三维扫描参与揭秘3500年前格里芬战士真容

格里芬战士的数字脸部模型（供图：Tobias Houlton博士）

3500年来，这位战士的尸体一直安放在一片橄榄树林下的坟墓中，距离希腊南部的涅斯托耳王宫只有一小段路。在他周围，摆放了2000多件青铜时代的物品，包括金杯、戒指、项链、数百颗珍贵宝石、一把装饰华美的宝剑，还有皮洛斯的争战玛瑙，展现了精湛的雕刻技艺，让人叹为观止。

金柄匕首，原本放在格里芬战士胸前。（供图：辛辛那提大学古典学系涅斯托耳王宫发掘项目）

由于在这位战士身上发现了一块刻有“格里芬战士”的象牙牌，他因此得名，但这位古迈锡尼贵族的真实身份依然是个谜。

格里芬战士墓发掘现场的Sharon Stocker。（供图：辛辛那提大学古典学系涅斯托耳王宫发掘项目）

辛辛那提大学的考古学家Jack Davis和Sharon Stocker博士花了六个月的时间完成了墓地的考古挖掘。不过，他们发现了格里芬战士一具完整度极高的骨架，便立刻求助法医面部技术，希望能还原这位战士的真实容貌。

格里芬战士墓发掘平面图。（供图：辛辛那提大学古典学系涅斯托耳王宫发掘项目）

两位博士找到了生物人类学家Lynne Schepartz教授和面部人类学家Tobias Houlton博士，来协助这项任务，这个过程包含多个步骤，并不简单。Schepartz教授指导头骨碎片的挖掘，Houlton则负责头骨重建和格里芬战士的面部预测。

Houlton是苏格兰邓迪大学法医艺术和面部成像硕士课程的负责人和讲师，也是法医艺术家和该领域的专家，他曾与国际刑警组织、英国和南非的多家警署合作，通过面部近似法识别受害者身份，协助破案。

Houlton博士的工作已得到了《国家地理杂志》、史密森尼频道、英国广播公司第四电台等多家媒体的认可。

欲善事，先利器

Houlton在动身前往希腊、准备开始格里芬战士的重建工作时，带上了一台Artec Spider扫描仪。

Artec Spider现场完成的格里芬战士头骨。（供图：Tobias Houlton博士）

Spider可以用无创的方式采集形状各异的复杂物体，精度达亚毫米级，颅骨缝隙、超薄的骨片等高难度物体也能轻松捕获，因而成为全球法医专家和科研人员青睐的一款三维扫描仪。

Houlton说：“我相信Spider可以完美融入我的工作流程。许多其他解决方案都需要我们来调整适应技术设备，而现在，我们每一步都不开Spider。”

Artec Studio中数字重建后的格里芬战士头骨。（供图：Tobias Houlton博士）

“从沉积物中取出头颅骨碎片前，我会先扫描这一层，精准记录这些碎片在沉积物中的位置和朝向。”

他补充道：“挖出后，我还会再次扫描每一块碎片，暂时把它们粘在一起，再扫描一次。这样一来，等到头骨数字重建时，Spider的扫描就能提供准确的头骨碎片副本，而那些挖掘现场的扫描数据，从考古角度而言，更是价值连城。”

穿透古代土壤的CT扫描

但在过去，研究者们只能把沉积物块从考古现场带到实验室。然后借助CT扫描仪，试图把骨骼碎片分离出来。

不过，CT扫描仪无法将骨骼和沉积物区分开来，但却可以提供物体方位示意图，在后期提取格里芬战士骸骨时十分有用。

Houlton的扫描直接在Artec Studio中完成，每次扫描约一分钟，即可完整捕获每一块颅骨碎片和沉积层。

随后，这些扫描被加工制作成3D模型。值得一提的是，当时Houlton 没有Geomagic Freeform软件，因此，格里芬战士头骨是完全依靠Artec Studio完成的。

Houlton博士表示：“使用Artec Studio对齐工具，可以很轻松地选中特定碎片，旋转并对齐至其他碎片。拼接碎片到最后为格里芬战士头骨完成数字重建，并没有耗费太久时间。”

传统铸模风险大，“数字铸模”来帮忙

谈起用传统铸模方式记录骨骸时，Houlton说道：“就说格里芬战士吧，许多头骨碎片都很脆弱，在过去，是没有办法安全铸模的。”

他继续解释道：“但是Artec Spider的‘数字铸模法’扫描碎片只要几秒钟，还能保护3D副本，不再有伤害原物的可能，也不会对原物造成任何风险。”

回到办公室，Houlton把格里芬战士头骨的数字副本从Artec Studio导出至Geomagic Freeform，进行面部近似。

Freeform：数字头骨重建和面部近似的首选

在Freeform中，重建人员可通过触控笔界面，直接感受到3D物体，无论对于学生还是资深从业者而言，这都是一款很优秀的工具。

Geomagic Freeform截图：即将用于面部近似的格里芬战士头骨。（供图：Tobias Houlton博士）

和传统的黏土面部近似法相比，Freeform可以在短短几秒钟内，与机构、数字艺术家完整地分享面部近似作品，无论他们身在何方。

更重要的是，和黏土法相比，数字近似法能完全避免损坏或遗失原物的风险。

Houlton对此进一步解释道：“现在，我们在Freeform完成面部近似后，如果原始头骨遗失或破损，如果人们对于预测面部存疑，可以随时能找回Spider的头骨扫描查看。”

