3D掃描儀

·         Artec Eva

概要：一條短吻鱷被咬掉了尾巴，一些有愛(ài)心的專(zhuān)家決定采取一些行動(dòng)——使用3D掃描與打印的最新技術(shù)為它制作一條新尾巴。

目標：使用手持式3D掃描儀捕獲一條短吻鱷的尾巴，并制作精準3D模型，為“斷尾”先生制作義尾，同時(shí)，保留該模型，可在日后完成打印。

使用工具：Artec Eva, Artec Studio

Artec 3D掃描儀幫助一條受傷的短吻鱷找到了新尾巴和新希望

當亞利桑那警方攔下一輛可疑貨車(chē)，他們驚訝地發(fā)現里面竟然有32條短吻鱷在匍匐爬動(dòng)。

警官意識到他們對這些短吻鱷束手無(wú)策，便立即致電菲尼克斯爬行動(dòng)物學(xué)會(huì )尋求援助。這些包括斷尾先生在內的短吻鱷無(wú)家可歸，隨即被該協(xié)會(huì )收留，目前，他們收留的爬行動(dòng)物多達1500只。

其中一只很快得到了一個(gè)新名字“斷尾先生”，因為他的尾巴不見(jiàn)了。

沒(méi)有尾巴對短吻鱷來(lái)說(shuō)是個(gè)嚴重的問(wèn)題。圖片來(lái)源：STAX3D

沒(méi)有尾巴對短吻鱷而言是個(gè)嚴重的問(wèn)題。除了不能在深水游泳外（很有可能溺水），他在進(jìn)餐時(shí)也會(huì )有不少麻煩。

他身邊的短吻鱷捕獵更快，因為他們前沖攻擊時(shí)都需要使用尾巴。所以對于饑腸轆轆的斷尾先生而言，除非有些倒霉的生物不小心出現在他面前，否則，他是沒(méi)機會(huì )享用到最肥美的獵物的。

他現在學(xué)會(huì )了狗爬式游泳，游泳問(wèn)題得到一部分緩解。雖然并不是最理想的解決方式，但至少他現在不會(huì )失去平衡四面朝天，甚至溺亡。

但菲尼克斯爬行動(dòng)物學(xué)會(huì )會(huì )長(cháng)Russ Johnson希望為斷尾先生想出更好的方法。

他請來(lái)了矯形研究與教育中心的Marc Jokofsky博士和他的助手Sarah Jarvis，他們在人體矯形方面有著(zhù)豐富的經(jīng)驗。一隊專(zhuān)家在這里集結，討論制作義肢尾巴的可能性。

斷尾先生義肢尾巴的3D模型示意圖。圖片來(lái)源：STAX3D

Justin Georgi博士是亞利桑那中西大學(xué)的助理教授，數年來(lái)致力于短吻鱷和其他爬行動(dòng)物的行為研究，他參與分析了斷尾先生的情況，找到添置義肢尾巴的最佳方式。

Georgi博士參考了他實(shí)驗室中不同尺寸的短吻鱷標本，和菲尼克斯聯(lián)合生物科學(xué)高中的實(shí)驗室實(shí)習生Samanta Arroyos、Jokofsky博士以及他的團隊一同計算了適合斷尾先生的尺寸、重量和密度，這條尾巴可以和斷尾先生的其他身體部分保持比例上的平衡，而且質(zhì)量分布均勻。

掌握了義肢尾巴尺寸后，Georgi博士從實(shí)驗室中選擇了一款標本作為新尾巴的模型。在設計義肢尾巴時(shí)，Georgi咨詢(xún)了The CORE Institute的Jacofsky博士及其團隊。

 “沒(méi)有尾巴，斷尾先生就喪失了游泳的能力，爬行也非常吃力，” Georgi表示?！八陉懨鏁r(shí)的體態(tài)和步態(tài)非常糟糕，長(cháng)期來(lái)看，對他的關(guān)節和骨骼健康造成了極大隱患?！?

