Artec Space Spiderを使ってLa Brea Tar Pitsで3Dスキャン

12,000年前、カリフォルニア州ロサンゼルスの中心部には、地表の下に大量の天然アスファルト(別名「タール」)の堆積物が埋まっていました。小川や池の底には言うまでもありません。マンモス、バイソン、馬、地上ナマケモノ、ラクダなどの動物が喉の渇きを癒すために水に向かうと、時折表面までせりあがった非常に粘着性のアスファルトに閉じ込められてしまうことがありました。液体アスファルトのわずか1.5インチ(4センチメートル)でも、バイソンやマンモスをつかまえるのに十分でした。

La Brea Tar Pitsから発掘されたダイアオオカミの骨格

ダイア・オオカミ(Canus dirus)、サーベルタイガー(Smilodon fatalis)、アメリカのライオン(Panthera leo atrox)を含む捕食者たちは、楽な餌場だとおもっていたところにつかまってしまったのです。まもなく、捕食者と獲物の両方が容赦なくアスファルトに沈み、飢えで死亡。地表でゆっくりと腐ると、最終的にアスファルト飽和堆積物に埋もれていった。

La Brea Tar Pitsの博物館でサーベルタイガーの骨格

La Brea Tar Pitsの博物館には、1906年に科学者が最初に研究を始めて以来、同じアスファルト鉱床から発掘された化石のコレクションが保管されて今す。これまでに350万以上の標本が、長年にわたりLa Brea Tar Pitsで発見されてきました。これらの化石は5万年ほど前の放射性炭素でできています。

La Brea Tar Pitsの博物館

Tar Pitsは、世界中の古生物学者のための文字通りの宝の箱であり、保存状態の良い膨大な数の標本が発見されています。一例を挙げると、アスファルトが提供してくれた数万もの化石に加えて、3,600匹を超えるダイアオオカミ単体の化石も発見されました。

La Brea Tar PitsのPit91

研究者たちは、放射性炭素年代測定や、環境変化や人への影響に相関する時間の経過に伴う生物学的変化に関するデータを提供してくれる他の分子解析など、長年にわたり標本に関する数多くの研究を行ってきました。放射性炭素年代測定は、これらの古代の植物、昆虫、鳥類、爬虫類、両生類、哺乳類、貝殻の正確な年代を導き出し、人間が到着し暮らし始める数千年前その土地の環境がどのようなものであったかをより明確にすることができます。

これは、単に過去を理解するだけでなく、科学者が今日の環境で起こっている変化をより正確に解釈し、今後、何世紀にもわたって何が起こるかをより正確に予測しその保存についてサポートするためには、なくてはならないものです。

Pit91で発見された化石、La Brea Tar Pitsで発見された100以上のもののひとつ

破壊試験の一種である放射性炭素年代測定の前に、博物館は研究のための原本保存のために、化石の石膏キャストを作ります。また、DSLRカメラを搭載した写真測量が一時各標本に対して使われましたが。処理時間が長く、棚や箱の中で待っている化石の膨大なバックログが必要でした。

La Brea Tar Pits博物館の貯蔵庫　化石の棚

その後彼らは、古生物学で3Dスキャンが使用されていること、デジタルアーカイブへの扉を開くのに加え、ワークフローを大幅に加速する一方で、精度を高め、3Dプリンティングと映像化機能をつかうことでさまざまな可能性を開拓する方法を学びました。

La Brea Tar Pitsの博物館のアメリカライオンの骨格

Artec認定代理店のRapid Scan 3Dの3Dスキャンスペシャリストは、化石などオブジェクトが有機体特有の複雑な形状を持つものであっても3Dモデルを迅速に作成するプロのハンディ型ストラクチャーライトスキャナであるArtec Space Spiderを紹介しました。0.05mmまでの精度を誇るSpace Spiderは、化石1つにつき1時間以上かかっていたものをわずか数分でスキャンしました。

