挑戰(zhàn)：一位有名法醫(yī)人類學(xué)家需要捕獲幾百塊人類骨骼，并制成符合解剖學(xué)要求的精準(zhǔn)3D模型,，并用于虛擬現(xiàn)實(shí)VR課程,，他立刻想到了三維掃描技術(shù)。
解決方案：Artec Micro, Artec Space Spider, Artec Studio
效果：在接下來的幾周,，團(tuán)隊(duì)通過桌面式Artec Micro和手持式Artec Space Spider,，幾分鐘內(nèi)，就完成了每塊骨骼的掃描,。隨后,，通過Artec Studio處理,，并將高分辨率3D模型導(dǎo)出，用于VR課程,。
加利福尼亞北部一條河流中發(fā)現(xiàn)了一條半腐爛的腿,，沒過幾小時(shí)，當(dāng)?shù)鼐賯兙脱杆傩袆?dòng)了起來,。他們很快將遺骸送給三位專家,，分別是醫(yī)療病理學(xué)家,、考古學(xué)家和獸醫(yī),。前兩位專家認(rèn)為這是一條人腿，而獸醫(yī)意見相左,。
骨骼上的刀痕表明這條腿是被強(qiáng)行鋸斷的,。考慮到這點(diǎn),，大家認(rèn)為它更有可能來自人類,。于是，搜救隊(duì)立刻成立,，探員和警官也參與其中,。然而，系統(tǒng)摸排了附近河岸和周邊地區(qū)整整三天后,，他們一無所獲,。這時(shí)，一名法醫(yī)人類學(xué)家提出了第四種觀點(diǎn),。他確定,，這條腿來自美洲黑熊，很有可能是某個(gè)獵人鋸斷后在上游丟棄的,。
這件事再次突顯了官員執(zhí)法的重要性,，而且，他們需要真正了解人類骨骼的專家一同合作,。如果一開始就咨詢法醫(yī)人類學(xué)家,，或其他懂行的專家，那么他們就能避免浪費(fèi)幾百小時(shí)的人力和幾千美元的開銷,。然而,，這種情況在美國(guó)和世界各地，每年都會(huì)發(fā)生無數(shù)次,。
以往,，深入了解人類骨骼的好辦法就是去高校，參加人類骨科課程,，進(jìn)教室和實(shí)驗(yàn)室上一學(xué)期課,，研究真實(shí)的人類骨骼,。但這種方式有時(shí)不太現(xiàn)實(shí)。即便有課,，如今高校收藏的人骨也不適合學(xué)習(xí)研究,，學(xué)生使用的往往是塑料模型。
一位世界頂尖的法醫(yī)人類學(xué)家認(rèn)識(shí)到這一缺口,，于是開始采用前沿三維掃描科技和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）,，來改變現(xiàn)狀。Dennis C. Dirkmaat博士是認(rèn)證法醫(yī)人類學(xué)家,，自1991年開始,，就在賓夕法尼亞州伊利市的梅西赫斯特大學(xué)（Mercyhurst University）開設(shè)世界一*的法醫(yī)人類學(xué)課程。
他親自為全國(guó)近100名驗(yàn)尸官,、法醫(yī),、執(zhí)法機(jī)構(gòu)和官員，依靠人類法醫(yī)學(xué)解決了近1000個(gè)案件,。最近,，他在這一學(xué)科領(lǐng)域獲得了兩個(gè)重大獎(jiǎng)項(xiàng)，一是首*獲得杰出導(dǎo)師獎(jiǎng),，二是因法醫(yī)人類學(xué)終身成就而獲得了T. Dale Stewart獎(jiǎng),。
Dirkmaat博士參與過的案件需要他分析地面發(fā)現(xiàn)的人類遺骸、被埋的部分尸塊,、致命火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)以及大規(guī)模災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng),，其中包括2001年9月賓夕法尼亞州索美塞德郡發(fā)生的聯(lián)航93號(hào)襲擊，以及2009年水牛城科爾根航空空難,。
他還需要對(duì)法醫(yī)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大規(guī)模搜索,，確定受害者身份，進(jìn)行骨骼創(chuàng)傷分析,。Dirkmaat曾作為專家證人出庭28次,。他教過的很多學(xué)生已成為法醫(yī)死亡調(diào)查員和專業(yè)的法醫(yī)人類學(xué)家，活躍在全國(guó)和全球各地,。
