3D掃描儀

·         Artec Eva

·         Artec Space Spider

挑戰：讓醫學(xué)美術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生數字捕獲骨骼、骨架、解剖模型，制作成栩栩如生的3D模型。

解決方案：Artec Eva、Space Spider、Artec Studio、ZBrush

效果：大學(xué)醫學(xué)美術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生需要精準3D模型用于醫學(xué)插畫(huà)師的訓練。鄧迪大學(xué)教他們如何使用兩款先進(jìn)3D掃描儀Artec Eva和Space Spider，輕松制作3D掃描，實(shí)現多種應用。

每次看到科普視頻，告訴我們病毒是如何傳播的，以及如何預防病毒鉆進(jìn)呼吸道，就不得不感謝醫學(xué)插畫(huà)師?，F代醫療和保健領(lǐng)域在過(guò)去一個(gè)世紀已經(jīng)發(fā)展得相當高深。

鄧迪大學(xué)醫學(xué)美術(shù)學(xué)生使用Artec Space Spider掃描

醫學(xué)插畫(huà)師都是幕后工作者，他們把復雜的醫學(xué)內容變成簡(jiǎn)單易懂的圖片、簡(jiǎn)圖、視頻，以及其他生動(dòng)形象的呈現方式。

鄧迪大學(xué)內耳多個(gè)結構的醫學(xué)美術(shù)插畫(huà)

鄧迪大學(xué)醫學(xué)美術(shù)專(zhuān)業(yè)為該領(lǐng)域培養醫學(xué)插畫(huà)師，研究生課程為期12個(gè)月，涵蓋內容日益豐富的醫學(xué)美術(shù)領(lǐng)域的方方面面。隨著(zhù)科技和視覺(jué)傳達設計的不斷發(fā)展，現在恐怕是投身這一熱門(mén)行業(yè)的時(shí)機了。

鄧迪大學(xué)醫學(xué)美術(shù)3D模型解釋腎臟疾病

醫學(xué)美術(shù)插畫(huà)師通常要接受解剖學(xué)培訓，保證他們的作品不僅美觀(guān)，而且符合醫學(xué)常識，這是因為作品精確與否，特別是交到醫生手中的作品，可能關(guān)乎生死。所以，一場(chǎng)正規的解剖培訓是醫學(xué)美術(shù)專(zhuān)業(yè)的重要組成部分。

人體足部3D掃描用于制作這份足部解剖圖

醫學(xué)插畫(huà)的應用場(chǎng)景可以是一位兒童在父母陪同下，聽(tīng)醫生給出診斷，以及各種治療方案。對父母而言都是如此緊張的時(shí)刻，在兒童眼里就顯得更加可怕和迷茫了。但醫學(xué)插畫(huà)可以協(xié)助改變這樣的處境。

想象這位醫生，從辦公桌前起身，向孩子走去并坐下，讓自己和孩子一樣高。她溫柔地喚醒iPad，并和孩子父母一起觀(guān)看了有關(guān)孩子疾病的一段彩色動(dòng)畫(huà)，以及可選的幾個(gè)手術(shù)方案。這時(shí)，孩子緊張的肩膀終于放松了，她松了口氣。

其他應用案例還包括虛擬手術(shù)。醫科大學(xué)開(kāi)始研發(fā)合成不同外科手術(shù)的高仿真AR（增強現實(shí)）和VR（虛擬現實(shí)）模擬，給醫學(xué)生使用。這樣的模擬離不開(kāi)現在的醫學(xué)插畫(huà)，對解剖精準度的要求嚴苛。

鄧迪大學(xué)學(xué)生與VR環(huán)境互動(dòng)

模擬過(guò)程中，醫學(xué)生可借助虛擬手術(shù)刀、電鉆等工具打磨自己的精細動(dòng)作和肌肉記憶。因此，如果虛擬患者的3D模型解剖結構不準確，那未來(lái)，這名醫生可能無(wú)法在真實(shí)患者身上順利完成手術(shù)。

為提高真實(shí)度，除了VR頭盔外，這些模擬程序還會(huì )采用觸感設備，要求用戶(hù)做出和真實(shí)環(huán)境一樣的動(dòng)作，施加一樣的力，來(lái)完成手術(shù)。模擬訓練的效果非常令人滿(mǎn)意。

