CASE STUDY: skanowanie 3D i druk 3D w kryminalistyce

25 maja 2017

Technologia skanowania 3D od kilku lat jest z powodzeniem wykorzystywana w kryminalistyce. Jednym z rozwiązań jest np. skanowanie 3D miejsca przestępstwa, gdzie skan ma dużo wyższą przewagę nad zwykłym zdjęciem lub filmem video. Odzwierciedla nie tylko samą scenografię zdarzenia, lecz zapewnia jej w pełni trójwymiarowe odwzorowanie, co ma szczególne znaczenie w obliczaniu odległości poszczególnych dowodów rzeczowych względem siebie, jak również ich rzeczywiste rozmiary, nie zniekształcone przez obiektyw aparatu fotograficznego lub kamery.

Inną formą zastosowania skanerów 3D jest tzw. traseologia, czyli technika śledcza, za pomocą której ustala się osoby, lub pojazdy na podstawie śladów pozostawionych na miejscu zdarzenia. Tradycyjna metoda pobierania śladów jest oparta o zalewanie ich gipsem lub masą silikonową i tworzenie w ten sposób odlewów śladów podeszwy buta lub opony samochodowej. Dzięki wykorzystaniu skanerów 3D oraz drukarek 3D, proces pozyskiwania tych śladów jest nie tylko dużo bardziej precyzyjny, lecz gwarantuje też blisko 100%-we odwzorowanie śladu, bez ryzyka jego przypadkowego uszkodzenia.

W trakcie zabezpieczania śladów należy zachować wyjątkową ostrożność. Chcąc np. pozyskać odcisk obuwia ze śniegu, używa się podgrzanej siarki – wylana na śnieg błyskawicznie krystalizuje się i twardnieje do formy odlewu. Niestety z uwagi na kruchość powłoki śniegowej, na której jest odciśnięty ślad, istnieje poważne ryzyko uszkodzenia lub zdeformowania śladu. Prostszą alternatywą jest zrobienie zdjęcia śladu, nie można jednak liczyć tu na zachowanie wszystkich istotnych informacji, jak głębokość na jego całej powierzchni, czy istotne odchylenia.

I tu na pomoc przychodzą nowe technologie. Za pomocą skanera 3D można zarchiwizować w formie cyfrowej pełną geometrię odciśniętego śladu bez ryzyka jego uszkodzenia. Zadania podjął się SMARTTECH – polski producent skanerów 3D, który w pracy użył urządzenia MICRON3D green 10Mpix, autorskiego oprogramowania SMARTTECH3Dmeasure v2017, oprogramowania Geomagic Control służącego do tworzenia analizy porównawczej na modelach 3D oraz drukarki 3D ProJet 660 Pro 3D Systems, dostarczanej przez Canon Polska.

MICRON3D green 10Mpix posiada objętość pomiarową na poziomie 300 x 400 x 300 mm i dokładność 0,041 mm. Oznacza to, że za pomocą pojedynczego skanu 3D można zeskanować powierzchnię równą 30 x 40 cm o głębokości do 30 cm. Urządzenie wykorzystuje zielone światło LED, które posiada o ok. 30% większą dokładnością niż starsze metody skanowania 3D wykorzystujące do pomiaru światło białe.

Badanie przeprowadzono w styczniu br. w temperaturze -3°C. Skaner MICRON3D green jest przystosowany do pracy w trudnych warunkach – obudowa urządzenia jest wykonana z włókna węglowego, dzięki czemu jest w stanie pracować nawet w bardzo niskich temperaturach. Prace rozpoczęto od pokrycia śniegu z odciśniętym śladem cienką warstwą suchego pudru, w celu wyeliminowania odbić światła i umożliwiając poprawną pracę optycznego urządzenia pomiarowego. Z uwagi na specyfikę skanowanego obiektu, wykorzystano metodę pojedynczych pomiarów. Wykonano ich łącznie sześć, okalając urządzeniem skanowany obiekt.

Aby móc pozyskać kompleksowy model 3D śladu, pojedyncze pomiary z różnych stron połączono ze sobą metodą „na trzy punkty”. Użytkownik zaznacza wspólne miejsca dla każdych dwóch pomiarów, łącząc je w jedną całość. Skaner 3D posiada także alternatywne opcje pomiaru wykorzystujące automatyczne łączenie w oparciu o zastosowanie stolika obrotowego lub markerów pozycjonujących.

