スターティラノサウルスレックスの骨格を1:1で再現。320個の骨をスキャンして組み立て、完成品は驚異的

課題:日本の長崎恐竜博物館向けに、6,600 万年前のティラノサウルス・レックスの骨格の新しい 3D 画像を作成します。以前スキャンした骨格モデルには、一部が欠落していたり、品質が低かったりするものがありましたが、これをより高品質かつ詳細に置き換える必要があります。

ソリューション: Artec Space Spider、Artec Studio、Autodesk Maya、ZBrush、Geomagic Wrap、Simplify3D、Cura、3D プリンター – Ultimaker、Builder Extreme 1500

結果:再スキャンされた高解像度の 3D スケルトンモデルは、3D プリントして完全なスケルトンに組み立てる準備が整いました。

2014年から2016年にかけてトリックスの最初の復元を無事完了した後、ナチュラリス生物多様性センターのチームは独自の3Dスキャナーを購入することを決定しました。

徹底的な調査とオランダのサプライヤーとの複数回のやり取りを経て、センターの研究チームは最終的に Artec Space Spider を選択しました。精度、性能、使いやすさの観点から、この製品は優れた性能を備えており、研究センターのさまざまなタスクに非常に適しています。前回と同様に、スキャナーは Arteco の長年のパートナーでありアンバサダーでもある 4C Creative CAD CAM Consultants から提供されました。

「Space Spider を使って恐竜を復元できることは私たちにとって重要でした。どのスキャナーが使いやすくて良いか話し合い、私たちのニーズのほとんどを満たしていたため Space Spider を選択しました」と Naturalis の恐竜プロジェクトマネージャー、Hanneke Jacobs 氏は言います。

「地球上でこれまで生きてきた最大の肉食動物をスキャンするには、最先端のスキャン技術が必要でした。Artec は今回もそれを実現してくれました！」と 4C のディレクター、エドウィン・ラパード氏は語ります。「Naturalis が Artec Space Spider を選択して、Artec Eva が何年も前に実行したタスクを完了できたことを誇りに思います。Artec のテクノロジーにより、2016 年の Eva データと Space Spider の最新データを組み合わせることも可能になり、究極のソリューションが実現しました。」

骨やさまざまな化石など、複雑で精密な形状の小さな部品をスキャンする場合、軽量でありながら強力な Artec Space Spider は、高解像度と一貫した精度を提供する理想的な選択肢です。偶然にも、このセンターはつい最近、長崎の日本恐竜博物館と協定を結び、単に「3D Trix」と名付けられたトリックスの最初のレプリカを作成しました。つまり、有名なティラノサウルス・レックスが再び Artec スキャナと出会うことになるのです。

＃1
3Dスキャンからスケルトンの組み立てまで

Space SpiderとArtec Studioソフトウェアに関する簡単なトレーニングを受けた後、T-rexの骨格の二次復元を担当した3Dモデラー兼ナチュラリス解剖学者のPasha van Bijlert氏が作業に取り掛かりました。

Space Spider と Artec Studio ソフトウェアの簡単なトレーニングを受けた後、3D モデラーの van Bijlert 氏は作業に取り掛かりました (写真: Hanneke Jacobs)

トリックスの骨格は約 320 個の骨で構成されています。古代の肋骨、尾、脊椎など、そのほとんどは Artec Eva を使用してスキャンされています。つまり、Pasha はスケルトン全体を再スキャンする必要はなく、詳細度が低く品質の悪い骨だけを再スキャンすればよいのです。たとえば、足の骨、あごの骨、頭蓋骨などです。これにより、多くの時間が節約され、不足している詳細をモデリングして最終的な 3D スケルトンに追加することに集中できるようになりました。

まず、Pasha 氏は Autodesk Maya を使用して、スキャンしたすべての 3D モデルを、獲物を一口で飲み込む準備ができているかのような、ティラノサウルスレックスのリアルで威圧的な画像にまとめました。その後、彼は再スキャンと修復が必要な骨の修復に取り掛かりました。

ナチュラリス生物多様性センターにある、3D プリントされた 3DTrix の上部頭蓋骨と、ティラノサウルスレックスのオリジナルの骨格 (写真: ハンネケジェイコブス)
Pasha は、欠落しているすべてのパーツのスキャンを完了するのにわずか数日かかり、その後、それらを処理して完全な 3D モデルに結合するのに数週間かかりました。

後処理の手順はボーンごとに異なります。「骨をあらゆる角度からスキャンできれば、スキャンを位置合わせし、地面や周囲のオブジェクトを削除して、Artec Studio でブレンドするだけです」と Pasha 氏は言います。同氏によると、このプロジェクトではテクスチャは不要でした。 Artec Studio のワークフローに関して、彼は次のように付け加えました。「個々のスキャンに加えて、「完成した」モデルをさまざまな位置に配置することもできるので、特に位置合わせツールが気に入っています。」