有了Dirkmaat的VR人體骨骼課程,，無論身處何地，人人都能有機(jī)會(huì)全面深入地了解人類骨骼,，且學(xué)習(xí)進(jìn)度自由控制,，不受任何干擾。
課程打造歷時(shí)兩年,，絲毫不比Dirkmaat在高校親授15周的效果差,，足以培養(yǎng)未來的生物人類學(xué)家。每節(jié)課上及課后精心安排的測(cè)試,，能幫助學(xué)生牢牢掌握所學(xué)知識(shí),。
借助Oculus Go或Oculus Quest II VR頭盔,，就能和人體206塊骨骼進(jìn)行沉浸式交互，高分辨率的彩色3D模型,，給你身臨其境般的體驗(yàn),。每節(jié)課都以科學(xué)的方式加深你對(duì)骨骼的認(rèn)識(shí)與理解：首先，學(xué)習(xí)骨骼名稱,，包括拼寫和發(fā)音,，再學(xué)習(xí)每塊骨骼在人體中的位置，隨后學(xué)習(xí)骨骼的解剖方位,。
在余下的課程中,，你可以在虛擬環(huán)境下親自拿起骨骼，放大,、縮小,，多角度觀察,，根據(jù)自身進(jìn)度,，學(xué)習(xí)每塊骨骼的特別特征。
在Dirkmaat看來,，“這門課程不僅對(duì)法醫(yī)領(lǐng)域從業(yè)者有極大幫助,，同時(shí)，對(duì)考慮從事醫(yī)學(xué),、衛(wèi)生,、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、解剖學(xué),、生物學(xué)等行業(yè)的人而言,，也大有裨益。掌握人類骨科知識(shí),，對(duì)包括這些領(lǐng)域的許多行業(yè)而言都至關(guān)重要,。”
VR人類骨科課程中所使用的3D模型全部根據(jù)真實(shí)人骨制作而成，精度達(dá)亞毫米級(jí),，非常逼真,。擔(dān)任骨骼掃描的兩臺(tái)計(jì)量級(jí)專業(yè)三維掃描儀分別為手持式Artec Space Spider和桌面式Artec Micro。
Space Spider只需要幾分鐘即可捕獲每塊骨骼,，主要負(fù)責(zé)為大型骨骼建模,，比如頭骨、手臂和腿骨,，Micro善于捕獲小型物體,，精度達(dá)10微米，主要捕獲小塊骨骼,，包括手骨,、足骨,、椎骨、牙齒等等,。
梅西赫斯特大學(xué)人類學(xué)碩士研究生Anthony Lanfranchi是課程設(shè)計(jì)人之一,，他表示，“幾年前,，我第一次使用Space Spider,，這是我人生第一次使用三維掃描儀。但學(xué)起來非?？?。過去，我們用攝影法記錄骨骼,，需要從各個(gè)角度拍攝骨骼照片,，保存骨骼特征，甚至還得為一些特別的特征制作牙科石膏模型,。測(cè)量骨骼尺寸,，用的是卡尺和卷尺。”
Lanfranchi繼續(xù)說道,，“但照片無法每次都如實(shí)反應(yīng)骨骼特征,，有些印記、色彩或重要特征很容易丟失,。手動(dòng)測(cè)量骨骼時(shí),，想要結(jié)果滿意，還要多次反復(fù)測(cè)量,，非常耗時(shí),。你會(huì)說這么仔細(xì)一定不會(huì)出錯(cuò)。但事實(shí)是,，遇到彎曲的自然結(jié)構(gòu)或骨骼表面,，我們利用傳統(tǒng)方式就束手無策了，肯定得不到精確值,。”“但埃太科三維掃描儀可以捕獲,，無論是股骨又長(zhǎng)又寬的表面，還是頭骨上密密麻麻的接縫和凹陷部位,，亦或是手骨和足骨上的小骨頭,，都沒問題。只要幾分鐘,，新手學(xué)生就能完成任何一塊骨骼或解剖結(jié)構(gòu)的掃描,，獲得亞毫米級(jí)精度的骨骼數(shù)據(jù)。即便需要測(cè)量多個(gè)曲面，也不成問題,。手動(dòng)測(cè)量的結(jié)果,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到埃太科三維掃描的水準(zhǔn)，” Lanfranchi對(duì)此作出了強(qiáng)調(diào),。
Lanfranchi以高分辨率掃描了各種骨骼,，隨后在Artec Studio軟件中進(jìn)行處理。工作流相當(dāng)簡(jiǎn)單：首先點(diǎn)擊套索工具,，刪除噪點(diǎn),，再使用尖銳融合，并添加紋理,。這些掃描還支持不同格式的導(dǎo)出,。在過去，這得花上不少時(shí)間,。