W trakcie skanowania głowica urządzenia wyświetla proste prążki na obiekcie, które zakrzywiają się względem skanowanego kształtu. Zakrzywione prążki są następnie odczytywane przez detektor zainstalowany w głowicy skanera 3D. Po dokonaniu zaznaczenia, dane są przesyłane do oprogramowania, dostarczając wynik pomiaru w postaci chmury mogącej zawierać nawet do 10 milionów punktów o współrzędnych XYZ. Daje to możliwość niezwykle szczegółowego odwzorowania odcisku w postaci modelu 3D. Dzięki temu można dokonać porównania pomiędzy zeskanowanym śladem odciśniętego w śniegu buta, a samą podeszwą.

Kolejnym etapem pracy była obróbka pozyskanego modelu 3D śladu. Dokonano tego w oprogramowaniu sterującym SMARTTECH3Dmeasure v2017,  gdzie podczas edycji chmur punktów usunięto tzw. szumy, czyli niepotrzebne części skanów 3D i/lub zakłócenia wywołane przez zewnętrzne źródła światła. Na potrzeby badania podjęto decyzję o pozbyciu się luźnych grup punktów mogących zakłócić dalsze analizy. Finalnym efektem pracy była siatka trójkątów odzwierciedlająca pełną i dokładną geometrię zeskanowanej powierzchni. Na jej podstawie wykonano w programie Geomagic Control analizę porównawczą pomiędzy skanem 3D śladu na śniegu a modelem podeszwy.

W ten sposób stworzono kolorową mapę odchyłek, która bardzo dokładnie demonstruje różnice, pozwalając jednocześnie wykonać pełną analizę 2D na wybranym przekroju. Analiza danych wykazała, że zeskanowana w okolicach palców powierzchnia pokrywa się z modelem podeszwy. Rozbieżności pojawiły się w pobliżu pięt, co wynika z faktu, że siła, z jaką człowiek staje nigdy nie rozkłada się równomiernie podczas chodzenia i doprowadza to do deformacji odkształceń w podłożu – w tym przypadku w śniegu.

Dzięki przeprowadzonym badaniom udało się bardzo precyzyjnie odwzorować ślad – skan 3D odzwierciedlił nawet delikatne zadrapania i unikalne dla danej podeszwy nacięcia.

Ostatnim etapem pracy było wydrukowanie modelu 3D wraz z mapą odchyłek na drukarce 3D. Wykorzystano do tego drukarkę 3D ProJet 660 Pro, drukującą w pełnym kolorze z proszku gipsowego w technologii CJP.

Dzięki wydrukowanemu modelowi, śledczy – a w przypadku zakwalifikowania śladu jako dowód w sprawie także prokurator i sąd, zyskują możliwość dokonania bezpośredniego porównania pomiędzy butem a zdobytym śladem. Dodatkowo istnieje możliwość wydrukowania w ten sposób kilku podobnych śladów i porównania wydrukowanych modeli w terenie. Warto także podkreślić, że wydruk 3D znacząco przewyższa dokładność tradycyjnych metod, takich jak tworzenie gipsowych odlewów.

Powyższe case study pokazuje, że skanery 3D i drukarki 3D potrafią nie tylko wspomóc działania policji, ale są jednocześnie jednymi z najlepszych narzędzi do odwzorowywania śladów oraz ich cyfrowej i przedmiotowej archiwizacji. W przeciwieństwie do bardziej tradycyjnych metod archiwizacyjnych, skaner 3D pracuje bezinwazyjnie, nie narażając śladów na zniszczenie, a zarazem jest dużo dokładniejszy, potrafiąc przechwycić nawet najdrobniejsze szczegóły badanego obiektu.

Dodatkowo wykonane skany 3D mogą w postaci modelu cyfrowego trafić do bazy danych i być porównywane z innym śladami na całym świecie – nawet jeśli miejsce zbrodni nie jest już dostępne. Jeśli natomiast potrzebny jest odcisk w formie fizycznej, to wydrukowanie go w 3D za pośrednictwem drukarki 3D na podstawie przygotowanego wcześniej modelu zapewnia nie tylko zachowanie śladu o precyzji przewyższającej tradycyjne metody, ale umożliwia też kopiowanie bez narażenia samego śladu na zniszczenie.

Źródło: www.skaner3d.pl


O autorze
Paweł Ślusarczyk

Prezes zarządu CD3D Sp. z o.o. oraz Business Development Manager. Posiada ponad 12-letnie doświadczenie w biznesie, zdobyte w branży IT, reklamowej i poligraficznej. Od stycznia 2013 roku związany z drukiem 3D.


ARTYKUŁY POWIĄZANE

Ostatnie komentarze