骨が完全に修復される前にスキャンされた場合や、骨をマウントした後にスキャンされた場合など、品質の悪いスキャンでは、欠落したデータを補うために、Artec Studio、Geomagic Wrap、Zbrush を同時に使用した大規模な後処理が必要でした。

「可能な場合は、鏡像化したり、他の骨の表面を移植したりして、平らな部分を埋めました」と彼は言う。「場合によっては、トリックスや他の T レックスの標本の写真を基に、欠けている部分を手彫りしなければなりませんでした。」

＃2
尾骨の修復と新しい形状

新しい 3D トリックスをよりリアルに見せるために、パシャは、現在オークションにかけられているティラノサウルスレックスのスタンの尾骨など、他の標本から採取した質の悪いトリックスの鋳造骨を交換するなど、いくつかの作業も行いました。パシャは長崎美術館の要請により、3Dトリックスの攻撃形態も作成する必要がありました。

ナチュラリスによるティラノサウルス・レックスの復元。3D トリックスが攻撃姿勢をとっている (写真提供: ハンネケ・ヤコブス)
よりリアルな効果を実現するために、3D モデラーは 3D Trix の膝を近づけました。パシャは恐竜の足跡の化石を注意深く観察し、元のトリックスや他のティラノサウルスの足が広がっていることを発見しましたが、これは完全に間違っていました。また、設計上、新しいモデルは元の骨格のように分解できないようにする必要があったため、椎骨同士の距離を近づけました。

＃3
3Dプリントの準備

後処理の後、Pasha は完成したスケルトンを Rhino にインポートし、そびえ立つスケルトンを内側から支える内部の鉄骨フレームをモデル化しました。

3D プリントされた 3D Trix の下顎 (写真提供: Hanneke Jacobs)
Simplify3D と Cura を使用して完成したモデルをスライスした後、いよいよスケルトン全体を 3D プリントして色付けします。爪や歯などの小さな部品は、特殊な条件下で生分解する、強くて耐久性のあるリサイクル素材である PLA (ポリ乳酸) バイオプラスチックを使用して、いくつかの小型 Ultimaker プリンターで製造されます。大きな骨は、2 台の大型 Builder Extreme 1500 3D プリンターを使用して作成されました。

ナチュラリス生物多様性センターに展示されている 3D トリックスの完全に組み立てられた骨格 (写真提供: ハンネケジェイコブス)
最後のステップは、骨に色を塗り、3D モデルに従って、事前に設計されたフレームに骨を 1 つずつ配置することです。

4500万平方ミリメートルのアクリル絵の具を3Dプリントして塗装するのにほぼ1年かかりましたが、3D Trixの特別な復元は2020年末にようやく完了しました。実際、恐竜の骨格の印刷と組み立てのプロセスは、ナチュラリスの「ライブサイエンス」展示ホールで行われ、訪問者はプロセス全体を目撃することができます。新しいティラノサウルス・レックスはまもなく日本の新しい生息地へ輸送される予定です。

＃4
アルテックレオ
Artec Leoの使用

復元が完了した後、ナチュラリスチームは別の Artec スキャナを追加することを決定し、恐竜の大きさを考慮して Artec Leo を選択しました。これは間違いなく賢明な決断でした。

「Leo は大きな骨も簡単にスキャンできるので、時間を大幅に節約できます」と Hanneke 氏は言います。「スキャンが簡単になりました。さらに、操作感も未来的です！」

2 台のスキャナーを一緒に使用することは、チームにとって理想的なソリューションでした。「現在、小さな骨にはSpace Spiderを、大きな骨にはLeoを使用しています。完璧な組み合わせです。」

センター内の他の部門も、この 2 台のスキャナーを使って、ハンネケさんと彼女のチームのもとを訪れてスキャンを行っています。「かつて私は巨大なマンモスの腰骨をスキャンしたことがあります。それが今プリントされて骨格に取り付けられています。スキャナーがあることはみんな知っているので、簡単に入手できます。スキャナーは私たちのツールボックスの必需品になっています。」

研究者らは、この地域には非常に多くの骨が発見されているため、少なくとも今後20年間は忙しくなるだろうと述べている。実際、ナチュラリスチームはワイオミング州からアンゴラまでずっと旅する計画を立てていました。

Naturalis チームの次の作品を楽しみにしています!

ナチュラリスドリームチーム (左から右): ミケルファンレーウェン、パシャファンバイレルト、ドナルド vd バーグ、ハンネケヤコブス、アシュウィンファングレヴェンホフ、ウィルコデピネダ (写真提供: ハンネケヤコブス)

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