У Сары Райдинг, исследователя из Университета Дикина в Австралии, была теория, что изменение климата за последнее столетие повлияло на форму клювов птиц, что является одним из способов регулирования ими температуры тела. Если бы это утверждение было правдой, оно могло бы показать, как быстро виды адаптируются к изменениям окружающей среды, и иметь серьезное значение и для других видов, в том числе для человека.

Для доказательства этого потребовалось измерить клювы тысяч птиц, хранящихся в коллекциях музеев по всей стране, начиная с конца 1800-х годов. Это была сложная задача, для которой использовались традиционная измерительная лента и штангенциркули. Но с ручным цветным 3D сканером Райдинг перешла от теории к доказательству примерно за год. Ее выводы о том, что теплокровные животные адаптируются к изменению климата, изменяя некоторые из своих черт быстрее, чем можно было бы ожидать, стали заголовками по всему миру.

Возможность направить 3D сканер на объект, будь то музейная окаменелость или древняя реликвия, и записать точные данные о длине, ширине, высоте, особенностях поверхности и цвете ускоряет все виды исследований. Например, в хранилище данных 3D сканирования из музеев по всему миру под названием MorphoSource содержится более 66 000 разных 3D сканов: от зубов доисторических акул до древнеегипетских сосудов для воды. Только в 2021 году хранилище упоминается в более чем 400 исследовательских работах. Однако для исследования птиц данных было недостаточно, поэтому Райдерс нужно было путешествовать и сканировать образцы птиц на месте.

Традиционный способ измерения клювов птиц — это использование цифровых штангенциркулей для расчета длины, ширины и глубины. Затем полученные данные вставляются в уравнение, которое дает исследователям площадь поверхности конуса того же размера. Однако, учитывая, что клювы птиц бывают самых разных сложных форм, Райдинг обнаружила, что упрощение с сравнение размеров клюва с простой конусообразной формой приведет к потере ключевой геометрии и исключению важных анатомических данных о поверхности, необходимых для ее исследования. «Я фокусируюсь на действительно разных птицах, от уток до певчих птиц, а также хищных птиц», — говорит Райдинг, «… и когда вы изучаете такие разнообразные виды, вы обязательно увидите действительно разные формы клювов. Вот почему я думаю, что 3D сканирование намного лучше для такого рода задач, поскольку вы захватываете всю органическую анатомию поверхности, так что ничего не упускается».

Одной из других трудностей подхода к ручному измерению является ошибка оператора. В частности, это означает, что полученные измерения могут различаться у разных исследователей из-за немного разного расположения штангенциркуля, что приводит к достаточно значительным вариациям, которые могут повлиять на результаты данных, даже при самых лучших намерениях и опыте. По словам Райдинг, «вы можете свести ошибку оператора к минимуму, поскольку почти каждое сканирование одинаково у всех людей. Это то, к чему стремится каждый исследователь. Чем выше точность набора данных, тем яснее мы можем видеть корреляции, которые, в свою очередь, помогают нам делать выводы».

Еще одно явное преимущество трехмерного сканирования в исследованиях — это отсутствие повреждения деликатных артефактов. Когда исследователи из Университета Монаша Дуглас Ровински и Джастин В. Адамс посетили музеи и университетские коллекции по всему миру, чтобы оцифровать сотни образцов различных видов, необходимых для их исследования ныне вымершего тилацина, им потребовался неразрушающий метод сбора данных.

«Когда нам дают доступ к определенному образцу в музее, последнее, чего хочет куратор, — это беспокоиться о царапинах или других повреждениях от штангенциркулей или ручных измерительных приборов, не говоря уже о чрезмерном обращении для изменения положения», — говорит Ровински. «И размещение каких-либо маркеров или целей на этих образцах было бы немыслимо». С очень небольшим контактом и без риска повреждения, всего за несколько минут на образец, команда отсканировала в общей сложности 223 черепа 57 видов с помощью портативного 3D сканера.

Когда дело дошло до того, какой 3D сканер лучше всего подойдет для работы, Райдинг и ее команда выбрали один из портативных 3D сканеров, представленных на рынке. «Ручной сканер был действительно полезен для этой работы по ряду причин», — говорит Райдинг. «Он довольно хорошо справляется с птицами разных размеров и клювами, он портативный и его можно легко брать с собой в самолеты, что означает, что я могла летать в музеи по всей стране, чтобы собирать данные. Если бы сканер не был портативным, проект был бы невыполним». В дни сканирования Райдинг идет в музей для работы с птицами одного или нескольких конкретных видов. С мелкими птицами она может отсканировать около 40 или 50 объектов за один день. Для более крупных птиц более реалистичной целью является около 30-40.

Рабочий процесс сканирования Райдинг прост: она кладет птицу на спину на поворотный стол. Затем, медленно вращая поворотный стол, она сканирует птицу, захватывая всю необходимую анатомию клюва за один проход. В течение нескольких месяцев она отсканировала более 3000 птиц, имея в распоряжении 6000 образцов. «Каждый скан дает мне более чем достаточно данных о поверхности для всех моих анализов и даже достаточно для будущих исследовательских возможностей, таких как геометрическая морфометрия», — говорит Райдинг. «Думая о старом способе делать это, нет никакого способа, чтобы набор цифровых штангенциркулей мог захватить даже часть этих высокодетализированных данных о поверхности». Затем Райдинг обрабатывает сканы в программном обеспечении дома, либо в своем университете.

Хотя исследование еще продолжается, на данный момент оно показало, что только за последнее столетие клювы изучаемых птиц выросли примерно на 4–10 % в размере. Что касается расширения сферы этого исследования далеко за пределы границ Австралии, Райдинг надеется, что больше исследователей дополнят существующий пул данных, что позволит точно количественно оценить и сравнить изменение формы, которое произошло у различных видов птиц (или других животных) в разных регионах, континентах и ​​полушариях. «Если мы хотим облегчить наши исследования, от исследователя к исследователю, наличие напрямую сопоставимых, точных данных является обязательным условием», — говорит Райдинг. «Ручных измерений больше недостаточно».

3D сканирование - мощный инструмент, помогающий не только в решении производственных задач, но и в исследовательской работе. Технология позволяет быстро оцифровывать большие объемы данных и использовать их для дальнейшего анализа и изучения. В DigitalCraft3D мы помогаем решить разные задачи с помощью 3D сканирования. Узнайте больше о наших возможностях, ознакомившись с разделом “Портфолио”.