本。

“在大学或任何其他的地方，都没有可以像自然实验室和自然历史收藏馆这样的机构，”该实验室的资深生物学家Benedict Gagliardi说。“学生可以在这里获得身临其境的体验——他们可以打开展柜，取出贝壳、骨头、浮木的碎片和动物标本，通过绘画、感觉、移动它们来进行真实的互动。”

“这是一个深受大家喜爱的环境。我们的理念是：尽可能深入但不会强加任何东西的情况下，帮助师生推动他们的研究项目，”自然实验室代理主任Jennifer Bissonnette博士说。“如果你有任何问题，我们的三名生物学家可以帮助你深入了解并告诉你想知道的一切。”

除主要藏品外，自然实验室还收藏了昆虫、地衣、珊瑚和其他小型标本、有机和无机材料、活植物、稀有的自然历史书籍，并提供最新的成像设备，可在多个尺度和维度上探索各种自然文物。自然实验室团队在2015年将Artec Spider作为成像工具之一，添置到他们的设备套件中。

将3D扫描仪添置到工具箱

“这部分我们的工作是采取新的方式来创造可视化的空间，”实验室代理主任Jennifer Bissonnette博士说。“我们正在考虑用新的方式浏览这里的生物表面和纹理，Artec Spider作为一款完美的工具，因为它拥有最先进的能力，能够捕获到不同结构极其精细的分辨率。”

Spider能以高精度扫描具有精细复杂的小物体，是将自然和历史文物的原始形状和颜色进行数字化保存的理想解决方案。Spider功能强大、精准、轻巧且易于使用，成为实验室成像设备系列中重要的一员，此外还有专业显微镜、运动相机、GPS跟踪器和其他用于研究和记录自然素材、标本、系统和过程的工具等等。

自然实验室使用Artec Spider将其约80000多个自然历史收藏数字化（照片由自然实验室提供）

自从实验室的师生可以使用3D扫描仪以来，它迅速成为最受欢迎的工具之一。Gagliardi坦言：“被委任使用如此先进的设备是令人振奋的。它让我们更多地参与到项目当中，而不仅仅是要求别人为我扫描一下。”

迈向数字化

Gagliardi和他的团队首先将学生们使用Spider制作的动物标本、自然历史标本和素材的3D扫描存储在移动硬盘上，并且仅支持创作者查询访问。但是，随着疫情爆发带来了改变。由于师生无法在实验室和现场与藏品互动，因此他们需要以虚拟方式访问这些标本——或者至少其中一部分标本。与此同时，Benedict萌生了一个想法，将他们已有的所有3D扫描上传到在线3D模型共享平台Sketchfab，并创建一个虚拟3D标本图书馆：

“当疫情爆发时，很难完全以数字化取代触觉学习，”Gagliardi说。“但是，对于那些努力将课程数字化的教师来说，数字化藏馆是一个巨大的优势。使用Artec Spider进行3D扫描对于实现对事物的立体理解至关重要。”

实验室团队决定免费开放图书馆中的所有模型下载，以便学生和教职人员可以使用这些文件，进行提取修改，将其充分利用。

 

团队拥有的各种标本和素材的精准3D副本为他们的仿生学课程带来新的视角：

“仿生学是我们在实验室研究的课题之一，也就是说，利用从大自然中汲取的灵感来设计解决方案，”Bissonnette解释道。“我们可以通过拥有不同自然形态和素材的数字馆藏来分析，并将它们导入到软件中，并且可以根据我们的设计意图进行构建和修改。”

新的方式还可以出借过去仅供“实验室内部使用”的：项目

“通常，我们会像一般的图书馆一样借出大量标本：例如，一个装有蝴蝶标本的手工玻璃盒，或者某些类型的贝壳和各种小标本，”Benedict说。“我们会在无法出借的物品上贴上红色标识。3D扫描使我们能够以另一种方式出借它们，这样师生可以在课后或远距离进行互动。真正地改变了借阅过程的运作方式。”

 

在线3D模型数字目录的另一个优势是有机会联合起一个创作者和研究人员的全球社区：

“我们收到了许多热情的反馈，大家将我们的3D扫描融入到各自的艺术作品、电子游戏设计和其他学科中，”Gagliardi说。“有生物学家们帮助我们鉴定了一些标本。像是我们在Sketchfab上一直标记为栗鼠头骨的项目，结果却是麝鼠头骨。”

行之有效的方法

疫情期间，扫描过程也必须随之改变。由于几乎每个人都在远程工作和学习，因此Gagliardi根据师生的要求开始扫描不同的标本，来补充到数字馆藏当中。

Bissonnette说：“将标本补充到虚拟馆藏中变得不仅仅是师生认为的一件有趣的事情，能够继续访问藏品才是至关重要的。”

尽管每种类型的样本都是独一无二的，但在实验室中扫描的大多数对象都遵循相同的方法扫描。

首先，扫描对象的顶部和侧面，然后将其翻转再次扫描底部和侧面。该团队还采用了ORANGEMONKIE的可折叠灯箱来实现均匀照明的高品质纹理，外加使用让扫描更加平稳的电动转盘。

“从我第一次使用扫描仪，就被惊艳了，尤其是看到了Artec Studio软件展现的强大功能，”Gagliardi说。“当你生成一个原始扫描，你觉得还不错，看起来像是我正在扫描的物体。但最终作品，定稿的网格，与最初的扫描相比是如此的精致，以至于每次得到最终的成品我都大为震撼。”

扫描完成后，团队使用Artec Studio中的智能模式处理数据。完成后，最终模型会直接导出到Sketchfab，或者在某些情况下，先导出到Blender进行额外的后期处理。Gagliardi补充道：“Artec Studio提供的扫描数据质量很高，所以通常我们只需导出扫描，就可以直接使用了。”

目前，数字馆藏有500-600份扫描，其中近400份已经可以在Sketchfab中下载。

未来计划

通过创建3D扫描标本虚拟图书馆，自然实验室团队让人们有机会接触Edna Lawrence传奇收藏中的一些最珍贵的自然文物——而不仅限于罗德岛设计学院的师生，还包括公立学校和可能无法获得此类资源的机构。这也使得他们与同样使用Artec扫描仪、摄影测量或其他数字化方法的大学和博物馆建立了联系和合作。

“我不断收到来自罗德岛设计学院的艺术和科学界专业人士和业余爱好者的评论、感谢和询问的消息，”Gagliardi说。“最近，来自世界最大的博物馆技术服务提供商之一的项目经理联系了我，向我询问他们是否可以将我们的彩龟模型用于铸造项目。这个平台的独特资源带来的广泛影响力和各种交流让我印象深刻。”

虚拟藏馆对师生和其他用户具有重要的价值，所以现在需要培训他们如何使用Artec Spider创建自己的3D模型。罗德岛设计学院提供的远程课程中，大量的使用数字藏馆作为学习工具，而且随着学校通过数字平台向更多受众推广继续教育计划，更视为一项宝贵的资产。

“我们将坚定地执行构建远程数字资源的计划，”Gagliardi说。“通过疫情让我们了解到它们更多的价值。如果没有Artec Spider，我们今年无法在远程化方面取得如此的成就。”