Dinosaurier-Puzzle: Wie man mit 3D-Scanning das Skelett eines Tyrannosaurus rex zusammensetzt
Valentin Vanhecke, Gründer des niederländischen Unternehmens 4Visualization, hat das erstaunlich gut erhaltene Skelett eines gigantischen Dinosauriers eingescannt, der vor 66 Millionen Jahre lebte. Das neu zusammengesetzte Skelett wird nun in einem örtlichen Museum ausgestellt.
2013 wurde im US-Bundesstaat Montana das Skelett eines Tyrannosaurus rex entdeckt – ein atemberaubender Fund für die paläontologische Welt, denn von dem „Trix” getauften Fossil war mehr als 80 Prozent des Knochenvolumens erhalten geblieben. Damit gehörte „Trix“ zu den drei vollständigsten Skeletten der Art Tyrannosaurus rex, die jemals gefunden wurden. Alle wichtigen, größeren Knochen waren vorhanden; die Qualität des Fossils übertraf deutlich alle zuvor ausgegrabenen T. rex-Skelette.
Entdeckt wurden die Knochen von den Mitarbeitern des Naturalis Biodiversity Center aus dem niederländischen Leiden, wo das Skelett auch ausgestellt wurde. Mit der Vorbereitung der Ausstellung beauftragte das Naturalis Biodiversity Center Valentin Vanhecke, den Gründer und Inhaber des 3D-Scan-Dienstleistungsunternehmens 4Visualization. Seine Aufgabe bestand darin, vor Ort das gesamte Fossil sowie einzelne Knochen mit den Scannern von Artec 3D einzuscannen. Die 3D-Modelle wurden später für den Zusammenbau des Skeletts verwendet: Die fehlenden Knochen wurden modelliert, in 3D gedruckt und an den passenden Stellen eingesetzt.
Vanhecke reiste zweimal zum Black Hills Institute in South Dakota (USA), wo die Knochen von „Trix” für den Scan-Vorgang präpariert wurden. Gescannt wurde das Skelett mit dem 3D-Streifenlichtscanner Artec Eva, den der Artec 3D Gold Partner 4C Creative CAD CAM Consultants lieferte.
Valentin Vanhecke scannt das Skelett des T. rex
„Es war toll”, sagte Vanhecke. „Alle Knochen wurden mit Eva eingescannt; bloß die allerletzten beiden Schwanzwirbel, die nur ein paar Zentimeter lang sind, waren schwierig. Schließlich habe ich es geschafft, aber sie waren wirklich grenzwertig klein. Im Gegensatz dazu gab es den Schädel, der zwar fast zwei Meter lang war, aber sehr detailliert, beispielsweise durch Knochenverletzungen und Hohlräume, wie etwa die Augenhöhlen und die Nasengänge.”
Schädel des T. rex in Artec Studio 11
Zum allerersten Mal wurde auch ein kleiner Knochen im Schädel gefunden, der von der Ohrmuschel zum Innenohr führt. Er besteht aus einer drei bis vier Millimeter hohen, fast ein Millimeter dicken und fünf Zentimeter langen Leiste. Trotz seines geringen Umfangs konnte der Knochen effizient vom Scanner erfasst werden.
Das Scannen der kleineren Knochen nahm zwei Wochen in Anspruch, das Fossil als Ganzes wurde innerhalb eines Tages gescannt. Die Auflösung betrug ca. 0,3 mm.
Dieser Knochen gehört zum Unterkiefer des T. rex. Die runden Löcher stammen von den Zähnen eines anderen Dinosauriers. Die Wunden waren zu keiner Zeit lebensbedrohlich und sind perfekt verheilt.
„Danach mussten die Scans sämtlicher Knochen nachbearbeitet werden. Das habe ich in meinem Büro erledigt, meistens außerhalb der Geschäftszeiten”, berichtet Vanhecke. „Dort saß ich vor einer Kiste mit etwa 200 Puzzleteilen – aber leider ohne Puzzle-Bild, nach dem ich mich hätte richten können.”
Vanhecke führte eine „Smooth Fusion” sämtlicher Knochen in der 3D-Modellierungssoftware Artec Studio 11 durch; dabei arbeitete er mit einer Auflösung von 0,3 oder 0,5 mm, je nach Knochengröße oder Detail. Die Dateigröße betrug zwischen 200 und 1.000 Megabyte. Vanhecke dezimierte die Polygonnetze und lud sie in ein Projekt, das die Scans des kompletten Skeletts beinhaltete.
Zusammensetzen der Scans von Schädel, Wirbeln und Rippen in Artec Studio 11
Wo es möglich war, wurden die fehlenden Knochen des T. Rex gespiegelt und ausgedruckt. Die Spiegelung erfolgte in der Modelliersoftware Meshmixer, wo nach dem Druck auch etwas Farbe hinzugefügt wurde.
„Wenn bei unserem T. rex ein Knochen fehlte, verwendete ich die Abgüsse anderer Tiere”, so Vanhecke. „Die Füße beispielsweise stammten von einem anderen T. rex – ‚Sue‘ – und fehlende Wirbel von ‚Stan‘. Das rechte Bein war vollständig, doch das linke fehlte – deshalb ‚läuft‘ Trix jetzt auf zwei rechten Beinen herum.”
Alle fehlenden Knochen wurden mit einem 3D-Drucker von Ultimaker ausgedruckt. Als das Skelett vollständig war, erstellte Vanhecke weitere Scans des T. rex, um festzuhalten, wo genau die einzelnen Teile hingehörten.
Das vollständige Skelett des T. rex in 3D
„Das Zusammensetzen der Puzzleteile war mühsam, da das Skelett von der Nasen- bis zur Schwanzspitze etwa 13 Meter lang ist”, erklärt Vanhecke. „Ursprünglich hatte ich gehofft, für alle Knochen die Auflösung verwenden zu können, mit der ich sie gescannt hatte. Aber das war zu viel für meinen Computer. Deshalb musste ich alle Knochen-Scans vereinfachen, um die Gesamtdatenmenge auf eine praktikable Größe zu reduzieren.”
Anschließend musste die Datei noch einmal vereinfacht werden, um sie ins Netz stellen und von einem durchschnittlichen Computer anzeigen lassen zu können. Das Modell wurde im niederländischen Fernsehen in der Sendung „Expeditie T.Rex” vorgestellt und kann auf der 4Visualization-Seite von Sketchfab angesehen werden.