Сначала несколько определений

Археология — это наука, изучающая человеческую историю по материальным предметам, извлеченным из мест их первоначального залегания, часто погребённым под тысячами или миллионами лет наносных отложений. Палеонтология, хотя и родственна археологии, сосредоточена на естественно сохранившихся физических останках животных и растений, которые называются окаменелостями. И там, и там сегодня активно используется 3D моделирование в науке, позволяющее создавать виртуальные копии для дальнейшего анализа.

3D сканирование и 3D печать также являются взаимодополняющими процессами. 3D сканирование заключается в снятии тысяч измерений с объекта или ландшафта и преобразовании их в трехмерное изображение этого объекта. По сути, это и есть главный инструмент для создания 3D моделей в полевых условиях. 3D печать, с другой стороны, подразумевает непосредственное создание объекта с помощью аддитивного производства. Работа с древними артефактами требует чрезвычайной точности, и зачастую находки обеих дисциплин слишком хрупки, чтобы их можно было демонстрировать иначе, кроме как в научных статьях и публикациях. Но и археологи, и палеонтологи, а также музеи, которым они помогают пополнять коллекции, используют 3D технологии, чтобы изменить эту ситуацию. Сферы применения 3D в сохранении наследия расширяются с каждым годом, охватывая все новые этапы работы — от раскопок до экспозиции.

3D сканирование — это процесс сбора пространственных данных об области или объекте с использованием сотен точек измерений, полученных от камеры или источника света. Часто его используют для анализа мест, которые трудно исследовать в реальном мире, или для создания моделей объектов для более детального изучения, чем позволяют сами объекты. Это особенно важно для 3D моделирования в археологии, где каждый миллиметр может содержать ключ к разгадке исторической тайны. Оба этих свойства являются большим подспорьем для методов археологического исследования, позволяя учёным обнаруживать важные взаимосвязи и детали, ранее недоступные. Ниже приведены несколько способов, которыми 3D сканирование помогает археологам на разных этапах их работы.

Археологи ищут не только артефакты. Они также охотятся за общим контекстом своих открытий. Именно здесь на помощь приходит 3D сканирование, и применение 3D печати вместе со сканированием становится стандартом полевой работы.

Более глубокое изучение: археологи могут использовать ручные 3D сканеры, чтобы сделать сотни снимков своих рабочих участков и объединить эту информацию в единое трехмерное целое. Такое 3D сканирование участка отлично подходит для более глубокого изучения без необходимости буквально копать глубже, особенно если физический объект находится на нестабильной или охраняемой территории. Применение 3D сканеров в таких условиях позволяет получать данные с хирургической точностью.

Взгляд в прошлое: учёные могут преобразовывать трехмерные изображения, полученные со сканов, в то, как объект мог выглядеть в свое время, используя гораздо более точные измерения и прогнозные реконструкции, чем это позволяют физические инструменты. Так создается история 3D моделей, которые затем ложатся в основу реконструкций.

Видение общей картины: все точки данных, собранные в ходе 3D сканирования участков, дают археологам возможность выявлять и анализировать закономерности в процессе работы с находками. Это ведёт к более глубокому пониманию объектов в целом и приводит к дальнейшим открытиям, которые иначе остались бы в пыли.

Документирование: некоммерческая организация CyArk, занимающаяся распространением таких файлов среди широкой публики, с 2003 года использует технологию 3D сканирования для картографирования объектов всемирного наследия по всему миру. Поддержка Google помогла открыть доступ к цифровому сохранению наследия для широких масс, и организация использует эту новую известность для привлечения внимания к разрушающимся объектам, нуждающимся в сохранении.

Музеи также используют технологию 3D сканирования, чтобы преодолеть неизбежную недоступность археологических находок и представить полное представление о прошлом, не ставя под угрозу сохранность артефактов. 3D сканирование в музее стало таким же обычным делом, как и традиционная реставрация.

