해부학 3D 시각화: 뼈를 스캔하여 사람과 동물 복원하기

Dundee 대학의 법의학 복원 도구목록에 추가된 Artec의 Eva 3D 스캐너는 과학자들이 연구를 진전시키는 데 도움이 됩니다.

고대 인류와 인간의 조상이 우리와 얼마나 닮았을까요? 이는 스코틀랜드의 Dundee 대학의 교수인 Caroline Erolin씨와 Dr. Christopher Rynn씨 같은 과학자들이 해답을 얻고자 하는 질문입니다. Caroline씨와 Christopher씨는 해부학 3D 시각화를 전문으로 하며 두개골을 기반으로 죽은 사람의 형상을 복원할 수 있습니다.

고고학 얼굴 복원은 박물관과 다큐멘터리 영화 제작자들에게 수요가 많습니다. 가장 최근 스코틀랜드의 Biggar & Upper Clydesdale 박물관에서 “Thankerton Man”의 얼굴을 복원했습니다. 1970년, 스코틀랜드의 Thankerton 마을 석관 안에서 발견된 이 두개골은 방사성 탄소 일자로 기원전 22460~2140 사이에 존재했던 것으로 예측되며 나이는 18~25세 사이로 추정되었습니다.

“Thankerton man”, Dundee 대학에서 복원됨. BBC에서 이미지 제공

Caroline과 Christopher의 작업은 고고학 얼굴 복원에만 그친 것은 아닙니다. 그들은 실제로 대학의 해부학과 얼굴 식별 (CAHID) 센터에서 중세 예술과 법의학 예술, 그리고 얼굴 식별 연구 분야의 이학석사로 지내고 있습니다. 의원들과 함께 일하며 영국 사법 시스템에 증거를 제공하는 의학 및 법의학 케이스 작업과 얼굴 식별 연구에도 활발히 참여하고 있습니다.

이 센터는 최근 연재 보유하는 이미지화 도구를 업그레이드 하고자 Artec의 영국 파트너사인 Patrick Thorn & Co.에서 Artec Eva 3D 스캐너와 교육 패키지를 구입하였습니다.

Patrick은 Artec 시스템을 설치하고 Artec Studio 3D 스캔 및 후처리 소프트웨어 관련 원데이 통합 트레이닝 과정을 수행하였습니다. 그가 CAHID에 방문한 날 우연히도 영국 전역에서 방송되는 BBC의 다큐멘터리 프로그램인 “Inside Out”에서 Christopher와 얼굴 복원에 관한 에피소드를 촬영중인 제작 스텝과 마주쳤습니다.

BBC의 “Inside Out” 프로그램에서 얼굴 복원 과정에 대해 이야기 중인 Christopher Rynn 박사. BBC에서 이미지 제공

 “지금까지 스캔을 식별할 수 없는 사람 유해의 인식에 도움이 되는 기타 법의학 얼굴 복원 기술 중 하나라고 생각해온 학생들에게 이 스캐너 사용은 매우 큰 충격이었습니다. 학생들은 우선 실제라기 보다는 살아있는 사람의 CT(컴퓨터 단층 촬영) 데이터에서 가져온 두개골 모형으로 연습을 하였습니다. 그러나 이제는 실제 두개골도 스캔할 수 있습니다.” Caroline Erolin씨가 말했습니다.

복원 과정은 두개골의 얼굴 해부 재구성 작업을 포함합니다. 이 과정은 모형 혹은 컴퓨터로 디지털 모델링된 스캔을 점토로 만들 수도 있습니다. Caroline씨는 스캔으로 작업 시 여러 장점이 있다고 언급합니다.: 1. 실제 두개골에 손상을 입히지 않으며, 2. 일단 디지털화되면 복원 층들을 보면서 독립적으로 모델링할 수 있습니다. 완성이 되면 최종적으로 복원된 얼굴은 살아있는 사람의 얼굴과 비교할 수 있습니다.

작업과정의 한 부분은 얼굴 근육을 왁스로 복원하여 상세하고 생생한 해부학 모델을 만드는 것입니다. 이를 통해 위에서 설명한 복원 작업 이전에 학생들에게 얼굴 해부학뿐 만 아니라 조각 기술 모두를 가르칠 수 있습니다. 여러 학생들이 Artec Eva를 사용하여 모델을 스캔하고 디지털 버전을 생성하였으며 이 버전은 Artec의 Viewshape와 기타 3D 모델 갤러리에 게시하여 온라인으로 상호작용할 수 있습니다.