用Lanfranchi的話說,，“為大型掃描添加紋理這件事，通常要等我起床后,，干了一小時(shí)別的事兒,，回來導(dǎo)出掃描時(shí)才能搞定。但現(xiàn)在Artec Studio 15只要30分鐘,，就能把掃描和處理全部完成,。實(shí)在太棒了！”
Lanfranchi在2020年上半年開始使用Artec Micro,。他發(fā)現(xiàn)這款全自動(dòng)桌面式掃描儀操作簡(jiǎn)單，易于理解,。“只要幾個(gè)小時(shí),，就能摸索出采集小骨骼和牙齒的設(shè)置?；藥字軙r(shí)間,，我們就掃描了400多塊骨骼，包括小型人骨,、動(dòng)物骨骼,、一套人類牙齒。”
除了用于人體骨科課程,，這些Micro和Space Spider的掃描還能用于醫(yī)學(xué),、牙醫(yī)學(xué)生、法醫(yī)與生物人類學(xué)家的培訓(xùn)課程建設(shè),。
這個(gè)時(shí)機(jī)再好不過了,。Lanfranchi表示，“今年來看,，這項(xiàng)技術(shù)格外有幫助,，疫情之下,，我們根本無法靠近收藏的人類骨骼。如果沒有Artec Micro和Space Spider的快速掃描能力,，以及Artec Studio 15的快速處理能力,，那在制作虛擬人骨藏品的過程中，我們絕對(duì)沒有底氣能快速完成大量骨骼的3D模型制作,，并用于VR,。”
Dirkmaat和他的團(tuán)隊(duì)還在開發(fā)一系列應(yīng)用程序，這些程序也將利用Space Spider和Micro制作的3D模型,。其中包括一個(gè)服務(wù)于執(zhí)法人員的應(yīng)用程序,，能幫助現(xiàn)場(chǎng)警官避免混淆人類與動(dòng)物骨骼。這款應(yīng)用程序會(huì)利用逼真的人體骨骼3D模型,，同時(shí)還會(huì)將動(dòng)物骨骼（包括鹿,、熊、浣熊,、牛,、豬等）的3D模型縮放后，與人類骨骼進(jìn)行并列比較,。
Lanfranchi說道,，“在美國(guó)，每天都有警*咨詢法醫(yī)人類學(xué)專家,，了解他們找到的遺骸是否來自人類,。答案往往是否定的，同時(shí)還要評(píng)估一下最有可能來自哪種動(dòng)物,。但只要警官們有了這款A(yù)PP,，很快就能親自查詢到想要的結(jié)果。”
今年上半年,，大學(xué)逐漸開始遠(yuǎn)程教學(xué),，Lanfranchi和團(tuán)隊(duì)也必須轉(zhuǎn)戰(zhàn)虛擬課堂。也就是說,，實(shí)驗(yàn)室的課程,，只能通過骨骼照片來學(xué)習(xí)了。Lanfranchi回想起這段痛苦的回憶,，表示,，“這段日子對(duì)我們而言太艱難了，對(duì)有些學(xué)生而言,，很難把虛擬課堂學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用起來,，回到線下實(shí)驗(yàn)室，面對(duì)真實(shí)骨骼，他們依然很茫然,。”
Lanfranchi再次強(qiáng)調(diào)了三維掃描在法醫(yī)教育領(lǐng)域的重要性,，他表示，“在全國(guó)許多法醫(yī)課程中,，即便在非疫情期間,，學(xué)生也接觸不到真實(shí)的骨骼，只能通過教科書上的骨骼照片學(xué)習(xí),。我堅(jiān)信,，Space Spider和Micro制作的三維掃描，作為學(xué)科教具,，要比書本上的平面圖強(qiáng)多了,。而且，我認(rèn)為參加這樣的VR課程,，效果不會(huì)比利用真實(shí)骨骼學(xué)習(xí)來的差,。通過VR學(xué)習(xí)，你不用受到實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間的限制,。還能根據(jù)自己的節(jié)奏,，想學(xué)多久學(xué)多久。”
Lanfranchi繼續(xù)說道,，“有了VR課程,，就等于有了一套全天候供你使用學(xué)習(xí)的骨骼，想怎么學(xué)就怎么學(xué),。骨骼也沒有被損壞的可能,。而且你的老師還是一位碩士畢業(yè)生，知道教授人類骨科學(xué)的方式,。Dirkmaat博士也將課程順序按照科學(xué)合理的方式進(jìn)行了排列,。光這點(diǎn)就非常難得。”
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