3D掃描儀

· Artec Eva

· Artec Leo

挑戰：瑞典藝術(shù)家Tove Kjellmark的下一場(chǎng)大型展名為《駿馬、機器與不可測》，想法頗為大膽。他要為一匹活潑好動(dòng)的駿馬完成三維掃描，這少不了踢腿、后退這些馬匹常見(jiàn)的動(dòng)作。掃描儀掃描移動(dòng)物體時(shí)，接受到的空間坐標會(huì )沖突，最終效果不是一個(gè)完整結構，而是模糊的三維狀態(tài)。這種情況下，就必須盡可能捕獲這匹駿馬。

解決方案：Artec Eva, Artec Leo, Artec Studio, ZBrush, Maya, 3D打印

效果：順利完成十匹馬的三維掃描，并完成數據處理、動(dòng)畫(huà)制作、3D打印，很快將展出于2022年的重要展覽。

新項目聚焦各種尺寸馬匹的3D數據掃描與處理，十分有趣。

“很多人會(huì )說(shuō)，掃描一匹馬是不可能的！”瑞典藝術(shù)家Tove Kjellmark說(shuō)道，他為了籌備下一場(chǎng)藝術(shù)展，正打算完成大量馬匹掃描的艱巨任務(wù)。

“沒(méi)人這么做過(guò)”，她補充道，“所以我決定試試！”

雛形

對Kjellmark而言，她的藝術(shù)靈感來(lái)源于對動(dòng)感的捕獲。

“長(cháng)期以來(lái)，我一直對運動(dòng)狀態(tài)下馬匹的軀體掃描興趣很感興趣，”她說(shuō)道，“這是我滿(mǎn)意的作品了。”

將三維掃描引入“運動(dòng)即藝術(shù)”的理念，激發(fā)了她在2022年4月于斯德哥爾摩舉辦展覽《駿馬、機器與不可測》的靈感。展覽目的就是為了擴大可測的界限，研究運動(dòng)中的肉體，以及人、馬、機器人之間的互動(dòng)。她計劃對靜止和運動(dòng)時(shí)的馬匹都進(jìn)行掃描，并制作成一個(gè)小系列。

藝術(shù)家目前為止，已經(jīng)掃描了10匹馬，她已經(jīng)離自己的目標越來(lái)越近了：展出這些馬匹完成的雕塑作品，還要3D打印部分或完整的大小型雕塑，這些駿馬基本都形態(tài)各異。

和Kjellmark合作的埃太科三維合作商是瑞典Scan 3D Innovations AB。CEO Teddy Larsson親自上場(chǎng)協(xié)助掃描與培訓。“Tove的創(chuàng )造力來(lái)自于2D與3D雕塑的結合，因其使用簡(jiǎn)單，質(zhì)量上乘，埃太科掃描儀成為她的首選工具。”他說(shuō)道。“她很快就得到了心儀的效果，也因此，我們一開(kāi)始就決定合作。”

無(wú)論流程多快多流暢，沒(méi)人可以獨立掃描馬匹。

如何掃描一匹馬

如果掃描的動(dòng)物又大又好動(dòng)，想要順利掃描的話(huà)，必須考慮幾個(gè)方面。

“我們經(jīng)常把鬃毛編成辮子，所以?huà)呙杵饋?lái)還算輕松，”Kjellmark說(shuō)道，本項目不需要還原鬃毛的全部細節，不過(guò)使用的掃描儀絕對可以辦到這點(diǎn)。

接下來(lái)，馬會(huì )自由活動(dòng)，包括擺動(dòng)一下尾巴，也可能直接靠后腿站起來(lái)。這時(shí)，就需要和馴馬師緊密合作。“我讓馴馬師盡量讓馬匹保持不動(dòng)，”她強調，讓馬匹在設備面前獲得安全感很重要。

“馬匹要先聞聞掃描儀，它們能感知一切，”Kjellmark 說(shuō)道。“它們還對閃光燈有反應，不過(guò)使用Leo的話(huà)不成問(wèn)題，效果非常好。”

Leo無(wú)線(xiàn)式掃描操作讓充滿(mǎn)挑戰的馬匹掃描變得簡(jiǎn)單不少。

開(kāi)始的掃描用Artec Eva完成，但這款設備小身材大威力的設備上有閃光燈，讓馬匹很不安。而后來(lái)使用的Artec Leo就非常好。“Leo沒(méi)有這樣的閃爍光線(xiàn)，閃爍頻率也沒(méi)那么高，”Larsson解釋道。無(wú)線(xiàn)設計加機載處理，Leo可以從各個(gè)角度為馬匹快速完成精準掃描。

馬匹頭部的掃描，短短幾秒即可完成，身體也僅需幾分鐘。盡管任務(wù)本身并不簡(jiǎn)單，但整個(gè)流程非常簡(jiǎn)單。

“先從一側開(kāi)始，轉一下，掃描正面，再掃描另一側，”Kjellmark說(shuō)道。“如果一切按計劃進(jìn)行，大概只要花四分鐘，非?？?！”

