공룡 두개골을 세부적으로 3D 스캔하기
Artec Spider 3D 스캐너를 사용하여 콜로라도 주의 상징물인 케슬러 스테고사우루스 (Kessler Stegosaurus)의 1 : 1 스케일 복제물을 3D 인쇄하여 지역 박물관에 배치합니다.
이번 공룡 전시에 있어서 가장 상징적인 장면 중 하나는 덴버 자연 과학 박물관 (Denver Museum of Nature & Science)의 스테고사우루스(Stegosaurus)와 알로사우루스(Allosaurus)이어야 합니다. 26피트 길이의 스테고사우루스는 콜로라도 주의 공룡을 대표합니다. 단순히 공룡의 한 종류일 뿐만 아니라 주를 대표하기 위해 채택 된 개별 견본입니다. 스테고사우루스는 1 억 5 천만 년 전에 콜로라도라는 지역에 거주하던 최대 10 톤의 초식 공룡이었습니다. 스테고사우루스를 특별하게 만드는 이유는 그것이 콜로라도 주의 캐논 시에서 발견되었다는 사실이 아니라 공룡 골격이 거의 완전하다는 것입니다. 이는 매우 드문 경우입니다. 1936년 화석 발굴 여행을 하던 고등학생들에 의해 발견되었고, 그 반의 선생님이었던 Frederick Carl Kessler씨는 학생들이 전문 고생물학자들과 함께 화석 골격을 굴착할 수 있도록 준비하였습니다.
덴버 자연 과학 박물관에 전시된 스테고사우루스(오른쪽)와 알로사우루스
콜로라도 주 우드랜드 파크에 위치한 Triebold Paleontology, Inc. (TPI)의 Mike Triebold에 방문하세요. TPI는 화석 해골을 복원 및 마운트하고 골격 캐스트를 만들어 전 세계 박물관에 공급합니다. 이 기업의 고객은 뉴욕의 미국 자연사 박물관, 피츠버그의 카네기 박물관, 워싱턴 DC의 스미스 소니 언 자연사 박물관 등을 포함합니다. TPI 본사에는 회사의 실제 자연사 박물관인 록키 마운틴 공룡 자원 센터 (Rocky Mountain Dinosaur Resource Center)에 전시되고 있는 캐스트 및 최초의 화석 견본 컬렉션이 보관되어 있습니다.
Mike Triebold 씨는 특별한 스테고사우루스를 캐스팅 카탈로그에 추가하려고 했습니다. 그는 프로젝트를 위해 덴버 박물관에서 유명한 케슬러 스테고사우루스를 가져오는 데 주력했습니다. 왜냐하면 캐논 시티(Canon City)에 새로운 Royal Gorge Dinosaur Experience가 지어졌고 이 기관에서는 캐논 시티의 주변 지역에서 Kesseler 씨가 수집한 스테고사우르스의 사본을 원했기 때문입니다. RGDE의 주인인 Zach Reynold 씨의 할아버지는 Kessler씨와 40대부터 60대까지 공룡 발굴에 정기적으로 동행했기 때문에 스테고사우르스에 대한 가족 공동체적인 생각을 가지고 있습니다.
그러나 몇 가지 요인 때문에 이 표본을 재현하는 작업이 복잡해졌습니다. 첫 번째는 표본의 크기입니다. 이 공룡은 길이가 26 피트를 넘을 뿐만 아니라 목, 척추, 꼬리가 늘어선 높이는 9 피트 이상입니다. 일반적으로 각 개별 뼈가 실리콘으로 성형되고 액체 플라스틱으로 주조되기 때문에 크기는 극복 할 수 없는 난제는 아닙니다. 이 표본은 단순히 선반에 놓여있던 뼈가 아닙니다. 90년대에 영구적인 수단을 사용하여 전시장에 세워졌고 전시되었기 때문에 분리시킬 수 없었습니다. 강철이 골격 주위에 용접되어 영구적으로 뼈에 박혀 있었기 때문에 실리콘으로 개별 뼈를 몰딩하는 것이 불가능해졌습니다.
이 표본을 재현하려면 TPI의 Matt Christopher씨가 3D 스캔을 사용하여 금형을 제작해야 했습니다. Matt씨는 다음과 같이 말합니다. "복제물을 3D로 인쇄 할 수 있도록 해체 불가한 골조를 3차원적으로 디지털화해야 했습니다. 원래의 표본과 3D 인쇄물이 똑같이 보일 수 있도록 크기와 표면의 디테일이 실리콘 몰드에서 얻을 수 있는 것과 충분히 비슷해야 했습니다."
TPI는 Artec Spider 구조광 3D 스캐너와 Artec Studio 3D 스캔 및 처리 소프트웨어를 사용했습니다. 스캐너는 Artec의 현지 파트너 인 3D Printing Colorado에서 제공했습니다. "Artec Spider는 우리가 필요로 하는 것을 정확히 포착했습니다." Matt씨가 언급하였습니다.
