3D掃描儀

·         Artec Leo

挑戰：為事故再現調查人員完成事故車(chē)輛的三維掃描，完整采集車(chē)輛損毀情況，完成亞毫米級彩色3D模型，用于詳細分析、調查和記錄，最終結論與相關(guān)數據還將用于法律訴訟和法庭審判。

解決方案：Artec Leo, Artec Studio

效果：掃描車(chē)輛以往通常需要3-4小時(shí)，還要反復調整設備，再耗費大量時(shí)間來(lái)處理地面激光掃描儀的數據，但現在，通過(guò)專(zhuān)業(yè)無(wú)線(xiàn)手持式三維掃描儀，不到一小時(shí)，即可如實(shí)呈現車(chē)輛幾何與逼真紋理效果，當然也包括車(chē)損情況，分辨率高。

每次法醫事故再現專(zhuān)家Jarrod Carter博士見(jiàn)到一輛嚴重損毀的汽車(chē)，都覺(jué)得后面充滿(mǎn)了等他挖掘的故事：這輛車(chē)撞橋時(shí)的時(shí)速多少？撞擊前幾秒鐘司機踩了剎車(chē)？事發(fā)時(shí)，每位乘客都系安全帶了嗎？汽車(chē)的安全防護系統是否有效保護了所有乘客？

在Origin Forensics，Carter和他的團隊被邀請去調查車(chē)輛事故現場(chǎng)，他們搜集了各種信息， 包括無(wú)人機和三腳架激光掃描儀制作的3D模型、警方報告以及警方、監控錄像、事故資料記錄器（EDR，汽車(chē)上的“黑匣子”）提供的現場(chǎng)圖片和視頻。

這些資料提供了事發(fā)前幾秒內和事發(fā)過(guò)程中的大量細節：剎車(chē)使用情況、油門(mén)狀態(tài)、方向盤(pán)角度、橫向加速度、縱向加速度、滾轉率、發(fā)動(dòng)機轉速、變速箱位置等等。

最近，他們的工具箱里又增添了一位新朋友Artec Leo。

Origin使用這款非比尋常的無(wú)線(xiàn)手持式三維掃描儀Leo，來(lái)挖掘事故車(chē)輛背后的故事。多次使用經(jīng)驗告訴他們，Leo能在一小時(shí)內，如實(shí)復制車(chē)輛內外部的情況，從前到后，精度達亞毫米級。

Artec Studio軟件處理Leo掃描的2014道奇戰馬數據截圖

過(guò)去，為了為事故車(chē)輛復制完全一樣的數字模型，他們只能使用安裝在三腳架上的三維激光掃描儀。掃描過(guò)程需要圍繞車(chē)輛反復調整掃描儀位置，高高低低，里里外外，盡可能詳細記錄車(chē)輛細節。

這種方式已經(jīng)比Carter剛入行時(shí)使用的錘球和卷尺進(jìn)步了不少，但即便反復調整位置，細節品質(zhì)距離“精準”還是相去甚遠。

三腳架激光掃描儀工作流程的另一大弊端就是時(shí)間問(wèn)題。使用這類(lèi)掃描儀，每一次掃描都要好幾分鐘，其中還不包括調整位置的時(shí)間。想要一份細節精確的車(chē)輛掃描，動(dòng)輒一小時(shí)，有時(shí)甚至還要兩三個(gè)小時(shí)。

法醫技術(shù)員Kyle Rothwell用Artec Leo掃描事故損毀的2014 道奇戰馬（位于華盛頓州斯波坎谷的Spalding汽車(chē)零售商店）

整車(chē)掃描，時(shí)間倉促

Carter及其團隊每次工作，基本只有4-8個(gè)小時(shí)可以接觸車(chē)輛，而掃描只是工作內容的一部分。他們工作時(shí)有個(gè)原則，把每一次都看成是自己或其他人最后一次接觸車(chē)輛。掃描節省下的時(shí)間，都能為他們爭取到更多寶貴時(shí)間，確?？辈楣ぷ魍暾轿?。

“正是因為這個(gè)（時(shí)間）問(wèn)題，我開(kāi)始尋找比三腳架激光掃描更好的解決方案。我需要速度快又靈活，這正是Leo的優(yōu)勢所在，特別是它沒(méi)有電線(xiàn)，也不用連接電腦，速度就不受影響。工作時(shí)，我不再感到匆匆忙忙，能安心掃描車(chē)輛，”Carter說(shuō)道。

