Digitization and Preservation of Natural Heritage Supported by Digital Fabrication Technologies

Abstract

Abstract. [Objective] This study aimed to implement 3D image acquisition and postprocessing tools for the natural heritage preservation of a collection of craniums from a zoology museum and a wildlife rescue center. [Methodology] Samples were prepared following osteotechnics protocols developed at the rescue center. They were then digitized in a darkroom using a metrology-grade 3D scanner. Meshes were optimized for both fabrication and visualization purposes. Subsequently, some of the models were printed at a university makerspace using three different technologies to be measured and analyzed with the metrology capabilities of inspection software; the purpose was to determine which technology provided the most accurate replicas. [Results] The results demonstrated that the three technologies produced high-quality replicas. However, those based on optical processes (SLA and material jetting) generated more accurate physical models, which are of particular interest for scientific fields, such as zooarchaeology, paleontology, biology, and veterinary medicine. These fields could benefit from training and learning experiences supported by these digital asset collections. The models were successfully adapted to be uploaded to a 3D viewer platform, which is compatible with low-cost virtual reality solutions, to implement them in environmental education activities. [Conclusions] The experience demonstrates that photogrammetry and 3D scanning are feasible solutions to preserve high-value samples of scientific and historical interest composed of biological materials exposed to degradation by environmental conditions. It also provides new digital assets to foster outreach and educational activities for universities, museums, and rescue centers.

Resumen. [Objetivo] Este estudio tuvo como objetivo implementar herramientas de posprocesamiento y adquisición de imágenes 3D, para preservar una colección de cráneos de un museo de zoología y un centro de rescate de vida silvestre. [Metodología] Algunas de las muestras fueron preparadas mediante protocolos de osteotécnicas desarrollados en el centro de rescate y luego digitalizadas en un cuarto oscuro, utilizando un escáner 3D de grado metrológico. Las mallas se optimizaron tanto para fines de fabricación como de visualización. Luego, algunos de los modelos se imprimieron en el espacio de creación de la universidad, empleando tres tecnologías de impresión distintas, para ser medidos y analizados con las capacidades del software de inspección y así determinar cuál de ellas proporciona las réplicas más precisas. [Resultados] Los resultados obtenidos demuestran que las tres tecnologías proporcionan réplicas de alta calidad, pero aquellas basadas en procesos ópticos (SLA e inyección de material) generan modelos físicos más precisos, que son de particular interés para experiencias de entrenamiento y aprendizaje tanto en medicina veterinaria como en varios campos de las ciencias naturales. Los modelos fueron cargados en una plataforma de visualización 3D compatible con soluciones de realidad virtual de bajo costo, con el propósito de implementarlos en actividades de educación ambiental. [Conclusiones] La experiencia demuestra que la fotogrametría y el escaneo 3D son soluciones factibles para la preservación de muestras de interés científico e histórico de alto valor, compuestas de materiales biológicos susceptibles a las condiciones ambientales. Esto proporciona nuevos activos digitales que permiten fomentar actividades educativas y de divulgación, de interés para universidades, centros de rescate y museos.

Resumo. Este estudo teve como objetivo implementar ferramentas de pós-processamento e aquisição de imagens 3D para a preservação de uma coleção de crânios de um museu de zoologia e centro de resgate de animais silvestres. Algumas das amostras foram preparadas usando protocolos osteotécnicos desenvolvidos no centro de resgate e depois digitalizadas em uma câmara escura usando um escâner 3D de nível metrológico, as malhas foram otimizadas para fins de fabricação e visualização, então alguns dos modelos foram impressos no Maker Space da universidade usando três tecnologias de impressão distintas para serem medidas e analisadas com os recursos do software de inspeção e, assim, determinar qual deles fornece as réplicas mais precisas. Os resultados obtidos demonstram que todas as três tecnologias fornecem réplicas de alta qualidade, mas aquelas baseadas em processos ópticos (SLA e injeção de material) geram modelos físicos mais precisos que são de particular interesse para experiências de treinamento e aprendizagem em medicina veterinária e vários campos das ciências naturais, os modelos foram carregados em uma plataforma de visualização 3D compatível com soluções de realidade virtual de baixo custo para implementálo em atividades de educação ambiental. A experiência mostra que a fotogrametria e a digitalização 3D são soluções viáveis para a preservação de amostras de interesse científico e histórico de alto valor compostas por materiais biológicos suscetíveis às condições ambientais, fornecendo novos ativos digitais que permitem promover atividades de divulgação e educação de interesse para universidades, centros de resgate e museus.