Eva三維掃描儀深入地下掃描最新發現的人類祖先

 

 

Eva深入地下 掃描最新發現的人類祖先

——科學家發現最新人類祖先納萊蒂人，Artec Eva為其發掘的最大化石進行3D掃描。

 

故事發生于2013年10月約翰內斯堡西北部Rising Star洞穴系統內的一次洞穴探索之旅。兩位探險家Rich Hunter和Steven Tucker決定前往洞穴的未知部分進行一番探索。進入那片區域（現已名為Chute）后，Hunter和Tucker下降12米來到了一處全新的洞室，現已被命名為Dinaledi洞室。Dinaledi為塞索托語，意為星辰，因此也可稱為星辰之室。正是在這間洞室內，他們發現了珍貴的骨骼化石，并照相帶給了南非威特沃特斯蘭德大學（南非金山大學）的Lee Berger教授。

 

—Dinaledi洞室內埋藏著15具已滅絕的古人類（原始人類）化石骨架。

 

Berger教授的直覺告訴他，也許他們無意中撞見的化石會徹底顛覆人類起源之說。事實證明，他是正確的——Dinaledi洞室內埋藏著15具已滅絕的古人類（原始人類）化石骨架，暫且命名為納萊蒂人。此次發現中還找到了他們繁復禮儀行為的種種痕跡，例如在分開的洞室內處理死者，此舉歷來被認為是人類獨有的特征之一。

 

Berger見到現場照片后，決定立刻開啟一次考察之旅，并在社交媒體上發出呼吁：

 

—Berger 決定立刻開啟一次考察之旅，并在社交媒體上發出呼吁：

“各位同事——我需要業內人士的幫助，希望你們能盡最大努力幫我找到更多行業專家。我需要3-4位擅長挖掘技術的考古學專家與我共同進行一項短期項目，若所有設備運輸如期到位，預計最早可于2013年11月1日開始，維持一個月之久。身材纖瘦、體型瘦小者優先。無幽閉恐懼癥，身體健康，具備洞穴探索經驗，會攀巖者更佳。愿意在擁擠室內工作，態度友好，具備團隊合作精神?？紤]到工作的高度專業性和特殊性，我愿意與經驗豐富的博士生或訓練有素的碩士生共事，當然經驗越豐富越好（博士生與資深科學家為首選）。無年齡限制。此外，本項目經費有限，但我方會承擔機票、住宿（多數情況為考察地現場提供住宿及食物，當然一路還會有其他保障）。若有興趣，請直接與我聯系。截止日期非常近，懇請大家幫忙向本領域專家廣泛傳播本消息。非常感謝，Lee。”

—探洞人員及科學家必須穿過小洞，攀登“龍背”（洞穴內15米的攀巖路程），再向下移動12米抵達Chute，其中還將遇到一條18cm的溝壑。

 

在2013年11月，項目開始的三周內，考察隊在Rising Star洞穴地底深處發現了原始人類遺骸。獲取化石的過程非常艱難，探洞人員及科學家必須穿過小洞，攀登“龍背”（洞穴內15米的攀巖路程），再向下移動12米抵達Chute，其中還將遇到一條18cm的溝壑。

只有身材纖瘦的人員才能進入Dinaledi洞室，因為通往洞室的洞穴地形非常局促。六位經驗豐富的考古學家、人類學家參與了此項目。首次考察結束后，團隊發現洞室內的遺骸事實上來自于至少15具遺骸，于是第二次長達兩周的考察于2014年三月又拉開了帷幕，以期找到剩余遺骸。

 

—傳統的挖掘記錄設備無法使用，因而需要一種全新的高精度空間數據記錄方法。

 

由于Rising Star洞穴和Dinaledi洞室的客觀限制，傳統的挖掘記錄設備無法使用，因而需要一種全新的高精度空間數據記錄方法。其中一位給Berger致電的應聘者名叫Ashley Kruger，他在金山大學進化研究院獲得了碩士學位，正在尋找考古學方面的博士項目。Kruger于2013年10月參與項目，剛好趕上了Rising Star洞穴的首次考察。

—化石位置的記錄，通常需要網格系統或全測站的支持，而本次考察中，僅靠Artec Eva就完成了任務。

 