Jarrod Carter博士使用Artec Leo掃描道奇小面包車(chē)（華盛頓州皮阿拉普市Insurance Auto Auction）

“車(chē)輛是我們工作的重心，有充足的時(shí)間采集數據，這點(diǎn)十分重要，即便過(guò)去采集過(guò)程耗時(shí)很久也是如此?，F在，有了Leo，我們可以很快完成車(chē)輛的數字采集。還能通過(guò)設備后部的觸摸屏，查看3D網(wǎng)格、紋理效果，在離開(kāi)前確保已收集全部數據，”Carter說(shuō)道。

“如果有部分數據缺失，或者沒(méi)有采集到我需要的細節，也能輕松采集缺失部分，設備輕輕一揮即可。而過(guò)去，使用三腳架激光掃描儀，還得等我們回到辦公室，開(kāi)始處理數據時(shí)，才能意識到紋理或幾何出了問(wèn)題。有了Leo，我們就能胸有成竹地收工回家?！?

完成大片真實(shí)紋理采集，不可或缺

采集紋理方面，Carter對Leo的能力贊不絕口，“我們完全沒(méi)料到Leo能如此逼真地捕獲紋理信息。色彩和表面細節就像拍攝的相片一樣，難以分辨。而且紋理不是孤立存在于點(diǎn)云中的，這點(diǎn)和三腳架掃描儀不同?！?

“相反，點(diǎn)與點(diǎn)之間是通過(guò)紋理填充的。這種填色法的一個(gè)好處就是，觀(guān)察車(chē)輛時(shí)，我不再局限于勘查現場(chǎng)的角度，我擁有的照片也不只是當時(shí)拍攝的那些。我能根據需要，生成車(chē)輛不同角度的照片，就像勘查時(shí)拍攝的一樣?！?

Carter補充道，“有了Leo，我們就能獲得高度準確的掃描，包括充足的幾何數據，用于分析。還能加入相片紋理，讓掃描更為逼真。記得第一次放大Leo捕獲的車(chē)輛模型時(shí)，我感到大為震撼?？雌饋?lái)和原車(chē)一模一樣，這正是我們的目標。過(guò)去是萬(wàn)萬(wàn)不可能生成如此真實(shí)的模型的。絕無(wú)可能。”

Artec Studio中的道奇小面包車(chē)Leo掃描截圖

自從使用Leo后，Carter及其團隊每次都期待能收獲一份細節逼真的掃描?！霸贏(yíng)rtec Studio中瀏覽Leo掃描時(shí)，感覺(jué)就像在勘察現場(chǎng)一樣真實(shí)。我們可以從各個(gè)角度查找證據，并精確測量，”Carter說(shuō)道。

在Artec Studio下檢查車(chē)損情況

Carter介紹了Leo數據的用途之一，“完成事故車(chē)輛掃描后，我們把沒(méi)受損的部分和同類(lèi)型的整車(chē)3D模型或數據集對齊。把受損部分一對比，就能看出車(chē)輛損毀的情況，以便快速判斷沖擊力的方向和力度，以及沖擊本身吸收了多少能量?！?

“我們可以根據吸收的能量估計速度變化（delta-V），并根據其他充分證據，估算撞擊速度。另外，我們也能通過(guò)對比受損部分，一起進(jìn)行撞擊分析，協(xié)助乘客傷勢評估專(zhuān)家，也能協(xié)助專(zhuān)家評估車(chē)輛設計或制造工藝是否導致了這起事故?！?

三維掃描到生物力學(xué)損傷分析

Origin Forensics還將Leo數據用于生物力學(xué)損傷分析。在這項工作中，Carter及其團隊會(huì )根據車(chē)身?yè)p傷程度來(lái)模擬乘客在車(chē)內時(shí)的事故過(guò)程。這項分析的關(guān)鍵在于確定乘客在撞擊后在車(chē)內的運動(dòng)軌跡。

用Carter的話(huà)來(lái)說(shuō)，“我們會(huì )把乘客的傷勢情況和車(chē)內造成損傷的部位對應起來(lái)，以分析安全裝置是否有效起到了保護作用，包括安全氣囊、安全帶等所有應當起到緩沖保護的裝置。如果采用不同設計或制造工藝，是否有可能避免這些損傷？我們的工作就是要從頭到尾分析每一種可能性?！?