加州大學(xué)洛杉磯分校大衛·格芬醫學(xué)院2019年的一項研究表明，參加過(guò)VR手術(shù)模擬培訓的學(xué)生各方面表現更優(yōu)秀，比經(jīng)過(guò)傳統手術(shù)培訓方式的學(xué)生高出130%。

醫學(xué)插畫(huà)師有幾種不同方式，可以完成3D模型的制作。傳統方式就是3D建模。鄧迪大學(xué)的醫學(xué)美術(shù)專(zhuān)業(yè)提供這樣的課程，教授學(xué)生這門(mén)技術(shù)，訓練扎實(shí)的水平，滿(mǎn)足日后工作需要。

但是3D建模通常需要很長(cháng)的時(shí)間，經(jīng)歷繁瑣的步驟，才能創(chuàng )作出3D內容。另外，如涉及到自然外形，比如人體骨架或肌肉系統，哪怕是經(jīng)驗豐富的3D建模專(zhuān)家也會(huì )選擇更高效的方式，即數字捕獲。

3D掃描就是其中一種途徑。鄧迪大學(xué)發(fā)現手持式3D掃描儀速度快，操作簡(jiǎn)單，即便是零經(jīng)驗的學(xué)生都能快速上手，幾秒完成物體采集，于是欣然接受了這款產(chǎn)品。最終效果更是無(wú)可挑剔：3D模型達到科學(xué)級別的精準度，可用于解剖插畫(huà)、VR/AR醫學(xué)應用，還有3D打印，博物館訪(fǎng)客也能手握各種無(wú)價(jià)標本體驗學(xué)習，這是從未有過(guò)的體驗。

Artec 3D金牌經(jīng)銷(xiāo)商、3D掃描專(zhuān)家Patrick Thorn演示完Artec Eva和Space Spider 3D掃描儀后，鄧迪大學(xué)醫學(xué)美術(shù)專(zhuān)業(yè)課程主任Caroline Erolin博士很快做出了決定。

用她的話(huà)說(shuō)，“我們需要用數字捕獲的方式完成很多天然結構的掃描，包括人體骨骼和動(dòng)物標本，掃描過(guò)程要快速輕松，掃描數據到3D模型的步驟要盡量簡(jiǎn)單，能隨時(shí)用于VR和3D打印，我們的要求一點(diǎn)也不低。”

鄧迪大學(xué)醫學(xué)美術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生使用Artec Space Spider掃描人類(lèi)頭骨

她繼續補充道，“但我們看完Patrick Thorn安排的首次Artec掃描儀演示后，就意識到我們找到合適的掃描儀了。我們的學(xué)生沒(méi)有任何掃描或3D建模的經(jīng)驗，但同樣可以幾分鐘就上手掃描。使用體驗很愉快，特別是看到捕獲的物體立刻呈現在屏幕上，3D色彩鮮明，速度飛快。”

鄧迪大學(xué)隨后為醫學(xué)美術(shù)專(zhuān)業(yè)購買(mǎi)了一臺Artec Eva和三臺Space Spider，還有幾十份Artec Studio許可，這是非常著(zhù)名的3D掃描處理軟件。

用Patrick Thorn的話(huà)來(lái)說(shuō)，“自打我和Caroline以及鄧迪大學(xué)合作那天起，就發(fā)現Artec 3D掃描儀非常適合他們。很快，其他院系也發(fā)現了這些設備，也選擇了Artec 3D掃描儀。這次合作非常成功，很自豪自己能參與其中?！?

鄧迪大學(xué)醫學(xué)美術(shù)學(xué)生使用Artec Eva掃描同學(xué)

目前，鄧迪大學(xué)醫學(xué)美術(shù)專(zhuān)業(yè)使用Artec Eva和Space Spider的掃描項目如下：

·         人類(lèi)頭骨，協(xié)助臉部重建——包括法醫和考古領(lǐng)域

·         動(dòng)物學(xué)與解剖標本對比，面向公眾互動(dòng)、教學(xué)、研究

·         青少年骨學(xué)，協(xié)助保存一些易碎藏品，并通過(guò)安全無(wú)損的方式用于教學(xué)

·         成人骨學(xué)/骨骼標本，用于教學(xué)與科研

·         部分3D模型會(huì )被醫學(xué)美術(shù)學(xué)生修改整合（在ZBrush/Maya中做肌肉模型），制成解剖學(xué)的教學(xué)材料

