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唤醒历史：Geomagic 3D 扫描软件让史前动物重新复活 英国曼彻斯特大学正在使用由 3D Systems 公司出品的 3D 扫描与 Geomagic Design X （原 Studio )三维逆向工程软件，用于创建史前与现代动物的 3D 模型，并模拟它们的姿态。 如今，我们都已经习惯在大片里看那些用电脑特技与动画技术描绘或创造的史前动物与它们的 “自然”栖息环境。来自英国曼彻斯特大学动物学的项目主管Bill•Sellers 也在利用 3D 数字建模与动 画还原史前动物，从表面上看，似乎没有什么特别之处。但事实并非如此，Sellers 所构建的史前动物 比电影中的动画特技要真实得多，即使是全球最卖座的大片也相形见绌。 但是 Sellers 博士并不是电影工作者。他的任务是揭示和了解人类与动物的进化史：比如从生理学 角度来说，我们是如何进化成今天的模样 ，以及史前动物与现代动物及人类在数百万年的进化中产生 了哪些不同。 为了顺利完成自己的任务，Sellers 博士花了大量时间在英国曼彻斯特大学的动物模拟实验室，利 用史前动物与现代动物骨骼的 3D 扫描数据创建精准的动物骨骼 3D 数字模型。然后，再利用这些 3D 模型，结合曼彻斯特大学自主研发的 GaitSym 软件程序模拟动物的姿态。 在利用 3D 扫描数据形成最终的电脑模拟的过程中，Geomagic Design X （原Studio ）软件扮演 着至关重要的角色。这是一款在全球广泛应用的 3D 成像与逆向工程软件，可以将捕捉到的实体 3D 扫 描数据转换成准确的 3D 数字模型，用于一系列下游应用之中。 广泛的需求 Sellers 博士与其团队在曼彻斯特创建的数字模型与模拟在大量行业人士中都有着广泛的需求；从动物 学家到运动科学家，到博物馆馆长再到兽医，等等。 “只有通过创建3D 虚拟模型并进行动作模拟，我们才能真正了解自己机体运作背后的原理，这 样的例子数不胜数。”Sellers 博士说。“比如。”他举例道。“如果你想知道某样东西有什么作用， 在生物学中的标准做法就是移除该物体，然后观察会带来什么影响。但现实中根本无法做到。而通过 使用数字模型与模拟，生物学与生理学实验就可以不再需要使用活体动物——或人了”。 然后，他举了跟腱及跟腱在人体中有何作用的例子。猿类没有跟腱，因此它们无法像人类一样奔 跑。所以跟腱对于人类奔跑的能力十分关键。我们利用动画模拟研究跑步时的机制，并通过更改数字 模型中的参数研究跟腱所扮演的角色及其弹性特性，也就是所，我们可以据此对运动员的表现改善作 出预测。 他同样指出，如今已经很难获得用于教学与研究的哺乳动物骨骼。所以具备解剖学准确性的虚拟 模型对全世界的科学家而言都是极为有益的。同样也可以用于人类学研究，以及医疗与生理应用，甚 至可能能够有助于人体修复的发展。 从实体转换为数字 为了实现将实体转换为数字的过程，Sellers 博士首先对需要研究的骨骼进行 3D 扫描。扫描的骨 骼可以是来自博物馆的化石，也可是实验室中死亡的现代动物的骨骼。无论哪种情况，都可以通过激 光扫描仪，CT （计算机断层扫描）或是LiDAR （激光定位）扫描仪完成扫描。 获得扫描数据后，不管是其形式是点云还是多边形——这主要取决于使用的是哪种扫描仪——统 统读入 Geomagic Design X （原 Studio)中，进行关键的下一步操作，以便生成准确的、“无懈可 击”的 3D 数字多边形曲面模型。 数据读入 Geomagic Design X 软件后，用于捕捉完整骨骼信息的多次扫描数据相互登记合并， 继而生成一个 3D 扫描数据模型。 “建模过程中，Geomagic Design X 最有用的工具当属‘折痕角度选择’。”Sellers 博士说。 “通过使用该工具，3D 扫描数据中耗时耗力的骨骼分离工作可以更快更好地完成。” 当统一的扫描数据模型建立整理完毕后，可通过 Geomagic Design X 的一键功能将多边形曲面 打包，然后自动转换成多边形曲面模型，而且还可以进行进一步的编辑。 编辑内容包括填充模型中出现的孔洞，这些孔洞往往是由于扫描仪无法“看见”骨骼中被其他部 分遮挡的部分而造成的；或是修复网格，这对于改善模型的准确性而言同样必不可少。这个是软件的 网格医生工具，它的用处可不小，它可以自动检测并修正多边形网格中的错误，从而得到更高质量， 表面更加光滑的多边形模型。 “如果是相对而言比较简单的物体，比如像股骨的话，网格医生