3D digitization of complex exhibition items (mounted skeletons of dinosaurs) and generation of virtual replicas for biomechanical studies

Abstract

[ES] El presente trabajo forma parte de un estudio más amplio relativo al análisis biomecánico del movimiento de los dinosauros, que será realizado utilizando la técnica de los elementos finitos (FEM). Para este fin, será necesario disponer de modelos virtuales del sistema motor (es decir, el pie, la pierna, etc.) y del sustrato sobre el que el dinosaurio se mueve. Ambos tipos de modelos pueden inferirse, de manera aproximada, a partir de restos fósiles: huesos para los primeros e icnitas (huellas fosilizadas) para los segundos. Por supuesto, existen importantes retos en estos modelos, por ejemplo, el hecho de que un grupo de huesos fósiles (posiblemente incompleto y deteriorado) está muy alejado de un animal articulado que camina, el cual no sólo dispone de huesos y articulaciones, sino también carne, tendones, piel, garras, etc. En todo caso, los huesos fósiles son el único material disponible para comenzar el modelado. Por lo tanto, el primer paso consiste en su digitalización 3D. Como corresponde al uso previsto, las características que deben cumplir estos modelos corresponderán a los estudios biomecánicos, prestando especial atención a la completitud, precisión geométrica y resolución. Por otro lado, se presenta un caso práctico con la comparación de una tecnología de escaneado (luz estructurada) y fotogrametría de objeto cercano en un modelo de una pata trasera de unos dos metros de altura de un espécimen de Edmontosaurus.

[EN] The work presented here is part of a broader study concerning the biomechanical analysis of the movement of dinosaurs, which will be done by the finite element method (FEM). For this aim, it will be necessary to count on virtual models of the walking system (that is to say, the foot, leg, etc.) and the substrate on which the dinosaur moved. Both kinds of models can be approximately inferred from fossil remains: bones for the former and ichnites (fossil footprints) for the latter. Obviously, there are important challenges in these models, let us see, for example, that a group of fossil bones (probably incomplete and deteriorate) is very far from a walking animal with not only the bones and the articulations but also with flesh, tendons, skin, claws and so on. In any case, fossil bones are the only material we have to start modelling. Therefore, the first step will be their 3D digitization. As the expected use of the 3D models defines the technical characteristics that these models need to comply with, the manuscript will reflect on the qualities that the models for biomechanical purposes need, paying attention to the completeness, geometric accuracy and resolution. Moreover, a practical case is presented with a comparison of a scanning technology (fringe projection) and close-range photogrammetry in order to model a 2 meters tall leg of a specimen of Edmontosaurus.