·         教授醫學(xué)美術(shù)和法醫藝術(shù)學(xué)生所有3D掃描和處理技巧

·         掃描用蠟等傳統材料制作的模型——通常為學(xué)生作業(yè)

Erolin博士還解釋了這些掃描儀對學(xué)生有哪些益處，“學(xué)生畢業(yè)的時(shí)候，已經(jīng)在Artec Eva和Space Spider上操作了幾十小時(shí)了。他們會(huì )親自挑選設備，只要幾分鐘就能完成河豚魚(yú)到人類(lèi)頭蓋的數字捕獲。最后，把這些掃描數據一步一步制作成3D模型，用于其他醫學(xué)美術(shù)項目。包括教材插畫(huà)、在線(xiàn)動(dòng)畫(huà)、虛擬博物館展等VR環(huán)境，當然還有標本的3D打印，讓研究人員和博物館訪(fǎng)客直接接觸。我們的學(xué)生可以通通學(xué)到?！?

Artec Space Spider掃描的河豚魚(yú)3D模型（Sketchfab）

這個(gè)在線(xiàn)圖庫展示了鄧迪大學(xué)學(xué)生的部分醫學(xué)美術(shù)作品。

至于博物館展品的3D掃描是否安全，Erolin表示，“我們要掃描的許多展品都是易碎品，容易受傷，所以我們必須嚴格限制接觸時(shí)間。Artec Eva和Space Spider非常適合這類(lèi)項目。結構光技術(shù)安全無(wú)害，不具破壞性，無(wú)論是掃描脆弱的動(dòng)物標本還是古老化石都沒(méi)問(wèn)題。”

鄧迪大學(xué)使用Artec Space Spider掃描制作的醫學(xué)美術(shù)插畫(huà)

Erolin繼續說(shuō)道，“考慮到掃描儀捕獲速度很快，哪怕是零經(jīng)驗的學(xué)生也能在一個(gè)下午安全完成十幾件標本的掃描。對博物館來(lái)說(shuō)，干擾就能降到最低，還能收獲滿(mǎn)滿(mǎn)?，F在都是網(wǎng)絡(luò )授課，尤其過(guò)去幾個(gè)月全球都遇到了不小的挑戰。Artec就成為一把金鑰匙，助我們順利實(shí)現展品的數字化。”

Artec Eva掃描的北非森林象頭骨3D模型（Sketchfab）

“讓你感受一下在線(xiàn)動(dòng)物標本展品有多吸引人，達西湯普森動(dòng)物學(xué)博物館只對一小部分展品進(jìn)行了數字化，但已經(jīng)吸引了來(lái)自世界各地十幾個(gè)國家的20000多位訪(fǎng)客，在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)了我們的3D模型。參觀(guān)人數還在不斷上升?！?

“這么做不僅可以把展品開(kāi)放給許多無(wú)法親自前往蘇格蘭參觀(guān)博物館的人，還能提升博物館在國內外的名聲。當前世界熙熙攘攘，能收獲世人一份關(guān)注十分難得。”

對學(xué)校而言，掃描儀吸引人的地方是學(xué)習過(guò)程很快，而且Artec Studio掃描處理軟件也很容易掌握，這步操作對3D模型的制作十分重要。

鄧迪大學(xué)醫學(xué)美術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生使用Artec Space Spider掃描人類(lèi)下頜骨

Erolin博士具體說(shuō)明了使用流程，“掃描流程大致如下：先用Eva或Space Spider掃描物體，根據不同尺寸大小，捕獲需要的部位。通常我們使用Artec Studio中的默認設置，但遇到高難度物體，比如黑色、反光表面，偶爾也會(huì )調整下敏感度。隨后我們進(jìn)行粗配準和細配準，再對齊掃描。之后進(jìn)行全局配準，再用橡皮擦和異常值移除功能清理下數據?！?

“處理頭骨或需保留大量解剖學(xué)細節的物體時(shí)，我們常常使用尖銳融合功能。處理臉部或其他表面光滑的物體時(shí)，使用順滑融合更好。小物體過(guò)濾和快速網(wǎng)格簡(jiǎn)化完成后，用融合掃描制作紋理，并以帶紋理的OBJ文件導出，既可以是JPG，也可以是PNG格式。最后，在ZBrush中進(jìn)行最終處理?！?