Artec Studio 측면도에서 보여지는 케슬러 스테고사우루스의 최종 모델
Spider와 Artec Studio를 사용하여 각각의 뼈와 두개골 영역을 개별 프로젝트로 스캔하였습니다. Matt 씨는 다음과 같이 말합니다. "이 작업은 공룡의 흉곽 안으로 사람이 기어들어가 (네, 다 자란 성인은 스테고사우루스의 흉곽 안쪽에 딱 들어갈 수 있습니다.) 공룡의 등 및 흉곽, 어깨 뼈 및 엉덩이의 내부를 형성하는 등쪽의 척추를 포착하는 작업을 포함합니다. 또한 사다리 꼭대기에서 공룡 등의 큰 부채꼴 판 꼭대기까지 도달 하도록 흥미로운 포즈를 취해야 합니다. 저희는 코끝에서부터 꼬리 끝에 위치한 거대한 스파이크에 이르기까지 필요한 모든 요소를 포착 할 수 있었습니다."
저희 팀은 629개의 개별 스캔을 끝냈고 그 중 71개의 개별 스캔 프로젝트는 Artec Studio로 진행하였습니다. 스캔 개수는 더 많을 수 있었지만 시간을 절약하기 위해 팔, 다리 및 갈비뼈와 같이 다른 면들을 생성하는데 있어서 대칭 이미지를 만드는 작업을 생략하기로 결정했습니다.
각 스캔은 Artec Studio에서 정렬하고 잘라 3D 메쉬 파일로 변환해야 했습니다. "Artec Studio의 정렬 기능은 이 프로젝트의 성공에 절대적으로 중요했습니다."Matt씨가 말합니다. "각 스캔을 정렬하는 것은 수동으로 올바른 위치를 대략적으로 맞추고 정렬 도구로 완벽하게 조정할 수 있게 하는 것처럼 간단합니다. Artec Studio를 사용하여 정렬 된 스캔으로부터 메쉬를 생성하고 제어함으로써 조작 및 3D 인쇄에 대한 정확한 디테일을 추출 할 수 있었습니다."
추출된 메쉬는 Artec Studio의 필터를 사용하여 마스터 스캔보다 작은 모든 불필요한 요소를 제거하였기 때문에 인공물로부터 자유로웠습니다. 작은 구멍들은 Artec Studio의 구멍 메우기 알고리즘을 사용하여 자동으로 채워졌습니다. 마운트되지 않은 뼈를 개별적으로 스캔한다면 Artec Studio에서 바로 완벽한 완벽한 메쉬를 생성할 수 있으며 후처리 작업이 필요 없으므로 작업이 더 간단해집니다. 제거한 철근 뼈대와 재구성한 표면의 완벽한 메쉬는 스테고사우루스를 재구성하기 위해서는 더 이상 선택 사항이 아니라 필수 사항입니다. “ Matt 씨가 말합니다.
결과 메쉬는 관절 요소의 분리, 관절형 뼈 사이의 공간과 같이 3D 스캐너로는 도달 할 수 없는 표면의 재구성, 그리고 일부 뼈 표면을 가리는 철근 뼈대 제거를 위해 ZBrush로 삽입됩니다.
Artec Studio 정면도의 케슬러 스테고사우루스의 최종 모델
TPI는 작은 Formlabs Form2 SLA 데스크탑 장치에서 Titan Robotics의 대형 포맷 Atlas에 이르는 다양한 3D 프린터를 보유하고 있습니다. 수많은 프린터로 이 프로젝트를 진행하면서 골격을 인쇄하는 데 6 개월이 걸렸습니다. 인쇄가 완성되면 가볍게 표면을 손으로 재 포장하고 내부 철근 뼈대용 모형을 추가하고 일부 뼈대를 개별 뼈가 아닌 단면으로 성형하여 조형을 준비합니다. 완성된 각 골격 또는 어셈블리를 마스터라고 합니다. 이 마스터들은 두 부분에서 여러 부분으로 된 몰드에서 고품질의 액체 실리콘 고무를 사용하여 실리콘 고무로 성형되었습니다.
완성된 주형은 주조 공정에서 플라스틱 수지로 둘러싸인 내부 강철로 고정되었습니다. "플라스틱을 강철 주위에 부어 뼈 표면을 숨길 외부 뼈대가 필요하지 않습니다. 뼈대 주위에 부은 주형으로 무수한 포즈 중 어느 것의 골격도 조립할 수 있으며 각 플라스틱 주조물 내부에서 튀어 나온 강철을 서로 용접 할 수 있습니다. 장착된 골격은 핸드 페인팅하여 배송될 준비가 됩니다." Mike 씨가 말합니다.
Mike씨에 따르면 이 프로젝트는 수십 년 전이라면 완성 될 수 없었을 것입니다. “저희는 Artec Spider를 사용하여 오늘날 최고의 기술을 성형 및 주조의 가장 진보된 전통적인 방법과 결합시켜, 대상을 건드리지 않고 거대한 공룡의 완벽한 복제본을 제작할 수 있었습니다." 그는 또 이렇게 말합니다. "이제 알로사우루스는 어떤지…"