挑戰:在疫情封城期間，為學(xué)生和教職人員提供獲取自然標本系列的訪(fǎng)問(wèn)途徑。

解決方案: Artec Space Spider, Artec Studio

成果:創(chuàng )建可以免費使用和下載高質(zhì)量3D掃描樣本的虛擬圖書(shū)館。

大自然一直是人們取之不竭的靈感來(lái)源。模仿壁虎腳趾生物力學(xué)的攀爬吸盤(pán)、再現鯊魚(yú)皮形態(tài)和功能的抗菌涂層，受鳥(niǎo)喙形狀啟發(fā)的日本著(zhù)名子彈列車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)外形——這些例子用來(lái)說(shuō)明如何使用模型、系統、自然元素來(lái)解決復雜的人類(lèi)問(wèn)題和設計難題。

正如生物學(xué)家、作家和仿生學(xué)研究所的聯(lián)合創(chuàng )始人Janine Benyus在她的TED演講中所講述的那樣：“我們周?chē)錆M(mǎn)天才。我們從來(lái)都不是第一個(gè)創(chuàng )造（物質(zhì)）的人。”

由于全球城市化、農村人口流失以及新的旅行政策，使人類(lèi)只能選擇有限的方式來(lái)了解這個(gè)偉大的發(fā)明機器所能提供的所有方面、秘訣和藍圖。盡管如此，世界上仍有一些地方，讓你無(wú)需進(jìn)入荒野、飛到偏遠的島嶼或穿越茂密的叢林、忍受的高溫或嚴寒，就可以找到數以千計的真實(shí)自然標本。這就是：Edna W. Lawrence自然實(shí)驗室。

Edna W. Lawrence自然實(shí)驗室（照片由自然實(shí)驗室提供）

簡(jiǎn)介

Edna Lawrence畢業(yè)于羅德島設計學(xué)院，作為美國經(jīng)驗豐富的導師、學(xué)者、著(zhù)名畫(huà)家，于1937年成立了這個(gè)實(shí)驗室。用她自己的話(huà)說(shuō)，“讓學(xué)生看到并領(lǐng)略大自然的美麗奇跡......從形態(tài)、空間、顏色、紋理、設計和結構上。”

自然實(shí)驗室不像傳統意義的實(shí)驗室。最初，Edna在1920年代夏季公路旅行期間為她的自然繪畫(huà)課收集了少量自然標本，到1937年發(fā)展到了1286個(gè)物種（包括貝殼、蝴蝶、礦物質(zhì)、骨骼、種子莢和動(dòng)物標本），再到38年后她退休時(shí)，已發(fā)展到超過(guò)25000件單品。

如今，自然歷史收藏館館藏約有80000左右個(gè)體標本，羅德島設計學(xué)院的師生，無(wú)論是他們正在從事科學(xué)、藝術(shù)還是設計項目，都可以不受限制地訪(fǎng)問(wèn)這些標本。

“在大學(xué)或任何其他的地方，都沒(méi)有可以像自然實(shí)驗室和自然歷史收藏館這樣的機構，”該實(shí)驗室的資深生物學(xué)家Benedict Gagliardi說(shuō)。“學(xué)生可以在這里獲得身臨其境的體驗——他們可以打開(kāi)展柜，取出貝殼、骨頭、浮木的碎片和動(dòng)物標本，通過(guò)繪畫(huà)、感覺(jué)、移動(dòng)它們來(lái)進(jìn)行真實(shí)的互動(dòng)。”

“這是一個(gè)深受大家喜愛(ài)的環(huán)境。我們的理念是：盡可能深入但不會(huì )強加任何東西的情況下，幫助師生推動(dòng)他們的研究項目，”自然實(shí)驗室代理主任Jennifer Bissonnette博士說(shuō)。“如果你有任何問(wèn)題，我們的三名生物學(xué)家可以幫助你深入了解并告訴你想知道的一切。”

除主要藏品外，自然實(shí)驗室還收藏了昆蟲(chóng)、地衣、珊瑚和其他小型標本、有機和無(wú)機材料、活植物、稀有的自然歷史書(shū)籍，并提供最新的成像設備，可在多個(gè)尺度和維度上探索各種自然文物。自然實(shí)驗室團隊在2015年將Artec Spider作為成像工具之一，添置到他們的設備套件中。