“只要你不重新拓撲或切割網(wǎng)格，那ZBrush也支持模型的打磨，同時(shí)UV圖不會(huì )丟失。你也可以把紋理圖投射到Polypaint上（保證至少分割過(guò)一次模型幾何，確保多邊形數量足夠多）并整理，最后根據Polypaint制作全新紋理圖?！?

鄧迪大學(xué)醫學(xué)美術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生使用Artec Eva掃描同學(xué)

Erolin博士分享了自己對職業(yè)和3D掃描的看法：“醫學(xué)美術(shù)和藝術(shù)家的未來(lái)非常廣闊。如今能投身這一領(lǐng)域非常令人激動(dòng)，特別是現在有了像Artec掃描儀這樣的先進(jìn)科技，我們能把真實(shí)世界帶有天然外形的復雜物體變?yōu)?D模型，還比我們想象的更快更輕松?！?

“就我個(gè)人來(lái)說(shuō)，看到這些標本變成3D形象，非常激動(dòng)。對各地的醫學(xué)藝術(shù)家和學(xué)生來(lái)說(shuō)，包括將來(lái)希望學(xué)習的學(xué)生，3D模型是為醫學(xué)和法醫領(lǐng)域制作效果準確、簡(jiǎn)單易懂的藝術(shù)作品的重要手段。

最近，他們還發(fā)現擁有大量3D模型有另一個(gè)意料之外的好處。今年由于新冠肺炎，許多課程臨時(shí)取消，很多線(xiàn)下課程只能網(wǎng)絡(luò )授課。Erolin博士說(shuō)，鄧迪大學(xué)解剖與法醫人類(lèi)學(xué)中心研究了幾個(gè)網(wǎng)絡(luò )平臺，想通過(guò)平臺和專(zhuān)業(yè)學(xué)生共享3D模型，后來(lái)他們選擇了Sketchfab。這是因為這個(gè)平臺操作簡(jiǎn)單，還支持高校使用。

Space Spider參與制作：Sketchfab上的頭部解剖蠟模3D模型

模型可以從3D建模軟件中直接上傳，比如可以通過(guò)內置功能從ZBrush上傳，也可以用Sketchfab主頁(yè)上的上傳鍵。上傳后，可以在“3D設置”標簽修改不少參數，包括模型定位與視場(chǎng)設置；添加大學(xué)定制水??；調節光線(xiàn)；設置材料特性，如光澤度和透明度；增加標注；甚至是查看VR模型的設置。

Sketchfab上的人類(lèi)骨盆3D模型（ZBrush標注肌肉附著(zhù)點(diǎn)），Space Spider制作

3D模型也能和紋理圖一起上傳，但Sketchfab也可讀取頂點(diǎn)顏色，所以在沒(méi)有紋理圖的情況下，這一功能就很有用了。有了Pro賬戶(hù)，你還能存放私人模型，如果你有些內容敏感的掃描，只希望開(kāi)放給特定人群，那這個(gè)功能就很方便了。另外，在知識共享組織的許可下，Sketchfab上的作品也能輕松流通和分享。存儲到Sketchfab上后，3D模型即可輕松嵌入網(wǎng)站和社交媒體上，也能下載進(jìn)行3D掃描。

鄧迪大學(xué)的3D掃描應用非常成功，他們還經(jīng)常向英國及世界其他高校和教育機構推薦Artec 3D掃描儀。Erolin博士作為醫學(xué)插畫(huà)研究所（IMI）成員，還邀請Patrick Thorn & Co參加了研究會(huì )的常規活動(dòng)。最近一次是2019年10月在北愛(ài)爾蘭貝爾法斯特舉行的一場(chǎng)2天的會(huì )議。

活動(dòng)期間，Patrick Thorn的工作坊活動(dòng)引起了不小的轟動(dòng)，參會(huì )人員有機會(huì )體驗了三款Artec 3D專(zhuān)業(yè)級手持式掃描儀：Artec Leo、Space Spider、Eva。兩場(chǎng)工作坊分別是：“3D捕獲充實(shí)人臉重塑”，以及“3D掃描——助力醫學(xué)攝影實(shí)現更多”。

“Caroline和鄧迪大學(xué)成功推薦了我們Artec 3D的產(chǎn)品，”Thorn說(shuō)道，“我們走進(jìn)了蘇格蘭很多高校和企業(yè)?！?