Georgi博士之前試圖用激光3D掃描儀掃描短吻鱷尾巴，但掃描質(zhì)量不高，無(wú)法捕獲所需的細節，于是他聯(lián)系了Artec 3D經(jīng)銷(xiāo)商STAX3D，詢(xún)問(wèn)是否愿意一起合作制作斷尾先生的新尾部。

短吻鱷掃描準備中。圖片來(lái)源：STAX3D

STAX3D的Michael Andrew表示，“Justin一聯(lián)系，我們就非常感興趣，對眼前的項目充滿(mǎn)好奇?！?STAX3D之前有過(guò)使用Artec掃描儀制作假肢的經(jīng)歷，但僅限于人類(lèi)。

到達現場(chǎng)后，Stax3D就以一只最近剛過(guò)世且體型相仿的短吻鱷（Georgi和他的團隊早前也曾使用這它的尾部制作其他義肢尾巴）尾部為模型，使用Artec Eva進(jìn)行了3D掃描。Artec Eva 3D掃描儀的工作原理是通過(guò)幾束燈光投射到物體表面，再反射回掃描儀，這些反射的光束會(huì )在A(yíng)rtec Studio軟件中進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，識別并記錄物體外形，且精度高，可達每秒16幀。

Stax 3D在A(yíng)rtec Studio中處理最終數據，修改3D模型，修復瑕疵，調整大小尺寸，使其能夠吻合斷尾先生目前僅存的一小部分尾巴。他們以STL格式導出文件，并打印出了3D尾巴。

Artec Eva是一款強大的解決方案，非常適合此項目：可捕獲小到0.5毫米的細節，還能用于大型物體掃描，比如這次的短吻鱷尾部，甚至更大的物體。

 “和之前的掃描方式相比，Artec掃描儀的速度和質(zhì)量讓我們驚嘆不已，” Georgi博士說(shuō)道。

Artec Eva的分辨率使其成為解決方案。圖片來(lái)源：STAX3D

Georgi和他的團隊意識到自己能全權掌控流程，自如查看并修復數字模型，著(zhù)實(shí)喜出望外?！拔覀兡芡ㄟ^(guò)數碼流程精確控制尾巴的大小和形狀，對不同材質(zhì)進(jìn)行試驗，更直觀(guān)地對比不同義肢尾巴對斷尾先生多產(chǎn)生的影響，”他說(shuō)道。

定制模型3D打印完后，研究人員制作了硅酮模具，并據此為斷尾先生制作了幾條不同的定制義肢尾巴。

現在，每次給他綁上新義肢尾巴，他都表現自然，好像從未缺少過(guò)尾巴一樣。他再也沒(méi)有流露出緊張或不適的感覺(jué)，說(shuō)明這些尾巴對他而言自然舒適。

現在，每次給他綁上新義肢尾巴，他都表現自然，似乎從未缺少過(guò)尾巴。圖片來(lái)源：STAX3D

斷尾先生正在擺脫之前的舊習慣，慢慢變回短吻鱷的正常模樣。他現在能和他的同類(lèi)小伙伴們一樣，飽餐一頓后游泳浮潛、爬行前進(jìn)。

在未來(lái)的五六十年，隨著(zhù)他體型增加（成年短吻鱷可以長(cháng)達20英尺長(cháng)，約6米），斷尾先生需要將近40條新尾巴?，F在有了3D模型，學(xué)會(huì )只需修改一下模型，就能立刻打印出新的尾巴。

菲尼克斯爬行動(dòng)物學(xué)會(huì )會(huì )長(cháng)Russ Johnson告訴亞利桑那共和報，“他會(huì )在這里健康快樂(lè )地生活?！?

The CORE Institute將他們所有的作品和材料都投入到本次具有特殊意義的項目中。Dragon Skin®用來(lái)包裹義肢。這款材料非常特殊，采用的是質(zhì)量輕便的硅酮材料，廣泛用于電影特效和電子動(dòng)畫(huà)的道具制作和整形修復。

Sketchfab中的尾部3D模型

這次項目可以說(shuō)是短吻鱷修復學(xué)上的一次飛躍，而在人體矯形修復領(lǐng)域，3D掃描和打印做出了更突出的貢獻?！斑@不是假想的未來(lái)，而是真真實(shí)實(shí)的當下，”Andrew說(shuō)道?！笆褂眠@項技術(shù)，無(wú)論公司還是個(gè)人，都能利用這項科技解決之前修復制作方式上的缺陷。通過(guò)這項科技，您可以省略很多步驟，從而節省大量時(shí)間?！?

參與的每一位都希望斷尾先生的新尾巴能吸引更多人關(guān)注這一充滿(mǎn)活力的新領(lǐng)域?！拔覀兡壳八龅闹皇?D掃描和打印技術(shù)在修復領(lǐng)域應用的一些皮毛，” Georgi博士總結道?！拔艺J為也許斷尾先生這一項目最重要的一點(diǎn)，就是激發(fā)了大眾的想象，鼓勵他們進(jìn)一步推動(dòng)這一領(lǐng)域的發(fā)展?！?