青藏高原,被誉为“地球第三极”,是全球生物多样性热点区域之一。这里孕育了大批高原特有珍稀物种——雪莲、红景天、冬虫夏草、藏羚羊、高原鼠兔……它们不仅是青藏高原生态系统的关键组分,也是国家种质资源战略的重要组成部分。
由中国科学院西北高原生物研究所牵头建设的青藏高原国家种质资源库,是聚焦高寒、高海拔、强紫外生态环境的专业化国家级平台,承载着重要使命:一是为高原特有物种提供长期保存的“诺亚方舟”,二是为生物多样性保护研究与种质资源开发利用提供基础数据支撑。
实物标本的损耗。昆虫标本易受虫蛀、霉变、脆化影响;腊叶标本随年代推移褪色、收缩变形;浸制标本保存液挥发导致形态色泽失真。青藏高原的高海拔/高寒特有种及模式标本尤其稀缺,而高寒、强紫外、剧烈昼夜温差等极端环境,也使得实物标本在采集后形态快速流失。
三维形态数据缺失。当前生物标本馆的数字化工作主要围绕标本标签信息录入与二维平面摄影展开,能够完整记录标本的采集信息与外观概貌,却难以保留比如翅脉分叉角度、种脐凹陷、菌褶空间排布、种子表面微雕纹等分类学关键立体特征。
信息共享受实物可及性限制。实物标本受保存环境、借阅制度及濒危物种保护法规限制,异地科研人员难以反复调阅;三维形态数据缺位阻碍协同研究与公众科学传播。
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图:中国科学院西北高原生物研究所编写的《三江源国家公园野生维管植物图鉴》中展示的线叶龙胆
尽管三维数字化理念已被业界广泛认可,但既有技术手段在生物标本场景下存在瓶颈,导致规模化落地困难:
激光三维扫描:通常仅输出几何白模,无法直接获取标本天然色彩纹理,需额外人工配准彩色纹理,流程割裂且精度不均。
结构光扫描:结构光扫描视场角有限,必须对标本多次翻转扫描再拼接,对虫蛀脆化或针插易损标本造成物理损伤风险;后期手工纹理对齐贴图单件耗时数小时至数天,面对馆藏数万的标本不具备可扩展性。
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图:三维数字化技术路径对比
人工摄影测量:传统摄影测量要求操作者凭经验设定拍摄角度、焦距、光照,点云拼接易产生孔洞与拉扯变形,不同人员操作导致模型精度、色彩还原度波动大,难以满足科研级标准化归档要求。
时间敏感性样本:真菌子实体、鲜花等须在短时间内完成数字化,传统方法建模周期远超样本有效保存窗口,造成三维形态数据丢失。
杰莱美三维数字标本快速构建系统,融合高精度光学成像阵列、自动化图像采集与智能三维重建算法,将专业级三维建模简化为“放置样本→一键启动→查看模型”三步操作。最快约15分钟,即可生成720度高保彩色三维数字孪生体,为青藏高原生物多样性保护与种质资源库建设提供具科研测量价值、永久不褪色、可远程共享的三维形态学数据底座。
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一键自动化建模,满足批量持续建档。内置智能算法自动完成图像采集→点云计算→网格优化→纹理映射,全程无需人工调参或后期修补贴图。标本建模时间约15–20分钟。
高原应用价值
种质资源库有大量待数字化标本,本系统可支撑多批次快速建模、持续化推进。
720°无损全角度采集。独特镜头阵列与光场设计,一次拍摄获取全角度数据,无需翻转样本,避免珍贵标本磨损。
高原应用价值
高原有大量新鲜脆弱易损标本,本系统“无损”采集规避了这一风险,让每一份珍稀标本都能安全完成数字化。
高保真色彩与微细结构还原。系统可精准再现种脐形态、翅脉纹理、表皮褶皱及药材断面色泽等分类学鉴别特征;软件还支持虚拟三维测量(长度/宽度/角度/投影面积/凹槽深度等),可直接服务于形态计量学与数值分类学研究。
高原应用价值
高原植物往往具有适应强紫外的特殊色素沉积(如雪莲的白色绒毛、红景天的红色根茎),这些色彩特征本身就是重要的分类与生态适应指标,高保真色彩还原确保这些信息不被丢失。
通用格式输出+数字标本馆管理模块。可直接输出OBJ通用三维格式,支持3D打印。集成数字标本馆管理模块,可多终端在线展示、共享,并可对接沉浸式交互设备,拓展科研与科普展示维度。
高原应用价值
异地合作研究者无需亲赴高原,即可通过分享链接远程调阅三维模型,进行形态测量与分类比对,大幅降低协作成本,打破地理阻隔。
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图:西北高原生物研究所使用杰莱美三维数字标本快速构建系统进行的种质资源数字化
- 自然保护区生物多样性调查站
- 野生动物救护中心与疫源疫病监测站
- 海关植检/卫检病媒生物标本室(入侵物种鉴定)
- 自然博物馆与科普教育基地
- 国家级/省级野生生物种质资源库
- 作物种质圃遗传资源保种场
- 药用植物资源圃与中医药标本馆
- 高校及科研院所植物所/动物所/昆虫所标本馆