Череп тираннозавра изучат с помощью камеры от видеоприставки

Реконструкция скелета тираннозавра Сью The Field Museum Chicago Vlad G / Shutterstock.com

Исследовательская команда осуществила трехмерное сканирование ценного черепа Tyrannosaurus rex в Филдовском музее естественной истории в Чикаго. С помощью сканера созданного из камеры от видеоприставки ученые пытались объяснить наличие странных дыр в челюстной кости тираннозавра.

Исследовательская группа поначалу столкнулась с проблемой. Их сканеры (используемые в стоматологической практике) с высоким разрешением не могли справиться с огромной челюстью тираннозавра. Палеонтологи связались с группой Camera Culture из медиалаборатории Массачусетского технологического института. Недавно эта команда объявляла о выпуске прототипа новой системы для трехмерного сканирования с высоким разрешением.

Сам прототип еще не готов к подобной работе. Тем не менее, специалисты из Camera Culture, использовав собственное программное обеспечение и аппаратные средства всего на 150 долларов, смонтировали систему и получили с ее помощью трехмерную развертку всего пятифутового черепа Ти-Рекса. Исследовательская группа, включающая дантистов, антропологов, ветеринаров и палеонтологов, теперь использует эту развертку для анализа отверстий в черепе.

Исследователи из Media Lab сообщили о своих результатах в последнем выпуске журнала PLOS One. «Это изобретение можно использовать очень широко», - говорит Аншуман Дас, научный сотрудник группы Camera Culture. - «Мне хотелось бы донести это до людей, которым недоступны слишком дорогие технологии . Например, это могут быть палеонтологи или научные работники музеев, располагающие весьма ограниченными бюджетами. Есть много других областей, где можно извлечь выгоду из нашей новой системы».

Дас присоединился к исследовательской группе, которой руководит Рамеш Раскар, профессор медийных искусств и науки Массачусетского технологического института. Также команда включает Дениз Мурманн и Кеннет Корн, судебных дантистов, которые инициировали запуск этого проекта.

В системе сканирования используется камера Microsoft Kinect, предназначенная для видеоигр. Встроенное программное обеспечение Kinect создает «облако точек» - трехмерную карту точек на визуальной сцене. Короткие импульсы инфракрасного света отражаются от сканируемого объекта на датчик. Таким образом собирается необходимая информация. Бесплатное программное обеспечение под названием MeshLab анализирует облако точек и отображает создаваемую ими поверхность.

Высококачественный коммерческий 3D сканер стоит десятки тысяч долларов и имеет разрешение по глубине около 50-100 микрометров. Разрешение Kinect составляет всего около 500 микрометров, но оно стоит примерно 100 долларов. 500 микрометров оказалось достаточно для того, чтобы пролить свет на вопрос о таинственных отверстиях в челюсти черепа T. rex .

Нижняя челюсть и её 3D визуализация.
Маркерами обозначены углубления глубиной 8мм которые распознал сенсор. PLOS One

Обнаруженный в 1990 году, скелет T. rex в Музее Филда известен под именем Сью. Он является самым большим и самым полным из найденных до сих пор. В течение многих лет считалось, что дыры в челюсти Сью были следами зубов, результатом нападения другого тираннозавра. Отростки по краям отверстий говорят о том, что Сью выжила после инцидента.

Но расстояние между отверстиями является нерегулярным, что делает их непохожими на укусы. В 2009 году группа палеонтологов из Университета Висконсина предположила, что дыры могли быть вызваны протозойной инфекцией, которую Сью получила, съев какое-то зараженное животное.

Трехмерное сканирование, произведенное исследовательской группой и сотрудниками MIT, ставит под сомнение обе эти гипотезы. Оно показывает, что углы, под которыми отверстия, проходят сквозь челюсть, абсолютно разные, что несовместимо с версией об укусах. С другой стороны, выяснилось, что отверстия сужаются снаружи вовнутрь и это подрывает гипотезу об инфекции рта.

Одним из серьезных преимуществ трехмерного сканирования является то, что оно может использоваться совместно и удаленно. Музей Филда ограничивает время, которое исследователи могут провести с черепом Сью. Поэтому, анализ палеонтологов из Висконсина во многом основывался на фотографиях. А они не позволяют, например, сравнивать диаметры отверстий на внутренней и внешней поверхностях.

Теперь ученые, изучающие Сью или другой подобный экспонат, могут применить трехмерный принтер для создания точной копии образца. Чтобы это продемонстрировать, Дас и его коллеги использовали данные сканирования черепа Сью и создали несколько моделей, полностью повторяющих череп тираннозавра в масштабе 1:8.

Das предполагает, что сканирование Kinect может оказаться полезным в других областях, таких как археология и антропология. Археолог, который обнаруживает большой и хрупкий артефакт в отдаленном уголке мира, теперь может сканировать его и сразу же поделиться новой информацией с коллегами по всему миру.

«Здесь размер имеет значение», - говорит Дас. - «Если объект исследований действительно мал, то следует использовать трехмерный сканер. Но если требуется воспроизвести нечто большое, неподвижное и трудно транспортируемое, то просто наденьте наш Kinect и прогуляйтесь с ним вокруг объекта».

Действительно, когда Дас сканировал череп Сью, он установил Kinect в модифицированную камеру и держал ее на уровне груди. Пространство, в котором он выполнял сканирование, было неправильной формы и изобиловало различными неподвижными препятствиями. Дасу потребовалось некоторое время, чтобы найти маршрут, позволяющий поддерживать фиксированное расстояние до черепа со всех сторон. Сам же процесс сканирования занял примерно две минуты.

Что же на самом деле случилось со Сью? Дас, Мурманн, Корн, Раскар и другие члены группы, включая палеонтологов из Висконсина, сейчас изучают глубину и диаметр отверстий, а также фрагментированные узоры по краям, пытаясь ответить на этот вопрос.

Поделиться с друзьями: