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Eva三维扫描仪深入地下扫描最新发现的人类祖先

 

 

Eva深入地下 扫描最新发现的人类祖先

——科学家发现最新人类祖先纳莱蒂人,Artec Eva为其发掘的最大化石进行3D扫描。

 

故事发生于201310月约翰内斯堡西北部Rising Star洞穴系统内的一次洞穴探索之旅。两位探险家Rich HunterSteven Tucker决定前往洞穴的未知部分进行一番探索。进入那片区域(现已名为Chute)后,HunterTucker下降12米来到了一处全新的洞室,现已被命名为Dinaledi洞室。Dinaledi为塞索托语,意为星辰,因此也可称为星辰之室。正是在这间洞室内,他们发现了珍贵的骨骼化石,并照相带给了南非威特沃特斯兰德大学(南非金山大学)的Lee Berger教授。

 

Dinaledi洞室内埋藏着15具已灭绝的古人类(原始人类)化石骨架。

 

Berger教授的直觉告诉他,也许他们无意中撞见的化石会彻底颠覆人类起源之说。事实证明,他是正确的——Dinaledi洞室内埋藏着15具已灭绝的古人类(原始人类)化石骨架,暂且命名为纳莱蒂人。此次发现中还找到了他们繁复礼仪行为的种种痕迹,例如在分开的洞室内处理死者,此举历来被认为是人类独有的特征之一。

 

Berger见到现场照片后,决定立刻开启一次考察之旅,并在社交媒体上发出呼吁:

 

Berger 决定立刻开启一次考察之旅,并在社交媒体上发出呼吁:

“各位同事——我需要业内人士的帮助,希望你们能尽最大努力帮我找到更多行业专家。我需要3-4位擅长挖掘技术的考古学专家与我共同进行一项短期项目,若所有设备运输如期到位,预计最早可于2013111日开始,维持一个月之久。身材纤瘦、体型瘦小者优先。无幽闭恐惧症,身体健康,具备洞穴探索经验,会攀岩者更佳。愿意在拥挤室内工作,态度友好,具备团队合作精神。考虑到工作的高度专业性和特殊性,我愿意与经验丰富的博士生或训练有素的硕士生共事,当然经验越丰富越好(博士生与资深科学家为首选)。无年龄限制。此外,本项目经费有限,但我方会承担机票、住宿(多数情况为考察地现场提供住宿及食物,当然一路还会有其他保障)。若有兴趣,请直接与我联系。截止日期非常近,恳请大家帮忙向本领域专家广泛传播本消息。非常感谢,Lee。”

—探洞人员及科学家必须穿过小洞,攀登“龙背”(洞穴内15米的攀岩路程),再向下移动12米抵达Chute,其中还将遇到一条18cm的沟壑。

 

201311月,项目开始的三周内,考察队在Rising Star洞穴地底深处发现了原始人类遗骸。获取化石的过程非常艰难,探洞人员及科学家必须穿过小洞,攀登“龙背”(洞穴内15米的攀岩路程),再向下移动12米抵达Chute,其中还将遇到一条18cm的沟壑。

只有身材纤瘦的人员才能进入Dinaledi洞室,因为通往洞室的洞穴地形非常局促。六位经验丰富的考古学家、人类学家参与了此项目。首次考察结束后,团队发现洞室内的遗骸事实上来自于至少15具遗骸,于是第二次长达两周的考察于2014年三月又拉开了帷幕,以期找到剩余遗骸。

 

—传统的挖掘记录设备无法使用,因而需要一种全新的高精度空间数据记录方法。

 

由于Rising Star洞穴和Dinaledi洞室的客观限制,传统的挖掘记录设备无法使用,因而需要一种全新的高精度空间数据记录方法。其中一位给Berger致电的应聘者名叫Ashley Kruger,他在金山大学进化研究院获得了硕士学位,正在寻找考古学方面的博士项目。Kruger201310月参与项目,刚好赶上了Rising Star洞穴的首次考察。

—化石位置的记录,通常需要网格系统或全测站的支持,而本次考察中,仅靠Artec Eva就完成了任务。

 

“我和Berger博士一致认为,现场挖掘期间,3D成像技术最有利于此次考察,此次考察也可以成为我博士学位的部分研究,”Kruger说道。“考古现场挖掘期间,必须要对现场发现的文物位置进行记录,帮助研究员日后拼接成形,分析化石物质发现地的环境。”

化石位置的记录,通常需要网格系统或全测站的支持,而本次考察中,仅靠Artec Eva就完成了任务。Kruger收集了挖掘过程中的扫描数据,加工整合,形成不同图层,制作完成了出土文物的3D模型,并拼合成整体,进行宏观分析考察。

 

—该图展现了挖掘过程中四个阶段完成的扫描图像。棕色基底为挖掘坑洞底部,蓝色与橙色图层为20143月某两日正在挖掘出土的化石。化石手骨和部分下肢清晰可见。该图最早刊登于《A new star rising: Biology and mortuary behavior of Homo naledi》论文中: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被用于挖掘区域的原地化石扫描(静止沉积物)。使用扫描仪“扫”过目标区域,并在连接的笔记本电脑上生成该区域的实时视觉成像。随即去除化石表层(厚度不超过5cm),再次使用Eva扫描内层部分。

 

20143月,Rising Star洞穴Dinaledi洞室内的挖掘区域。该图呈现了几处遗迹,待扫描完成后,模糊部分即可清晰成像。

 

Dinaledi洞室内使用Eva扫描仪以满足两个目的。首先,需记录每块骨骼位置和方向(轴线及地表)的空间数据。其次,挖掘过程中记录的数据需要在每次完成扫描后传送至地面,供科学家参考并指导地下人员的挖掘开采工作。

 

Dinaledi洞室挖掘区域特写,呈现了文物遗迹丰富的层次。上颌骨(中部)清晰可见。

 

 

“这项高科技能够在恶劣环境下依然保持精确简易的性能,让我惊叹不已,” 金山大学古生物学家Ashley Kruger说道,“团队只花了一个小时就学会了如何使用扫描仪。这项技术极大提高了整个过程的速度,原先需要花数个小时才能完成的一些步骤,如今仅需几分钟。像这些考古项目发现的人骨,不仅需要单独记录,还需要记录其在挖掘地现场的位置。通常,这些工作包括手动记录化石位置,以及在新建网格中做好互相参照。Artec技术帮助我们在极端恶劣和有限的条件下极大简化了工作流程。”

 

—地面团队观测挖掘过程中,3D扫描数据的生成情况。科学家作业时,3D扫描数据用来记录出土文物。

 

 

后期处理通过Artec Studio 9完成(最新版本为专业版Artec Studio10)。每次扫描都包含了数份单独图像形成的图层。每次扫描开始时,首先记录获得的3D三角测量基点。记录完成后,只需通过3个参照点就可手动将单独图层校准对齐。参照点结合Dinaledi洞室内的固定测量标记及挖掘区域的物理特征来确定,根据每次扫描的情况调整获得最佳标记点。

 

—一位工作人员K. Lindsay Hunter监控3D扫描,另一位工作人员扫描挖掘区域。(Elen Feuerriegel摄影)

 

校准过程完成后,开始整体记录,拼合后生成扫描数据的精确网格模型。随后于3D网格覆上一层Artec Eva扫描时同期获得的照片纹理贴图。每次3D扫描文件完成后,导出表层扫描图像,与其余扫描图像一起拼合成复合表层图像。如此即可在挖掘过程中获得挖掘区域及洞室的3D视觉成像。

 

—移动化石前,两位工作人员使用Artec Eva扫描Dinaledi洞室的挖掘区域。

 

Eva记录后的化石随后被运送至金山大学进行详细描述。这里已成为非洲大陆迄今为止发现的最大原始人类化石群遗址,出土文物共计1550件。整个项目共有大约40位科学家参与,项目成果为两篇科学论文及NOVA/国家地理特别纪录片《人类的诞生》。”

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