Artec 3D掃描器為法醫人類學錦上添花

2022-03-31

目標:在人類死亡現場採用三台專業3D掃描器,完成骨骼、相關證據、附近地面、樹葉和整個場景的高精度彩色數位捕獲。

使用工具:Artec Space Spider、Artec Leo、Artec Ray、Artec Studio

法醫人類學家Dennis Dirkmaat博士于梅西赫斯特大學辦公室

在全球大部分地區,若員警在野外發現屍體或骨架,他們往往立刻把它們裝起來拉走。在法醫實驗室或驗屍官辦公室檢查遺體,試圖判定死因,找出有關細節。但在法醫人類學家眼裡,他們覺得這就好比是把一顆樹上掉落的蘋果帶離現場,然後研究這顆蘋果的生長過程和來源,甚至還想以此瞭解果樹本身。

用法醫人類學家Dennis Dirkmaat博士的話來說,“在戶外犯罪現場調查中,周圍環境往往被忽視。”他補充道,“一些極為關鍵的資訊都可以在屍體發現現場找到,但卻常常被調查員忽略……如果你知道要找些什麼的話,這些現場甚至能開口說話,告訴你此地是否為案發現場……如果是,那這裡的證據有時可以讓人大吃一驚。”

法醫人類學分析證據前的死亡現場

20多年來,Dirkmaat博士以及他的學生經常被找來協助警方和驗屍官,每年大概平均接觸100起戶外犯罪現場。到達現場後,他們會細緻地搜索現場,檢查每一片樹葉和石塊,詳細檢查每一寸泥土和玻璃碎片,來確定屍體所在的空間位置,並在詳細的地圖上註明相關物件的位置。

現場的人類遺體和證據標記物,已移除植被,準備製圖

 

在實驗室,Dirkmaat非常擅長觀察骨骼,研究他們生前和死後所遭受的創傷類型。他將這些寶貴知識傳授給學生,通過幾個月的課程,讓他們學會識別死者是死於自然因素,還是遭遇謀殺或自殺。有些情況下,遺體散落四處,或被深埋、焚毀,需調查清楚骨骼和證據是否受到動物、水、風、重力作用的影響,或被人蓄意移動。

就人類骨骼遺體來說,使用掌上型3D掃描器數位完成骨骼數位捕獲是Dirkmaat調查的關鍵。他將掃描資料製成彩色3D虛擬模型,便於細節研究,並存入他建立的“骨骼百科全書”中,他希望這將成為一個寶貴的參考資料庫,讓全球調查員尋找、分析成千種骨骼的關鍵特徵和細節,來對比各個案件中的骨骼和遺體。

現場找到/未找到的骨骼,還帶有創傷和食肉動物活動的痕跡

過去,Dirkmaat使用NextEngine 3D製作骨骼3D虛擬模型。雖然掃描器本身不貴,但整個掃描過程非常耗時,最少也要整個下午,才能完成一套標準骨骼遺體的掃描。而且掃描資料中存在大量噪點,每天都要進行大量後期處理。

從不同角度掃描的頭骨,還能看到創傷和槍彈進出留下的傷口

Dirkmaat認為一定有更好的方式。所以他聯繫了Artec金牌授權經銷商的3D掃描專家,他們在一系列領域的3D設計和工程解決方案方面非常精通。他們向他介紹了Artec Space Spider,這是一款掌上型超精度3D掃描器,是掃描複雜幾何小型物體、數位捕獲高精度細節的首選方案。Space Spider點精度高達0.05毫米(50微米),能還原人眼無法感知的法醫細節。

Dennis Dirkmaat博士使用Artec Space Spider掃描

當Dirkmaat看到Space Spider能輕鬆捕獲骨骼時,他立即做出了決定。“就掃描本身而言,Space Spider捕獲整套骨骼的速度讓我震驚。掃描一次,就捕獲到了一切。最後的效果也非常乾淨,細節豐富,我意識到這就是我要找的解決方案了,”他說道。“之後,我就買了我的Space Spider,直接在戶外開始使用,第一天用時,儘管還是個新手,但過去要花一下午完成的工作,現在一小時不到就結束了。我簡直喜出望外。”