將3D掃描儀添置到工具箱

“這部分我們的工作是采取新的方式來(lái)創(chuàng )造可視化的空間，”實(shí)驗室代理主任Jennifer Bissonnette博士說(shuō)。“我們正在考慮用新的方式瀏覽這里的生物表面和紋理，Artec Spider作為一款工具，因為它擁有最先進(jìn)的能力，能夠捕獲到不同結構精細的分辨率。”

Spider能以高精度掃描具有精細復雜的小物體，是將自然和歷史文物的原始形狀和顏色進(jìn)行數字化保存的理想解決方案。Spider功能強大、精準、輕巧且易于使用，成為實(shí)驗室成像設備系列中重要的一員，此外還有專(zhuān)業(yè)顯微鏡、運動(dòng)相機、GPS跟蹤器和其他用于研究和記錄自然素材、標本、系統和過(guò)程的工具等等。

自然實(shí)驗室使用Artec Spider將其約80000多個(gè)自然歷史收藏數字化（照片由自然實(shí)驗室提供）

自從實(shí)驗室的師生可以使用3D掃描儀以來(lái)，它迅速成為受歡迎的工具之一。Gagliardi坦言：“被委任使用如此先進(jìn)的設備是令人振奮的。它讓我們更多地參與到項目當中，而不僅僅是要求別人為我掃描一下。”

邁向數字化

Gagliardi和他的團隊首先將學(xué)生們使用Spider制作的動(dòng)物標本、自然歷史標本和素材的3D掃描存儲在移動(dòng)硬盤(pán)上，并且僅支持創(chuàng )作者查詢(xún)訪(fǎng)問(wèn)。但是，隨著(zhù)疫情爆發(fā)帶來(lái)了改變。由于師生無(wú)法在實(shí)驗室和現場(chǎng)與藏品互動(dòng)，因此他們需要以虛擬方式訪(fǎng)問(wèn)這些標本——或者至少其中一部分標本。與此同時(shí)，Benedict萌生了一個(gè)想法，將他們已有的所有3D掃描上傳到在線(xiàn)3D模型共享平臺Sketchfab，并創(chuàng )建一個(gè)虛擬3D標本圖書(shū)館：

“當疫情爆發(fā)時(shí)，很難完全以數字化取代觸覺(jué)學(xué)習，”Gagliardi說(shuō)。“但是，對于那些努力將課程數字化的教師來(lái)說(shuō)，數字化藏館是一個(gè)巨大的優(yōu)勢。使用Artec Spider進(jìn)行3D掃描對于實(shí)現對事物的立體理解至關(guān)重要。”

實(shí)驗室團隊決定免費開(kāi)放圖書(shū)館中的所有模型下載，以便學(xué)生和教職人員可以使用這些文件，進(jìn)行提取修改，將其充分利用。

團隊擁有的各種標本和素材的精準3D副本為他們的仿生學(xué)課程帶來(lái)新的視角：

“仿生學(xué)是我們在實(shí)驗室研究的課題之一，也就是說(shuō)，利用從大自然中汲取的靈感來(lái)設計解決方案，”Bissonnette解釋道。“我們可以通過(guò)擁有不同自然形態(tài)和素材的數字館藏來(lái)分析，并將它們導入到軟件中，并且可以根據我們的設計意圖進(jìn)行構建和修改。”

新的方式還可以出借過(guò)去僅供“實(shí)驗室內部使用”的：項目

“通常，我們會(huì )像一般的圖書(shū)館一樣借出大量標本：例如，一個(gè)裝有蝴蝶標本的手工玻璃盒，或者某些類(lèi)型的貝殼和各種小標本，”Benedict說(shuō)。“我們會(huì )在無(wú)法出借的物品上貼上紅色標識。3D掃描使我們能夠以另一種方式出借它們，這樣師生可以在課后或遠距離進(jìn)行互動(dòng)。真正地改變了借閱過(guò)程的運作方式。”