법의학 예술 석사과정 학생의 Artec Studio 작업 스캔 (하품을 묘사)

CAHID의 스태프가 참여하고 있는 또 다른 프로젝트는 D’Arcy Thompson 동물학 컬렉션을 디지털화 하는 것입니다. 대학의 동물학 박물관은 세계 각국에서 온 많은 매력적인 표본을 보유하고 있습니다. 이 컬렉션은 온라인으로 연결할 수 있습니다. 표본의 대부분이 Dundee 대학의 첫 번째 생물학 교수이자 1917년 발행한 책 ‘성장과 종(種)에 대하여’의 저자인 D’Arcy Wentworth Thompson씨에 의해 수집되었습니다.

바라는 것은 이 컬렉션을 일반 대중 및 지역 사회의 학생/직원 등 모든 사람들에게 접근 가능하도록 하는 것입니다. 대상을 스캔하여 가상 온라인 박물관에 업로드하면 모든 사람들이 표본의 3D 모델을 보고 상호작용할 수 있습니다. 몇몇은 그것을 3D 인쇄하여 실제 작업, 학교 등에서 사용할 수 있게 될 것입니다.

Caroline이 D’Arcy Thompson 동물학 박물관에서 고릴라 뼈대를 스캔합니다.

 “대부분의 표본은 매우 복잡하고 다양한 각도에서의 스캔을 요구합니다. 예를 들어, 두개골은 보통 ‘위쪽’ 표면과 ‘바닥’ 표면 이렇게 2회 이상의 스캔을 필요로 합니다. 만약 하악을 별도로 스캔한다면 더 많은 횟수의 촬영이 필요할 것입니다.” Caroline씨가 말합니다.

D’Arcy Thompson 동물학 박물관의 바다코끼리 두개골 스캔, Artec Eva로 작업

 “두개골은 많은 복잡한 디테일과 오목한 형태를 가졌기 때문에 스캔하기 꽤 까다로운 대상 중 하나입니다. 하지만 Eva은 대부분의 디테일을 매우 잘 포착할 수 있어 보입니다. 이동 가능한 스캐너를 박물관 안으로 가지고 들어가 Artec 배터리 팩과 노트북을 사용하여 스캔작업을 할 수 있습니다. Eva의 질감 포착 능력은 매우 우수했고 ZBrush 같은 다른 3D 소프트웨어에도 잘 추출되었습니다.” Caroline씨가 첨언합니다.

Artec solution 사용법이 간단하다는 점을 보여주는 학생 그룹

Patrick Thorn씨가 Artec Eva를 사용한 성공적인 경험을 수행한 이후, CAHID는 더 작고 세밀한 표본을 캡쳐하기 위해 Artec Space Spider를 구입하였습니다. 더하여 Eva로 넓은 스캔을 작업하고 Space Spider로 세밀한 디테일을 작업하는 점은 센터의 전문가들을 위한 완벽한 솔루션이 됩니다.

 “이는 학생들에게 코끼리 두개골과 같은 커다란 표본부터 작은 동물 해부 샘플까지 다양한 범위의 3D 스캔 기술을 가르칠 수 있게 해줍니다. 이전에 우리는 매우 기본적인 레이저 스캐너를 사용했기 때문에 세밀한 부분이나 색상 텍스쳐를 포착할 수 없었습니다. 3D 스캔이 지금보다 저렴하고 사용하기 간편했던 적은 처음입니다.” Caroline씨가 말합니다.

CAHID에서 고정시킨 성인 두개골, Artec Eva를 사용하여 스캔함.

CAHID의 계획은 Scheuer Collection을 포함한 광범위한 두개골 컬렉션 디지털화를 포함합니다. Scheuer Collection은 전세계적으로 유일하게 활발한 청소년 유골 보관소로 여겨집니다. 이곳은 고고학적, 역사학적 해부학 자원으로부터 수집된 100개 이상의 성인 유물로 구성됩니다. 이 표본들의 대부분은 매우 연약하기 때문에 만지는 것이 제한됩니다. 이 수집물들을 디지털화하여 학생들은 온라인으로 접근할 수 있고, 3D 인쇄 표본은 강의 중에 사용할 수도 있습니다.