“我和Berger博士一致認為，現場挖掘期間，3D成像技術最有利于此次考察，此次考察也可以成為我博士學位的部分研究，”Kruger說道。“考古現場挖掘期間，必須要對現場發現的文物位置進行記錄，幫助研究員日后拼接成形，分析化石物質發現地的環境。”

化石位置的記錄，通常需要網格系統或全測站的支持，而本次考察中，僅靠Artec Eva就完成了任務。Kruger收集了挖掘過程中的掃描數據，加工整合，形成不同圖層，制作完成了出土文物的3D模型，并拼合成整體，進行宏觀分析考察。

 

—該圖展現了挖掘過程中四個階段完成的掃描圖像。棕色基底為挖掘坑洞底部，藍色與橙色圖層為2014年3月某兩日正在挖掘出土的化石?；止呛筒糠窒轮逦梢?。該圖最早刊登于《A new star rising: Biology and mortuary behavior of Homo naledi》論文中：RANDOLPH-QUINNEY, Patrick S.. A new star rising: Biology and mortuary behavior of Homo naledi. S. Afr. j. sci.[online]. 2015, vol.111, n.9-10, pp. 01-04. ISSN 1996-7489.

 

Artec Eva被用于挖掘區域的原地化石掃描（靜止沉積物）。使用掃描儀“掃”過目標區域，并在連接的筆記本電腦上生成該區域的實時視覺成像。隨即去除化石表層（厚度不超過5cm），再次使用Eva掃描內層部分。

 

—2014年3月，Rising Star洞穴Dinaledi洞室內的挖掘區域。該圖呈現了幾處遺跡，待掃描完成后，模糊部分即可清晰成像。

 

Dinaledi洞室內使用Eva掃描儀以滿足兩個目的。首先，需記錄每塊骨骼位置和方向（軸線及地表）的空間數據。其次，挖掘過程中記錄的數據需要在每次完成掃描后傳送至地面，供科學家參考并指導地下人員的挖掘開采工作。

 

—Dinaledi洞室挖掘區域特寫，呈現了文物遺跡豐富的層次。上頜骨（中部）清晰可見。

 

 

“這項高科技能夠在惡劣環境下依然保持精確簡易的性能，讓我驚嘆不已，” 金山大學古生物學家Ashley Kruger說道，“團隊只花了一個小時就學會了如何使用掃描儀。這項技術極大提高了整個過程的速度，原先需要花數個小時才能完成的一些步驟，如今僅需幾分鐘。像這些考古項目發現的人骨，不僅需要單獨記錄，還需要記錄其在挖掘地現場的位置。通常，這些工作包括手動記錄化石位置，以及在新建網格中做好互相參照。Artec技術幫助我們在極端惡劣和有限的條件下極大簡化了工作流程。”

 

—地面團隊觀測挖掘過程中，3D掃描數據的生成情況?？茖W家作業時，3D掃描數據用來記錄出土文物。

 

 

后期處理通過Artec Studio 9完成（最新版本為專業版Artec Studio10）。每次掃描都包含了數份單獨圖像形成的圖層。每次掃描開始時，首先記錄獲得的3D三角測量基點。記錄完成后，只需通過3個參照點就可手動將單獨圖層校準對齊。參照點結合Dinaledi洞室內的固定測量標記及挖掘區域的物理特征來確定，根據每次掃描的情況調整獲得最佳標記點。

 

—一位工作人員K. Lindsay Hunter監控3D掃描，另一位工作人員掃描挖掘區域。（Elen Feuerriegel攝影）

 

校準過程完成后，開始整體記錄，拼合后生成掃描數據的精確網格模型。隨后于3D網格覆上一層Artec Eva掃描時同期獲得的照片紋理貼圖。每次3D掃描文件完成后，導出表層掃描圖像，與其余掃描圖像一起拼合成復合表層圖像。如此即可在挖掘過程中獲得挖掘區域及洞室的3D視覺成像。

 

—移動化石前，兩位工作人員使用Artec Eva掃描Dinaledi洞室的挖掘區域。

 

由Eva記錄后的化石隨后被運送至金山大學進行詳細描述。這里已成為非洲大陸迄今為止發現的最大原始人類化石群遺址，出土文物共計1550件。整個項目共有大約40位科學家參與，項目成果為兩篇科學論文及NOVA/國家地理特別紀錄片《人類的誕生》。”