В прошлом году группа судебно-медицинских стоматологов получила разрешение на выполнение трехмерного сканирования ценного черепа тираннозавра рекса в Полевом музее естественной истории в Чикаго, чтобы попытаться объяснить некоторые странные отверстия в черепе. челюсть.
Обнаружив, что их стоматологические сканеры с высоким разрешением не могут обработать челюсть размером с челюсть тираннозавра, они связались с группой по культуре камер в медиа-лаборатории Массачусетского технологического института, которая недавно попала в заголовки с прототипом системы для производства высококачественных изображений. разрешение 3-D сканирования.
Прототип не был готов к такой большой работе, поэтому исследователи Camera Culture потратили 150 долларов на аппаратное обеспечение и некоторое бесплатное программное обеспечение, чтобы настроить систему, которая с тех пор произвела трехмерное сканирование всех пяти- футовая Т.rex, который группа исследователей, в которую входят стоматологи, антропологи, ветеринары и палеонтологи, использует для анализа отверстий.
Исследователи Media Lab сообщают о своих результатах в последнем выпуске журнала PLOS One.
«Многие люди смогут начать использовать это», - говорит Аншуман Дас, научный сотрудник группы Camera Culture и первый автор статьи. «Это сообщение, которое я хочу донести до людей, которые, как правило, лишены доступа к технологиям, например, палеонтологов или музеев с очень ограниченным бюджетом. Есть так много других областей, которые могли бы извлечь из этого пользу».
К Дасу присоединились Рамеш Раскар, профессор медиаискусства и науки в Массачусетском технологическом институте, который руководит группой Camera Culture, а также Дениз Мурманн и Кеннет Корн, судебные стоматологи, запустившие проект.
В системе используется Microsoft Kinect, камера с определением глубины, предназначенная для видеоигр. Встроенное программное обеспечение Kinect создает «облако точек» - трехмерную карту точек визуальной сцены, от которой к датчику отражаются короткие импульсы инфракрасного света. Бесплатное программное обеспечение под названием MeshLab анализирует облако точек и определяет форму поверхностей, которые его создали.
Высококачественный коммерческий 3D-сканер стоит десятки тысяч долларов и имеет разрешение по глубине от 50 до 100 микрометров. Разрешение Kinect составляет всего около 500 микрометров, но стоит он примерно 100 долларов. И 500 микрометров кажется достаточно, чтобы пролить свет на вопрос о загадочных отверстиях в челюсти черепа тираннозавра.
Загадка мелового периода
Обнаруженный в 1990 году скелет тираннозавра-рекса из Полевого музея, известный как Сью, является самым большим и наиболее полным из найденных. В течение многих лет считалось, что отверстия в челюсти были следами зубов, вероятно, от нападения другого тираннозавра. Выступы роста вокруг краев отверстий показывают, что Сью выжила, что бы их ни вызвало.
Но расстояние между отверстиями неравномерное, что не соответствует характеру прикуса. В 2009 году группа палеонтологов из Университета Висконсина предположила, что дыры могли быть вызваны протозойной инфекцией, заразившейся от поедания зараженной добычи, которая проникла в челюсть Сью изнутри наружу.
Трехмерное сканирование, выполненное исследователями Массачусетского технологического института и их сотрудниками, ставит под сомнение обе эти гипотезы. Это показывает, что углы, под которыми отверстия проходят через челюсть, достаточно непостоянны, поэтому они почти наверняка не были вызваны единичным укусом. Но это также показывает, что отверстия сужаются снаружи внутрь, что подрывает гипотезу об инфекции полости рта.
Одним из больших преимуществ 3D-сканирования является то, что ими можно делиться удаленно. Музей Филда ограничивает время, которое исследователи могут проводить с черепом Сью, поэтому анализ палеонтологов из Висконсина в основном основывался на фотографиях. Но фотографии не позволяют сравнить диаметры отверстий на внутренней и внешней поверхностях.
И если исследователям, работающим со сканом, необходимо детально изучить конкретную особенность, они могут использовать 3D-принтер для создания копии. Чтобы продемонстрировать эту способность, Дас и его коллеги использовали сканирование черепа Сью, чтобы создать несколько его моделей в одну восьмую от фактического размера.
Дистанционное исследование
Дас предполагает, что сканирование Kinect может оказаться столь же полезным в других областях, как археология и антропология, чем в палеонтологии. Археолог, обнаруживший большой хрупкий артефакт в отдаленном уголке мира, может отсканировать его и сразу же поделиться отсканированным изображением с коллегами по всему миру.
«Это критический размер», - говорит Дас. «Если это что-то очень маленькое, вы можете использовать 3D-сканер. Но если у вас есть что-то стационарное, что трудно переместить, вы просто надеваете установку [Kinect] и ходите».
Действительно, когда Дас отсканировал череп Сью, он прикрепил Kinect к модифицированному ремню камеры и носил его на груди. Пространство, в котором он проводил сканирование, имело неправильную форму и представляло собой различные неподвижные препятствия, поэтому ему потребовалось некоторое время, чтобы найти маршрут, который позволил бы ему сохранять фиксированное расстояние от черепа при ходьбе. Но как только он определил маршрут, само сканирование заняло около двух минут.
В текущей работе Дас, Мурманн, Корн, Раскар и группа сотрудников, включая палеонтологов из Висконсина, изучают образцы фрагментации на краях отверстий, а также на глубине и диаметре отверстий, чтобы увидеть, они могут сделать вывод о форме, твердости и скорости любого объекта, который мог их вызвать.