Albertos universiteto mokslininkai sureguliavo tikslių skaitmeninių 3D žmogaus kaulų rekonstrukcijų kūrimo procesą, siūlydami studentams ir mokslininkams ekonomišką ir prieinamą anatomijos ir biomechanikos studijų būdą.
Naujajame procese naudojama technika, vadinama 3D fotogrametrija, kuri apima objekto fotografavimą kelis kartus iš įvairių kampų. Rezultatas yra tikroviškas skaitmeninis objekto vaizdas, kuriuo galima manipuliuoti virtualiai arba spausdinti trimačiu formatu, kad būtų sukurti fiziniai modeliai.
Tyrimas publikuojamas žurnale Morfologija.
„Kai buvo išrasta nuotrauka, tai buvo puikus dalykas, nes galėjome ką nors užfiksuoti tam tikru laiko momentu. Tačiau ji yra dvimatėje erdvėje, o mes gyvename trimačiame pasaulyje. Galimybė užfiksuoti objektą 3D erdvėje. leidžia mums geriau išsaugoti šią informaciją“, – sako Loren Chiu, Kineziologijos, sporto ir rekreacijos fakulteto docentė, vadovavusi tyrimui kartu su magistrante Jasmine Feddema.
Taikydami savo metodą, Chiu ir Feddema uždėjo kaulą ant patefono ir suko jį, fotografuodami, kad gautų 360 laipsnių vaizdą. Tada jie apvertė kaulą aukštyn kojomis ir pakartojo procesą, kad sukurtų visą 3D vaizdą. Pasak Chiu, jų požiūris paprastai duoda 60–100 nuotraukų, kurios sujungiamos naudojant programinę įrangą skaitmeninei rekonstrukcijai sukurti.
Jų skaitmeninių rekonstrukcijų palyginimas su penkiais faktiškais nufotografuotais kaulais patvirtino, kad jų požiūris davė tikslius vaizdus.
„Labai svarbu ką nors rekonstruoti ir įsitikinti, kad jis yra labai ištikimas mūsų turimam originaliam objektui, kitaip mūsų gauti duomenys nebus tikslūs ir negalėsime panaudoti tos rekonstrukcijos moksliniams tyrimams“, – sako Chiu.
Vėliau jie pakartojo visą procesą, kad patikrintų, ar jų tyrimo metodas buvo atkuriamas, o rekonstrukcijos išliko nuoseklios, nepaisant to, kada buvo padaryti vaizdai ar kas juos užfiksavo.
„Jei visi gauna skirtingą rezultatą arba jūs gaunate skirtingus rezultatus skirtingomis dienomis, greičiausiai tai nėra pakankamai gerai, kad galėtume naudoti moksliškai.”
Jų 3D fotogrametrijos procesui reikia tik standartinio skaitmeninio fotoaparato ir nebrangios programinės įrangos, todėl ribotus išteklius turintys asmenys gali kurti skaitmenines rekonstrukcijas. Taip pat anatomijos ir biomechanikos studijos tampa prieinamos studentams institucijose, kuriose nėra lavonų laboratorijos.
„Tokią medžiagą galima tvarkyti tik konkrečiose laboratorijose, kuriose yra biologinės saugos protokolai, todėl tai yra informacija, kuri nėra lengvai prieinama daugeliui žmonių.”
3D fotogrametrija taip pat užtikrina, kad objektai gali būti išsaugoti neribotą laiką. Kai kurie fiziniai objektai, pavyzdžiui, Chiu ir Feddema dauginantys kaulai, laikui bėgant gali žymiai suirti.
Skaitmeninės rekonstrukcijos to nedaro, todėl visos sukurtos reprodukcijos bus prieinamos būsimiems tyrimams ir švietimui. Chiu pažymi, kad 3D spausdintas šių reprodukcijų versijas galima sukurti už ketvirtadalį ar trečdalį kainos, perkant žmogaus kaulų rekonstrukcijas iš tiekėjų.
Rekonstrukcijos yra vertingos anatominiam išsilavinimui, sako Chiu. Mokiniai gali peržiūrėti ir manipuliuoti detaliu 3D kaulų modeliu, leidžiančiu įvairiais įrenginiais įvertinti kaulą iš kelių kampų.
Biomechanikos tyrimams studentai ir mokslininkai gali naudoti skaitmeninius modelius, kad pamatytų, kaip kaulai judesio metu sąveikauja su raumenimis ir raiščiais, suteikdami įžvalgos apie raumenų ir kaulų sistemos ligų gydymą.
Chiu pabrėžia, kad studentai taip pat gali dalyvauti kuriant reprodukcijas – praktinio mokymosi galimybę, kuri neegzistuoja, kai reprodukciniai kaulai buvo įsigyti iš tiekėjo.
Chiu ir Feddema aprašytas procesas gali būti taikomas bet kokio tipo objektams, todėl jis bus naudingas kitose srityse. Pavyzdžiui, kadangi dinozaurų kaulai gali irti taip pat, kaip žmogaus kaulai, kai yra veikiami sausų ar drėgnų sąlygų, ši technologija siūlo alternatyvą daug laiko reikalaujančiam kaulų gipso liejimo procesui, kad būtų sukurtos eksponuojamos reprodukcijos.
„Mes taip toli pažengėme į priekį savo technologijų srityje, kad jei geriausia, ką galime padaryti, tai vadovėlio puslapį paversti PDF failu, nepakankamai išnaudojame savo galimybes“, – sako Chiu. „Mes galėtume būti pirmaujantys naudojant šių tipų technologijas akademiniu požiūriu, ir tai gali būti tikrai naudinga mūsų tyrimams ir tai, ką mūsų studentai galės prisidėti ateityje.”