Carter和Rothwell查看Artec Studio中Leo掃描的2014道奇戰馬

與客戶(hù)前期協(xié)商中，無(wú)論是面對面還是網(wǎng)絡(luò )溝通，Carter都能共享屏幕，展示他們團隊用Leo制作的精準模型，并指出需要注意的相關(guān)細節。

使用Artec Studio中的表面距離映射功能查看戰馬的變形程度

Carter解釋道，“利用這樣一個(gè)細節豐滿(mǎn)的3D模型，對比車(chē)輛2D相片，能補充大量信息。相片永遠是靜止的，只能展現拍攝時(shí)的固定角度?？蛻?hù)常常會(huì )對車(chē)輛某個(gè)具體位置的情況很好奇，這時(shí)，我們就能迅速在模型中找到這個(gè)位置，就像在現場(chǎng)一樣，好比從特定角度拍攝了一張照片?！?

Leo掃描用于車(chē)損綜合報告

和客戶(hù)前期協(xié)商后，對方可能需要一份書(shū)面報告，用于取證或審判環(huán)節。制作一份展示品，幫助報告讀者或陪審團了解涉案車(chē)輛受到的損害性質(zhì)和程度，往往是這一過(guò)程的重要環(huán)節。Leo制作的3D模型剛好可以用于展品制作，起到震撼的視覺(jué)效果。

法醫技術(shù)員Kyle Rothwell是Origin Forensics的Leo專(zhuān)員，他描述如何使用Artec Studio軟件處理Leo掃描：“導入Leo掃描后，我先為一組掃描進(jìn)行了整體配準，然后為每組刪除離群噪點(diǎn)，最后對齊?！?

Rothwell正在處理2014道奇戰馬的Leo掃描

“然后，清理雜亂的幾何數據，比如玻璃片、泥土、瀝青等。原始數據配準后、對齊、清理后，調整數據方向，設定水平面，并旋轉車(chē)輛，確保右側圖即為車(chē)身右側?！?

Rothwell繼續補充道，“隨后進(jìn)行尖銳融合、快速網(wǎng)格簡(jiǎn)化。對車(chē)而言，200-500萬(wàn)個(gè)三角形的網(wǎng)格密度符合我們的需要。之后，導出紋理信息，選擇減少反光。我通常使用8k紋理貼圖，可保留較小的細節。然后模型即可導出，支持OBJ格式和.PNG紋理?！?

車(chē)輛3D數據模型：出于藍而勝于藍

盡管Carter及其團隊處理的大多數案件都是庭外和解或被駁回，因此從未進(jìn)入審判階段，但如確有必要，Leo可以為他們實(shí)現夢(mèng)想：向陪審團展現車(chē)輛逼真的虛擬數字模型。

“數字模型甚至比真車(chē)更好，因為我可以縮放旋轉，向別人展示任何一個(gè)他們想看的角度，縮放至他們想看的大小。這些證據都是事故現場(chǎng)搜集的，和勘查現場(chǎng)看到的情況一模一樣，”Carter說(shuō)道。

準備在A(yíng)rtec Studio中對比：合并戰馬和相同車(chē)型的3D模型

Carter透露，在不遠的將來(lái)，陪審團通過(guò)顯示器和VR眼鏡查看這類(lèi)證據，會(huì )變得越來(lái)越常見(jiàn)，到時(shí)，Leo的表現就會(huì )令人格外印象深刻。他們可以帶領(lǐng)陪審團查看車(chē)輛內外部，重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)部位。

“過(guò)去，我們必須把真車(chē)帶去法庭，陪審團出來(lái)查看，這一過(guò)程成本很高，而且法庭不一定同意。但有了Leo捕獲的數據，我們同樣可以把‘車(chē)’帶去法庭，讓陪審團在虛擬世界中查看車(chē)輛?！?