Rapid Scan 3Dのクリス・ストロングは、「La Brea Tar Pitsが化石や骨を3Dスキャンするために必要といしている詳細さの度合いを見れば、AるArtec Space Spiderが正しい選択であったことは明らかでした。Space Spiderはポータブルで、初心者から上級者まで誰もが使いやすいスキャナです。カラー情報で数分以内に高解像度のデータをキャプチャできます。私たちは、航空宇宙および医療業界にも長年にわたりArtecスキャナをおすすめし、大きな成功を収めてきました。同じ技術が、文化遺産の保存だけでなく、骨や化石をスキャンするのにも利用できるでしょう。」

アスファルトから発掘されたラクダの6番目の頸椎を持つキャリー・ハワード

La Breaのイメージング・スペシャリスト、キャリー・ハワードは言います。「Space Spiderは骨の複雑な形状を正確に捉えています。バイソンの肋骨の抜本的な曲線から、サーベルタイガー長い上顎の犬歯、短顔熊の中足、そして私が名前をあげることができる多くの例で、形状や表面特性をキャプチャするのが困難です。しかし、Artec Space Spiderであれば私たちは完全にリアルな、高解像度のカラー3Dでそれらをすべてキャプチャすることができるのです。

私たちの最初のプロジェクトには、400個の標本がありました。私たちは、それらを迅速にスキャンして処理し、次へ次げと続けました。今では、過去以上に多くの標本を扱うことができます。写真測量では、この量の標本にかかる時間は3倍以上でした。」

博物館の発掘Project 23ので発見されたダイアオオカミの椎骨

Space Spiderを使用した3Dスキャンのハワードのプロセスは、ほとんどの場合、数分で終わります。小さなターンテーブルに標本を置き、Space Spiderを手にして、スキャナを上下に動かしながらターンテーブルをゆっくりと回転させれば、すべての表面と角度がキャプチャされます。スキャンプロセスが行われている間、スキャナのソフトウェアArtec Studioが、行われているスキャンをリアルタイムで表示します。一部がスキャンの中で見逃された場合は、すぐに表示され、エリアを簡単に再度スキャンできます。その後、標本をひっくり返し、プロセスを繰り返します。

ダイアオオカミの顎骨をArtec Space Spiderでスキャン

後処理はArtec Studioで行われ、統一された「完璧なデジタルレプリカ」3Dモデルとして配列されて登録。OBJファイルとしてエクスポートしアーカイブします。

ダイアオオカミの顎骨をArtec Space Spiderでスキャン

最近、博物館は10ミクロンまでの正確さで小さなオブジェクトをするよう設計された全自動計測グレードのデスクトップ3DスキャナArtec Microをテストしました。博物館は、鳥の骨、淡水カタツムリ、種子の広い範囲を含む様々な植物や動物から、小さな標本の豊富なコレクションを持っています。スキャンワークフローは簡単です。単にMicroのスキャンプラットフォームに標本をマウントし、数回マウスをクリックすれば、あとはスキャナが行います。プラットフォームがスイング・回転し、ストラクチャード青色光とツインカメラがすべての可能な角度から標本の表面のすべての特性をキャプチャします。

上の写真に見られるように、博物館の訪問者は、(Artec Studio経由で)リアルタイムで化石の3Dスキャンが表示された画面と一緒に、ガラスの反対側から動作中のSpace Spiderを観察することができるようになっています。3Dスキャンウィンドウの向かいには、博物館の化石研究所があり、遊び心のある愛称で親しまれている「フィッシュボウル」は、子供も大人も、古生物学者が動き回り、掃除をし、あらゆる化石をカタログ化している様子を見ることが出来ます。

氷河期のチタンから発掘されたアスファルトに閉じ込められたマンモスとサーベルタイガーの像

近隣または遠方の研究者のためのオンライン3Dモデル標本データベースや、学校や大学を含む様々な種類のローカルおよび仮想上での公共への情報提供は、博物館の焦点として今後も考慮検討が行われます。

現在、探査と開発の段階にある2つの追加プロジェクトは、AR(拡張現実)を利用して、インタラクティブで没入型の展示を通じてLa Brea Tar Pitsの古生物学的資源との公的なエンゲージメントを高めてい。このようなプロジェクトは、博物館のSpace Spiderと他のデジタル技術と共に作成された3Dモデルから大きな恩恵を受け、科学に関する一般の知識を高め、社会のあらゆるレベルで科学的な誤解を減らしていくのです。