雖然這匹馬大概6尺高（170-180厘米），但整個(gè)身體也只需要一分多鐘，“當然前提是馬能不動(dòng)，”她笑著(zhù)說(shuō)。

如果出現意外，也就是馬匹亂動(dòng)，導致掃描中斷的情況也沒(méi)關(guān)系，有了追蹤功能，中斷前后可以無(wú)縫銜接，面對一匹毫無(wú)耐心的馬，這項功能非常必要。即便馬匹移動(dòng)了，掃描儀也能識別已采集的點(diǎn)，然后從該處繼續。

 “太棒了！掃描儀很智慧！從來(lái)沒(méi)想到自己能這么快完成！” Kjellmark說(shuō)道。

有了追蹤點(diǎn)，馬匹即便很活躍也能快速完成掃描。

Kjellmark想在自己的展出中展覽動(dòng)態(tài)中的馬匹，它們姿態(tài)不同，由不同角度的掃描合并而成。當然其中至少包括一份標準形象，這份數據也會(huì )用于動(dòng)態(tài)馬匹形象的捕獲。

“比如我希望某匹馬能展現標準的形象，”她說(shuō)道。“于是我掃描兩次，一次掃描馬的身體，另一次單獨掃描頭部。”

掃描結束并傳輸數據后，開(kāi)始處理。

如何處理

Kjellmark分享了她的數據處理過(guò)程：首先在Artec Studio中查看所有數據。“我檢查了掃描數據，所有不同的幀。比如，一匹馬的一側就有1524幀。然后，再像看動(dòng)畫(huà)一樣按順序查看。有些部分并不重要，可以一開(kāi)始就刪掉。”

其他掃描和馬匹其他部位均同樣操作，然后對齊。

對齊后，Artec Studio的尖銳融合對該項目而言也相當關(guān)鍵。“有了尖銳融合，就能看清掃描中的一切，”她說(shuō)道。“比如可以感受到皮毛的柔軟，即便它們很短，還有馬匹的肌肉等等一切。”

在Artec Studio不同功能的幫助下，Kjellmark收獲了自己想要的三維效果。

除了尖銳融合，Kjellmark還進(jìn)行了快速融合。她表示，Artec Studio操作簡(jiǎn)單，為藝術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)了可能：支持自行對齊，也就是說(shuō)，可以根據同一份掃描，制作成不同模型，也因此，她可以對馬匹的掃描數據進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng )作。

“模型制作完成后，還要做兩三件事，”Kjellmark說(shuō)道。“首先，為馬匹打印一份完整的小型模型。”

完成后，對完整模型進(jìn)行切割、縮放，打印出放大版本。同時(shí)，將完整模型發(fā)送給同事，他們使用動(dòng)作采集軟件Qualysis繼續加工。他們會(huì )在動(dòng)態(tài)采集數據上對采集的馬匹3D數據進(jìn)行改動(dòng)。然后，使用Maya軟件，將動(dòng)態(tài)采集數據和掃描數據融合，將3D模型覆蓋在動(dòng)態(tài)采集點(diǎn)上。

動(dòng)態(tài)采集數據和3D模型合并后形成的最終模型。

動(dòng)態(tài)制作

這匹瑞典馬已經(jīng)是Artec Leo的老朋友了。

雖然大多數三維掃描項目都追求逼真效果，但這場(chǎng)展覽卻與眾不同，掃描數據實(shí)現了創(chuàng )意使用。通過(guò)這樣的軟件組合，馬匹能在現實(shí)和虛擬世界中，肆意移動(dòng)、后退、奔跑。

掃描數據不僅可以通過(guò)處理制作動(dòng)態(tài)姿勢，也能疊加后制作栩栩如生的大型雕像，展現馬匹在后退站立、小跑、奔跑等不同動(dòng)作中的每個(gè)階段。

掃描后將一幀幀做成動(dòng)畫(huà)，并設定動(dòng)態(tài)姿勢。

目前，所有馬匹均完成掃描，但隨著(zhù)2022年4月展覽日子的臨近，Kjellmark的工作還將繼續。究竟如何利用3D媒體帶來(lái)更多可能，她還有 不少想法。

展覽還有別的創(chuàng )意？將整匹馬的3D模型作為全息圖投射在一間屋子里。“從來(lái)沒(méi)試過(guò)，”這位雄心勃勃的藝術(shù)家說(shuō)道，“但這個(gè)點(diǎn)我已經(jīng)考慮了很多年。”

對Larsson而言，這個(gè)項目證明埃太科軟硬件有多優(yōu)秀。

他表示：“Artec Studio的算法工程和硬件配套使用，就是強強聯(lián)合的代名詞。這就是埃太科三維的美妙之處。”