Больший охват: в качестве дополнительного преимущества электронные 3D сканы объектов, диорам и целых музеев используют интернет и электронный обмен файлами, чтобы охватить бесконечно больше людей, чем те, кто может посетить музей физически. Например, Смитсоновский музей естественной истории в Вашингтоне предлагает виртуальные туры по своим постоянным экспозициям, отдельным прошедшим выставкам и специализированным отделам. Даже если вы уже были там лично, вы можете восполнить то, что не успели увидеть, или заглянуть за кулисы и узнать, как работает Смитсоновский музей.

Доступность: Управление Айовского университета разместило в интернете коллекцию 3D сканированных объектов, чтобы люди со всего мира могли внимательно изучать и познавать сокровищницу местных древних артефактов. Многие из этих 3D сканов можно скачать для личного использования.

Расширенное взаимодействие: помимо просмотра отсканированного материала, музеи используют 3D сканирование для создания нового уровня взаимодействия с экспонатами. Посетители могут касаться, вращать, увеличивать и иным образом изучать 3D сканы, чтобы получить информацию, которая неочевидна при непосредственном осмотре самой находки. 3D сканирование помогает музеям лучше рассказывать истории о прошлом.

Помимо посещения исторических мест и всемирно известных музейных коллекций из собственного дома, 3D сканирование позволяет вам попробовать свои силы в археологии. Камеры смартфонов и приложения позволяют выполнять 3D сканирование без дополнительного оборудования, и многие любители 3D технологий используют свое окружение и находки, чтобы воссоздавать исторические объекты и сцены в пределах своей досягаемости. 3D сканирование с помощью телефона становится все более популярным хобби, а 3D сканирование телефоном открывает доступ к технологиям для миллионов людей по всему миру.

Палеонтология имеет много общего с археологией, но сосредоточена на ископаемых органических материалах, а не на артефактах, созданных человеком. Это создает уникальные препятствия при извлечении находок. И здесь на помощь приходит 3D палеонтология — новое направление, активно использующее цифровые методы. К счастью, те же методы 3D сканирования могут быть использованы как ответы на другие проблемы с теми же результатами: более высокая доступность, более глубокие возможности для изучения и в целом более полное понимание нашего прошлого.

Обслуживание ископаемых: многие части окаменелостей отламываются или разрушаются к тому моменту, когда палеонтологи их обнаруживают, теряясь в песках времени или просто оставаясь в местах, откуда их нельзя извлечь без повреждения объекта. Здесь на помощь приходит 3D сканирование.

Сохранение: портативность технологии позволяет палеонтологам делать сканы окаменелостей на месте, чтобы изучать их в лаборатории, не нарушая их естественное залегание. Например, команда из Национального музея Бразилии использовала 3D сканы черепов, найденных на железнодорожном участке в Сан-Паулу, чтобы показать ранее не открытый вид древнего крокодила.

Планирование раскопок: естественным продолжением этого процесса является выявление того, что может предложить участок, до начала масштабных раскопок. 3D сканирование потенциального места раскопок дает палеонтологам обзор того, как окаменелости расположены на участке, что подсказывает наилучший способ действий с максимальной эффективностью и минимальным нарушением окружающей среды. Кроме того, возможно воссоздание условий более ранних раскопок по фотографиям.

Возрождение артефактов: археологи восстановили плохо сохранившуюся тропу динозавров в Техасе, используя методы фотограмметрического 3D сканирования по снимкам из первоначальных раскопок. Это имеет большое значение для повторного изучения утраченных или поврежденных находок из прошлого.

Все отсканированные 3D окаменелости дают палеонтологам и архивистам возможность одновременно изучать, экспонировать и сохранять, что позволяет большему числу людей, чем когда-либо прежде, получить доступ к нашим древним предкам и средам их обитания.

Расширенный охват: один из способов, которым 3D сканирование помогает изучению растительного и животного мира, — это возможность картографировать участки тел и структур, которые труднодоступны для человеческого глаза или инструментов. Даже абсолютно целый и хорошо сохранившийся череп имеет множество укромных уголков, до которых нельзя добраться, не вскрыв его. 3D сканирование позволяет палеонтологам добираться до мельчайших деталей, сохраняя при этом целостность объекта.