帶有槍彈進出傷口的頭骨

掃描完成後,3D掃描資料在Artec Studio中進行後期處理,這是用於配準和對齊的掃描器軟體。軟體也支援3D模型按多種格式直接匯出至大多數CAD系統及其他應用程式。

用Dirkmaa的話說,Space Spider是“法醫埋葬學領域的完美工具”,可以研究多種重合過程(以及它們帶來的變化)對死後骨骼在數天、數周甚至數年間的影響。有些改變肉眼可見,而有些不可見(除非通過顯微鏡)。經驗豐富的調查員可以觀察解讀所有變化。

這些變化形成的圖案可以揭露很多死亡當時的細節,令人震撼。“Space Spider為法醫調查員提供了極大幫助,” Dirkmaat說道,“它能迅速輕鬆捕獲骨骼,彩色3D顯示,達亞毫米級精度,所以最終效果的細節豐富,你能清楚看到大小變化導致的不同圖案。”

正如Dirkmaat表示,“在法醫學,尤其在我研究的法醫人類學,3D掃描技術剛剛起步……我們很快就會看到3D掃描被用於捕獲整個死亡現場的做法,骨骼周圍的一切,包括地面、樹葉,都可以被精確捕獲,原封不動地還原現場發現屍體時的狀態……這樣一來,即便現場因天氣、時間、人為干預後發生變動,過了很長時間,我們依然可以解讀現場暗藏機密的線索,告訴我們大量當時發生的資訊。”

為實現這一目標,Dirkmaat最近開始用Artec Leo掃描,這是一款操作簡便的全無線式手持3D掃描器,掃描時無需連接電腦。無論是黑暗中還是日光下,用戶都能即開即用。配備內置觸控式螢幕,可即時監測掃描效果,您可以一眼看出哪些區域還需額外掃描。加上無與倫比的數字捕獲幀率,及廣角視野,Leo掃描迅速,幾分鐘內就能為大中型物體完成彩色、高精度掃描效果。

Artec Ray是Dirkmaat使用的另一款Artec掃描器,這是一款計量級、遠距雷射雷達3D掃描器,可以快速掃描相距360英尺(110米)內的大型物體,甚至整個場景和畫面。Ray的數位捕獲速率達208000點/秒,幾分鐘內,就能完成戶外(或室內)死亡場景的掃描,準確度高達亞毫米級。

配合使用Artec Space Spider、Artec Leo、Artec Ray,Dirkmaat找到了數位捕獲帶有大量細節的死亡現場的有效方案。Space Spider負責準確捕獲骨骼的有機幾何和精密細節,彩色高解析度Leo負責快速捕獲大中型物體,如墳墓或汽車,Artec Ray負責幫助調查員快速捕獲整個死亡現場,包括屍體和幾百英尺範圍的現場,無一遺漏。Artec Studio負責整合三台掃描器資料,製成真實還原現場的3D模型。

Dirkmaat認為Artec掃描器完美契合了法醫領域的最新發展,即3D掃描與列印栩栩如生的骨骼。很多庭審過程和調查過程中,擁有一塊真實骨骼對一個案件的最終結果來說極為重要。但這種做法也帶來一些問題,一定程度上會破壞骨骼和/或損毀證據。

但3D掃描改變了這一切。通過製作真實骨骼的數位模型,並3D列印,我們最終可以獲得骨骼複製品,作為庭審證據或調查員的重要工具。而且數位化的過程也意味著全球研究員和調查員都能利用這項先進技術。

例如,法國阿爾卑斯山脈附近發現帶有自衛型創傷的人類遺體,法國警方希望對比在歐洲或其他地方類似環境下發現的骨骼,他們就能申請查看其他骨骼的3D模型,幾小時後,就能製作出逼真的複製品供對比研究。

“Artec通過Space Spider、Leo、Ray徹底改變了法醫人類學。我已經把Artec解決方案徹底融入到了我的日常工作中,以及調查員、執法人員、大學生的日常與特別培訓課程當中,效果非常好。我的學生很快就能學會掃描,而且能在極短的時間下獲得大量豐富的細節,相當不可思議,”Dirkmaat表示。

 

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