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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爲其發掘的最大化石進行3D掃描。

 

故事發生于201310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 HunterSteven Tucker決定前往洞穴的未知部分進行一番探索。進入那片區域(現已名爲Chute)後,HunterTucker下降12米來到了一處全新的洞室,現已被命名爲Dinaledi洞室。Dinaledi爲塞索托語,意爲星辰,因此也可稱爲星辰之室。正是在這間洞室內,他們發現了珍貴的骨骼化石,並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,暫且命名爲納萊蒂人。此次發現中還找到了他們繁複禮儀行爲的種種痕迹,例如在分開的洞室內處理死者,此舉曆來被認爲是人類獨有的特征之一。

 

Berger見到現場照片後,決定立刻開啓一次考察之旅,並在社交媒體上發出呼籲:

 

Berger 決定立刻開啓一次考察之旅,並在社交媒體上發出呼籲:

“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2013111日開始,維持一個月之久。身材纖瘦、體型瘦小者優先。無幽閉恐懼症,身體健康,具備洞穴探索經驗,會攀岩者更佳。願意在擁擠室內工作,態度友好,具備團隊合作精神。考慮到工作的高度專業性和特殊性,我願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爲首選)。無年齡限制。此外,本項目經費有限,但我方會承擔機票、住宿(多數情況爲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米的攀岩路程),再向下移動12米抵達Chute,其中還將遇到一條18cm的溝壑。

 

201311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米的攀岩路程),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,因爲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。首次考察結束後,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。Kruger201310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博士一致認爲,現場挖掘期間,3D成像技術最有利于此次考察,此次考察也可以成爲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,幫助研究員日後拼接成形,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,並拼合成整體,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。棕色基底爲挖掘坑洞底部,藍色與橙色圖層爲20143月某兩日正在挖掘出土的化石。化石手骨和部分下肢清晰可見。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(靜止沈積物)。使用掃描儀“掃”過目標區域,並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。

 

20143月,Rising Star洞穴Dinaledi洞室內的挖掘區域。該圖呈現了幾處遺迹,待掃描完成後,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後傳送至地面,供科學家參考並指導地下人員的挖掘開采工作。

 

Dinaledi洞室挖掘區域特寫,呈現了文物遺迹豐富的層次。上颌骨(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,讓我驚歎不已,” 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,如今僅需幾分鍾。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。科學家作業時,3D掃描數據用來記錄出土文物。

 

 

後期處理通過Artec Studio 9完成(最新版本爲專業版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。記錄完成後,只需通過3個參照點就可手動將單獨圖層校准對齊。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)

 

校准過程完成後,開始整體記錄,拼合後生成掃描數據的精確網格模型。隨後于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掃描文件完成後,導出表層掃描圖像,與其余掃描圖像一起拼合成複合表層圖像。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。

 

Eva記錄後的化石隨後被運送至金山大學進行詳細描述。這裏已成爲非洲大陸迄今爲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,項目成果爲兩篇科學論文及NOVA/國家地理特別紀錄片《人類的誕生》。”

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