Улучшенный сбор данных: музеи также извлекают выгоду из сравнительных данных, возникающих в процессе. 3D сканирование дает тысячи точек данных, важных для структуры и ориентации, таких как расстояние между глазницами, форма зубов и ширина конечностей. Картографирование всех этих параметров для каждой окаменелости позволяет музеям использовать данные своих коллекций для сопоставления бок о бок.

Как и в археологии, палеонтология получает большую пользу от общественной осведомленности и участия.

Доступность: 3D сканирование дает возможность широкой публике держать биологическую историю в своих руках — или, по крайней мере, на экранах своих компьютеров.

MorphoSource от Университета Дьюка является самым популярным мультиинституциональным источником обмена окаменелостями. Он объединяет коллекции со всего мира для вашего образовательного и развлекательного просмотра, а также содержит все точки данных для любых дальнейших научных исследований.

Как археология, так и палеонтология выигрывают от восстановительных свойств 3D печати. Она сохраняет артефакты и окаменелости, добавляя опору и структуру формам, которые угрожают разрушиться, и создавая копии, достаточно похожие на оригинал для научных исследований и в то же время безопасные для широкого распространения. 3D печать в науке сегодня — это не просто прототипирование, а полноценный метод реставрации, а области применения 3D печати в этой сфере продолжают расти.

Хотя условия на местах раскопок не способствуют самой 3D печати, 3D печать может обеспечить значительную поддержку до того, как ученые отправятся в экспедицию.

Практика: помимо базовой полевой подготовки, когда 3D печатные артефакты и кости можно использовать для отработки методов извлечения, с помощью 3D печати можно проектировать и модифицировать инструменты для конкретных нужд раскопок.

Усовершенствованные инструменты: используя филамент из металлических сплавов или других прочных материалов, 3D печатные инструменты выдерживают всё, что может потребоваться учёным.

Самое популярное применение 3D печати в археологии и палеонтологии — это создание копий исторически важных объектов, достаточно прочных для повседневного использования.

Сохранение через воспроизведение: поскольку музеи и исследовательские отделы содержат основной объем информации о подлинных артефактах и окаменелостях как побочный продукт своей деятельности, для них является естественным следующим шагом 3D печать факсимильных копий для сохранения истории и одновременного расширения ее охвата. Часто это 3D печатная копия окаменелости, которая используется в образовательных целях, пока оригинал хранится в климатической камере. Иногда это даже приводит к «улучшению» первоначальных находок. Например, Гарвардский университет использует фото-моделирование для ремонта артефактов, которые были найдены сломанными или стали такими за годы хранения.

Улучшенное документирование: некоторые музеи печатают части объектов или макеты, которые не были найдены вместе с остальными на исходном месте. Это особенно полезно для палеонтологии, поскольку окаменелости сохраняют только то, что случайно попало в идеальные экологические условия. Центр динозавров Скалистых гор в Колорадо использует 3D печать для заполнения недостающих или поврежденных частей скелетов динозавров за гораздо более короткий срок по сравнению с традиционным созданием гипсовых костей. Так создается настоящий 3D печатный динозавр, который можно выставлять в зале.

Всё, что нужно для погружения в палеонтологию, — это 3D принтер и бесплатные сканы окаменелостей для загрузки. Этот огромный скачок в доступности позволяет каждому — от школьников до пенсионеров-любителей — исследовать природный мир осязаемым образом. 3D печать окаменелостей стала доступной даже для домашних мастерских. Американский музей естественной истории использует 3D печать, чтобы дать посетителям ощутить себя палеонтологами: для тренировок по определению видов и сборке скелетов используются 3D печатные копии костей из их коллекции.

3D печать и сканирование открыли археологию и палеонтологию для широкой публики, а также расширили возможности учёных в этих областях. Цифровое сохранение наследия стало реальностью, а сферы применения 3D продолжают расширяться, охватывая все новые дисциплины.