DTU Fysik og DTU Compute har over fem dage i marts 2021 skannet kraniet af en Tyrannosaurus rex kaldet Casper.
Der er lavet både en overfladeskanning (optisk skanning) af kraniets ydre med lys og kamera samt CT-skanning i mikrometeropløsning, som i tillæg til overladeskanningen afbilder kraniets indre struktur. De to skanninger er efterfølgende blevet sat sammen, så man både har farver og tekstur på den digitale 3D-skanningsmodel.
DTU benytter matematiske modeller til at omdanne CT-målinger til 3D-modeller, omdanne de optiske skanninger til 3D-billeder og behandle 3D-billederne (data) til information.
DTU Fysisk og DTU Compute samarbejder med Statens Naturhistoriske Museum i København om både overflade-skanning og mikro-CT-skanning i laboratorierne på DTU i Lyngby, hvor 3D Imaging Center (3DIM) holder til. Læs mere om forskningsprojektet i artiklen: DTU 3D-skanner dinosaur-kranie
3DIM - 3D Imaging Center - er et samarbejde mellem DTU Mekanik, DTU Vindenergi, DTU Energi, DTU Fysik og DTU Compute.
I 3DIM arbejder man med neutron- og røntgenstråling. Centret er en del af DTU’s strategiske opbygning i forhold til anvendelse af forskningsfaciliteterne MAX IV og ESS - The European Spallation Source - i Lund i Sverige, samt den DTU-baserede nationale forskningsfaciliteten DANFIX i Lyngby med laboratorier udstyret med CT-skannere.
Det regionale center for analyse af 3D-billeder QIM er desuden en del af 3DIM.
CT-scanning
CT-skannerne svarer til hospitalsskannere, hvor man lyser igennem et materiale med røntgenstråler, så man kan se de indre strukturer i materialer, fx knogler.
Micro-CT-skannerne i DTU’s laboratorier er 2 meter høje, 3 meter lange og 1 meter brede. De er udstyret med en røntgenkilde, der gennemlyser genstandene med røntgenstråler, og et kamera bagved genstanden, der optager røntgenstrålerne, der kommer igennem, og som man danner billederne ud fra.
I en micro-CT-skanner placeres prøven på et drejebord, så der kan optages billeder fra alle vinker, når prøven roteres 360 grader.
Med CT-skanninger får man en detaljeret beskrivelse af indre strukturer i det emne, som skannes.
Det betyder, at man fx i tilfældet med Casper kan se, hvilke dele som er fossile, og hvilke dele som er rekonstruerede. Cirka 60 procent af kraniet er originalt materiale. I skannerne på DTU kan man se detaljer ned til 1 µm (mikrometer), men også emner som er op til 50 cm.
Optagelsen af billeder i CT-scannerne tager mellem 15 minutter og 24 timer.
Før fossilet kom ind i mikro-CT-skanneren, blev delene sat ned i kasser og stabiliseret. Her er Abdi Hedayat, konservator på Statens Naturhistoriske Museum, i gang.
Her bliver en af underkæberne sat ind i mikro-CT-skanneren.
Man tjekker med det samme, om placeringen er korrekt inde på drejebordet, så det hele kommer med.
Statens Naturhistoriske Museum var også forbi med videofotograf og filmer ind i mikro-CT-skanneren. Carsten Gundlach, seniorforskningsingeniør og ansvarlig for laboratorierne i 3D Image Centret, står med visir bag ved computerskærmen.
Hvert eneste mineral i kraniet er omdannet til spongiøst knoglevæv, så knoglestrukturen er bevaret i forsteningen.
3D-geometrien i overfladeskanningen
Ved overflade-skanningen placeres kraniet af Casper i en stor kasse beklædt med lysabsorberede filt, som gør, at man ikke får genskin, når man belyser fossilet med projektoren. Her retter Abdi Hedayat, konservator på Statens Naturhistoriske Museum, fossilet til.
Før skanningen kalibrerer man opsætningen ved hjælp af et skakbræt, som man optager billeder af fra forskellige vinkler. Desuden belyses skakbrættet med et mønster fra projektoren. Baseret på skakternsmønsteret og mønsteret fra projektoren er det muligt præcist at beregne, hvor kameraerne og projektoren er, når man skanner det rigtige objekt. Når man ser det samme punkt på kraniets overflade fra begge kameraer, kan man regne ud, præcis hvor det er i 3D-billedet..
Projektoren er placeret midt imellem to kameraer, der optager billeder. Kameraerne fungerer ligesom to øjne, der bruges til at bestemme afstanden til kraniets overflade (triangulation). Her er postdoc Morten Hannemose i gang med indstillingen med kameraer, mens postdoc Janus Nørtoft Jensen nedenunder tjekker outputtet på computerskærmen.
Skanningen af objektet giver en punktsky, der består af mange millioner punkter, som ikke hænger sammen. Bagefter laver man en overflade-konstruktion ved hjælp af algoritmer, der forbinder punkterne til en kontinuerlig overflade uden huller.
Selve overfladeskanningen tager måske fem minutter, og samlet tager det under en time, fordi alle algoritmer er implementeret effektivt i computerne.
Udover 3D-geometrien får man farveinformation fra kameraerne, som kan lægges oven i 3D-punkterne og overføres til 3D-rekonstruktionen.
Selv farvelægningen kræver også modellering. Farven ændrer sig nemlig afhængigt af, hvilken vinkel man ser det fra, blandt andet fordi lyset reflekteres mere eller mindre og kan spredes under overfladen. Så gennem skanningen har man opsamlet flere forskellige farve-informationer om hver pixel. Her får man hjælp af modeller, der tager højde for, hvordan lyset interagerer med objektet. Så hvis lyset kommer fra én retning, har objektet en bestemt farve. Men kommer lyset fra en anden retning, har det en anden farve.
DTU har også 3D-printet en underkæbe, som Statens Naturhistoriske Museum har haft med hos TV2 og DR den 21. april 2021. Herunder ses 3D-printet uden maling. Museet malede selv modellen.
Se også de to videoer, vi linker til under kontaktpersonerne. BEMÆRK: Videoerne åbner i en ny browser på YouTube.