Geomagic Freeform截图：格里芬战士面部近似进行时。（供图：Tobias Houlton博士）

“只要几秒钟，你就能核实头骨重建是否准确，不会有丝毫存疑。毕竟，看到Spider的扫描，就好比看到了真实头骨，”他说道。

Houlton和邓迪大学的学生分享了他们内部所有的Freeform工作流程使用技巧。

所以，无论他们是以面部近似专家的身份和警方、情报机构合作，还是作为CGI专家专攻电影、电视、电子游戏制作，都掌握了技术基础，可以把埃太科三维扫描转变为栩栩如生的面部近似作品。

Freeform重建格里芬战士容貌

随着时间的推移，坟墓中的酸性土壤使格里芬战士几块薄面骨缺失，特别是鼻周附近，但Houlton用自己的方式填补了这些空缺。

他根据50张年龄与身材相仿的希腊人面部图像，构建了一个平均脸模板，并在Abrosoft FantaMorph中合并。平均脸体现了面部特征中的稳定趋势，帮助Houlton修复了个别细节无法确定的面部近似部分。

Geomagic Freeform – 使用组织深度标记重建格里芬战士容貌。（供图：Tobias Houlton博士）

在近似过程中，Houlton先插入眼部，随后是所有的组织深度标记（最多36处），最后插入肌肉和皮肤。在Freeform中，用户可以将这些面部特征作为独立对象来组织和标记，并保存在各自的文件夹中，对于面部近似而言，这项功能很有帮助。

格里芬战士容貌再现：从数字重建头骨到面部近似。（供图：Tobias Houlton博士）

此外，软件还能“看透”模型，“穿透”皮肤表层，确保软硬组织位置得当，免去了手动建模师经常要做的工作——切开黏土/模型蜡，检查内部的头骨铸模位置。

为何2D相片法不尽人意

当被问到2D相片和3D扫描在面部近似处理上的差异时，Houlton说道：“2D相片是无奈之举。为何这么说呢，因为这种方法很难衡量犬齿区附近的深度，而这个深度一定程度上可以提示鼻唇沟的形态。”

他继续说道：“通常来说，三维扫描在精度和真实性两个方面完胜2D相片。”

事实上，Spider扫描覆盖的精准数据范围很广泛，工作人员完全可以直接根据扫描完成重建，无需将原始头骨作为参考模型。

Tobias Houlton博士在邓迪大学用Artec Space Spider扫描颅骨碎片。（供图：Tobias Houlton博士）

多年来，在多项国际项目中，Houlton正是这么做的。“依靠如此精准的三维扫描，我们可以足不出户，完成面部近似。”

如需制作面部近似的真实模型，无论是用于调查、法务还是其他目的，都能轻松导出近似作品，完成3D打印。

在实操过程中，完成面部近似后，还能和客户分享3D模型，即便是远在地球另一端，也能在几秒后到达。3D打印时，还能在屏幕上查看，几小时后，就能正常使用。

3D扫描与3D打印在人体解剖教育中的应用

邓迪大学的数字制造设备中，有28台不同的三维扫描仪，Houlton和他的学生常常会将Spider的扫描3D打印出来，当然，还有邓迪大学其他几款埃太科扫描仪Eva和Space Spider的扫描。

Space Spider是Spider的替代品，它具有老款的全部功能，同时，还采用高级电子元件，新增了强大的温度稳定功能。

Artec Space Spider

几年前，经埃太科三维金牌合作商Patrick Thorn的引荐，邓迪大学法医艺术和面部成像硕士项目就启用了埃太科扫描仪，作为课程的一部分。

在教育、文化遗产、法医、医疗等领域，Thorn具有丰富的三维扫描经验，致力于理解客户真实需求，帮他们尽可能集成最佳解决方案。他还在英国各地为客户举行工作坊，足迹从康沃尔郡最南端一直到苏格兰北部。

让3D打印的逼真头骨、骨骼进课堂

3D打印对于在邓迪大学教授人体解剖学有多重要？Houlton这样回答：“我们经常使用3D打印的头骨和其他骨骼，因为这种模型处理方式对学习过程而好处多多。在这方面，埃太科扫描仪又立了大功。”

他继续补充道：“打个比方，如果我们把Spider扫描的颅骨解剖结构3D打印出来，再和其他扫描仪完成的模型并排摆放，就会看到在细节、准确度、真实度等方面差异巨大。”

在过去一项案例分享中，邓迪大学就表态，他们会在每个学期不断加大3D扫描和打印的操作比重。

对于该校的医学和法医艺术学生而言，待到毕业时，他们就能熟练操作埃太科三维扫描仪，用短短几分钟，扫描人体206块骨骼，并转换成逼真的3D模型，直接用于AR、VR、3D打印，或在Freemform中进行面部近似。

无限可能：脸部分解、记载万人坑

最近一项项目中，Houlton需要和威特沃特斯兰德大学一起前往南非。届时，他需要和博士生、学术团队一起研究人体分解对于人脸的影响，找出死亡后尸体变化的程度，并确定这种变化对人脸识别有何影响。

此外，Houlton还希望能和奥尼克考古研究中心一起开展项目，在当地和非洲不同国家和地区，为万人坑遗址做好真实的记载工作。