在線(xiàn)3D模型數字目錄的另一個(gè)優(yōu)勢是有機會(huì )聯(lián)合起一個(gè)創(chuàng )作者和研究人員的全球社區：

“我們收到了許多熱情的反饋，大家將我們的3D掃描融入到各自的藝術(shù)作品、電子游戲設計和其他學(xué)科中，”Gagliardi說(shuō)。“有生物學(xué)家們幫助我們鑒定了一些標本。像是我們在Sketchfab上一直標記為栗鼠頭骨的項目，結果卻是麝鼠頭骨。”

行之有效的方法

疫情期間，掃描過(guò)程也必須隨之改變。由于幾乎每個(gè)人都在遠程工作和學(xué)習，因此Gagliardi根據師生的要求開(kāi)始掃描不同的標本，來(lái)補充到數字館藏當中。

Bissonnette說(shuō)：“將標本補充到虛擬館藏中變得不僅僅是師生認為的一件有趣的事情，能夠繼續訪(fǎng)問(wèn)藏品才是至關(guān)重要的。”

盡管每種類(lèi)型的樣本都是獨一無(wú)二的，但在實(shí)驗室中掃描的大多數對象都遵循相同的方法掃描。

首先，掃描對象的頂部和側面，然后將其翻轉再次掃描底部和側面。該團隊還采用了ORANGEMONKIE的可折疊燈箱來(lái)實(shí)現均勻照明的高品質(zhì)紋理，外加使用讓掃描更加平穩的電動(dòng)轉盤(pán)。

“從我第一次使用掃描儀，就被驚艷了，尤其是看到了Artec Studio軟件展現的強大功能，”Gagliardi說(shuō)。“當你生成一個(gè)原始掃描，你覺(jué)得還不錯，看起來(lái)像是我正在掃描的物體。但最終作品，定稿的網(wǎng)格，與最初的掃描相比是如此的精致，以至于每次得到最終的成品我都大為震撼。”

掃描完成后，團隊使用Artec Studio中的智能模式處理數據。完成后，最終模型會(huì )直接導出到Sketchfab，或者在某些情況下，先導出到Blender進(jìn)行額外的后期處理。Gagliardi補充道：“Artec Studio提供的掃描數據質(zhì)量很高，所以通常我們只需導出掃描，就可以直接使用了。”

目前，數字館藏有500-600份掃描，其中近400份已經(jīng)可以在Sketchfab中下載。

未來(lái)計劃

通過(guò)創(chuàng )建3D掃描標本虛擬圖書(shū)館，自然實(shí)驗室團隊讓人們有機會(huì )接觸Edna Lawrence傳奇收藏中的一些珍貴的自然文物——而不僅限于羅德島設計學(xué)院的師生，還包括公立學(xué)校和可能無(wú)法獲得此類(lèi)資源的機構。這也使得他們與同樣使用Artec掃描儀、攝影測量或其他數字化方法的大學(xué)和博物館建立了聯(lián)系和合作。

“我不斷收到來(lái)自羅德島設計學(xué)院的藝術(shù)和科學(xué)界專(zhuān)業(yè)人士和業(yè)余愛(ài)好者的評論、感謝和詢(xún)問(wèn)的消息，”Gagliardi說(shuō)。“最近，來(lái)自世界博物館技術(shù)服務(wù)提供商之一的項目經(jīng)理聯(lián)系了我，向我詢(xún)問(wèn)他們是否可以將我們的彩龜模型用于鑄造項目。這個(gè)平臺的獨特資源帶來(lái)的廣泛影響力和各種交流讓我印象深刻。”

虛擬藏館對師生和其他用戶(hù)具有重要的價(jià)值，所以現在需要培訓他們如何使用Artec Spider創(chuàng )建自己的3D模型。羅德島設計學(xué)院提供的遠程課程中，大量的使用數字藏館作為學(xué)習工具，而且隨著(zhù)學(xué)校通過(guò)數字平臺向更多受眾推廣繼續教育計劃，更視為一項寶貴的資產(chǎn)。

“我們將堅定地執行構建遠程數字資源的計劃，”Gagliardi說(shuō)。“通過(guò)疫情讓我們了解到它們更多的價(jià)值。如果沒(méi)有Artec Spider，我們今年無(wú)法在遠程化方面取得如此的成就。”