使用Artec Studio的表面距離圖，檢查戰馬的損毀情況

那Carter是如何發(fā)現Artec Leo的呢？Carter上網(wǎng)瀏覽并比較了市面上的手持式三維掃描儀，看到了埃太科大使Digitize Designs的YouTube頻道。隨后，他聯(lián)系了這家公司的三維掃描專(zhuān)家Bo Helmrich，他給Carter發(fā)送了一次Artec Leo的掃描視頻，以及汽車(chē)掃描的樣本數據。

為了直觀(guān)地說(shuō)明Leo如何高效地滿(mǎn)足他們的需求，Helmrich在演示時(shí)，直接用Leo掃描了豐田漢蘭達的整個(gè)外觀(guān)，從頭到尾只用了32分鐘。90分鐘后，掃描數據處理完畢，可直接使用。第一次見(jiàn)到Leo的掃描效果時(shí)，Carter感嘆道：

“我所見(jiàn)到的幾何細節和紋理實(shí)在太震撼了，幾何和紋理的精度在我們的工作中是相當重要的。如果3D數據質(zhì)量不高，紋理質(zhì)量也不會(huì )好到哪去。紋理和3D數據是相輔相成的?！?

Carter繼續說(shuō)道，“無(wú)論何種原因，一旦多邊形網(wǎng)格出錯、變形或發(fā)生扭曲，即便只是一點(diǎn)點(diǎn)，紋理再好也沒(méi)用。幸運的是，Leo在兩方面的表現都很出色。當時(shí)我們就發(fā)現了，之后每一次項目中，也同樣如此?！?

Leo操作培訓：從開(kāi)箱到著(zhù)手掃描，僅需短短幾分鐘

Carter及其團隊買(mǎi)完Leo后，安排了遠程培訓，學(xué)習如何掃描儀和Artec Studio軟件。對于這段經(jīng)歷，Rothwell評論道：

“學(xué)習如何用Leo掃描Pelican箱這樣的小型物體，非常開(kāi)心。拿出箱子，短短幾分鐘，Leo就能順利開(kāi)始工作，制作細節豐富的模型。掃描大型物體，也許一開(kāi)始比較困難，但我找了一個(gè)小竅門(mén)?！?

他解釋道，“我發(fā)現，把大項目拆成幾個(gè)小部分以后，就容易很多，也就是說(shuō)，把一輛車(chē)分為幾個(gè)部分掃描，最后在A(yíng)rtec Studio中一個(gè)個(gè)加載?，F在，我們每次都能得到精準效果，且質(zhì)量穩定?！?

當問(wèn)及Leo是否為他們的工作帶來(lái)不同時(shí)，Rothwell說(shuō)道，“還沒(méi)有Leo的日子和現在簡(jiǎn)直不能比?！?

法醫技術(shù)員Kyle Rothwell使用Artec Leo掃描車(chē)輛

他繼續說(shuō)道，“Leo直接帶我們達到了一個(gè)新高度。從操作過(guò)程來(lái)看，掃描期間可以得到反饋（實(shí)時(shí)查看數據），還能捕獲精密細節，色彩紋理的捕獲也讓Leo脫穎而出。”

由于Carter及其團隊擁有深厚的工程背景和豐富的事故現場(chǎng)再現經(jīng)驗，因此他們經(jīng)常接到相關(guān)任務(wù)，對事故中車(chē)輛的運動(dòng)軌跡進(jìn)行深入分析。另外，他們還經(jīng)常分析車(chē)輛乘客受到的傷害。

美國一些知名品牌，如克萊斯勒、福特、本田、Jeep、尼桑、Progressive、Safeco、豐田等，經(jīng)常找到Origin Forensics。他們能為客戶(hù)進(jìn)行深入調查，提供詳細報告，咨詢(xún)時(shí)坦誠可靠，因此經(jīng)常有回頭客，客戶(hù)還會(huì )口口相傳，介紹新客戶(hù)。

Origin Forensics的人生信條是“Veritas, Fidelitas, Claritas”（真理、忠誠、明澈）。這一信條同樣也是團隊的使命——發(fā)現真相、使用先進(jìn)科技真實(shí)再現證據，最后將他們的發(fā)現以清晰的形式呈現給客戶(hù)、法官、陪審團。

為完成使命，Leo不可或缺，Carter說(shuō)道：“我想推動(dòng)法醫事故再現領(lǐng)域向前發(fā)展，所以我必須始終關(guān)注技術(shù)，為客戶(hù)帶來(lái)出色的服務(wù)和解決方案。我選擇Artec Leo，因為它擁有其他產(chǎn)品無(wú)法比擬的獨特優(yōu)勢?！?