Artec 3D扫描仪为法医人类学锦上添花

27/09/2019

法医人类学家Dennis Dirkmaat博士于梅西赫斯特大学办公室

在全球大部分地区,若警察在野外发现尸体或骨架,他们往往立刻把它们装起来拉走。在法医实验室或验尸官办公室检查遗体,试图判定死因,找出有关细节。但在法医人类学家眼里,他们觉得这就好比是把一颗树上掉落的苹果带离现场,然后研究这颗苹果的生长过程和来源,甚至还想以此了解果树本身。

用法医人类学家Dennis Dirkmaat博士的话来说,“在户外犯罪现场调查中,周围环境往往被忽视。”他补充道,“一些极为关键的信息都可以在尸体发现现场找到,但却常常被调查员忽略……如果你知道要找些什么的话,这些现场甚至能开口说话,告诉你此地是否为案发现场……如果是,那这里的证据有时可以让人大吃一惊。”

法医人类学分析证据前的死亡现场

20多年来,Dirkmaat博士以及他的学生经常被找来协助警方和验尸官,每年大概平均接触100起户外犯罪现场。到达现场后,他们会细致搜索现场,检查每一片树叶和石块,详细检查每一寸泥土和玻璃碎片,来确定尸体所在的空间位置,并在详细的地图上注明相关物件的位置。

现场的人类遗体和证据标记物,已移除植被,准备制图

在实验室,Dirkmaat非常擅长观察骨骼,研究他们生前和死后所遭受的创伤类型。他将这些宝贵知识传授给学生,通过几个月的课程,让他们学会识别死者是死于自然因素,还是遭遇谋杀或自杀。有些情况下,遗体散落四处,或被深埋、焚毁,需调查清楚骨骼和证据是否受到动物、水、风、重力作用的影响,或被人蓄意移动。

就人类骨骼遗体来说,使用手持式3D扫描仪数字完成骨骼数字捕获是Dirkmaat调查的关键。他将扫描数据制成彩色3D虚拟模型,便于细节研究,并存入他建立的“骨骼百科全书”中,他希望这将成为一个宝贵的参考数据库,让全球调查员寻找、分析成千种骨骼的关键特征和细节,来对比各个案件中的骨骼和遗体。

现场找到/未找到的骨骼,还带有创伤和食肉动物活动的痕迹

过去,Dirkmaat使用NextEngine 3D制作骨骼3D虚拟模型。虽然扫描仪本身不贵,但整个扫描过程非常耗时,最少也要整个下午,才能完成一套标准骨骼遗体的扫描。而且扫描数据中存在大量噪点,每天都要进行大量后期处理。

从不同角度扫描的头骨,还能看到创伤和枪弹进出留下的伤口

Dirkmaat认为一定有更好的方式。所以他联系了Artec金牌授权经销商TriMech的3D扫描专家,他们在一系列领域的3D设计和工程解决方案方面非常精通。他们向他介绍了Artec Space Spider,这是一款手持式超精度3D扫描仪,是扫描复杂几何小型物体、数字捕获高精度细节的首选方案。Space Spider点精度高达0.05毫米(50微米),能还原人眼无法感知的法医细节。

Dennis Dirkmaat博士使用Artec Space Spider扫描

当Dirkmaat看到Space Spider能轻松捕获骨骼时,他立即做出了决定。“就扫描本身而言,Space Spider捕获整套骨骼的速度让我震惊。扫描一次,就捕获到了一切。最后的效果也非常干净,细节丰富,我意识到这就是我要找的解决方案了,”他说道。“之后,我就买了我的Space Spider,直接在户外开始使用,第一天用时,尽管还是个新手,但过去要花一下午完成的工作,现在一小时不到就结束了。我简直喜出望外。”

带有枪弹进出伤口的头骨

扫描完成后,3D扫描数据在Artec Studio中进行后期处理,这是用于配准和对齐的扫描仪软件。软件也支持3D模型按多种格式直接导出至大多数CAD系统及其他应用程序。

用Dirkmaa的话说,Space Spider是“法医埋葬学领域的完美工具”,可以研究多种重合过程(以及它们带来的变化)对死后骨骼在数天、数周甚至数年间的影响。有些改变肉眼可见,而有些不可见(除非通过显微镜)。经验丰富的调查员可以观察解读所有变化。

这些变化形成的图案可以揭露很多死亡当时的细节,令人震撼。“Space Spider为法医调查员提供了极大帮助,” Dirkmaat说道,“它能迅速轻松捕获骨骼,彩色3D显示,达亚毫米级精度,所以最终效果的细节丰富,你能清楚看到大小变化导致的不同图案。”

正如Dirkmaat表示,“在法医学,尤其在我研究的法医人类学,3D扫描技术刚刚起步……我们很快就会看到3D扫描被用于捕获整个死亡现场的做法,骨骼周围的一切,包括地面、树叶,都可以被精确捕获,原封不动地还原现场发现尸体时的状态……这样一来,即便现场因天气、时间、人为干预后发生变动,过了很长时间,我们依然可以解读现场暗藏机密的线索,告诉我们大量当时发生的信息。”

为实现这一目标,Dirkmaat最近开始用Artec Leo扫描,这是一款操作简便的全无线式手持3D扫描仪,扫描时无需连接电脑。无论是黑暗中还是日光下,用户都能即开即用。配备内置触摸屏,可实时监测扫描效果,您可以一眼看出哪些区域还需额外扫描。加上无与伦比的数字捕获帧率,及广角视野,Leo扫描迅速,几分钟内就能为大中型物体完成彩色、高精度扫描效果。

Artec Ray是Dirkmaat使用的另一款Artec扫描仪,这是一款计量级、远距激光雷达3D扫描仪,可以快速扫描相距360英尺(110米)内的大型物体,甚至整个场景和画面。Ray的数字捕获速率达208000点/秒,几分钟内,就能完成户外(或室内)死亡场景的扫描,准确度高达亚毫米级。

配合使用Artec Space Spider、Artec Leo、Artec Ray,Dirkmaat找到了数字捕获带有大量细节的死亡现场的有效方案。Space Spider负责准确捕获骨骼的有机几何和精密细节,彩色高分辨率Leo负责快速捕获大中型物体,如坟墓或汽车,Artec Ray负责帮助调查员快速捕获整个死亡现场,包括尸体和几百英尺范围的现场,无一遗漏。Artec Studio负责整合三台扫描仪数据,制成真实还原现场的3D模型。

Dirkmaat认为Artec扫描仪完美契合了法医领域的最新发展,即3D扫描与打印栩栩如生的骨骼。很多庭审过程和调查过程中,拥有一块真实骨骼对一个案件的最终结果来说至关重要。但这种做法也带来一些问题,一定程度上会破坏骨骼和/或损毁证据。

但3D扫描改变了这一切。通过制作真实骨骼的数字模型,并3D打印,我们最终可以获得骨骼复制品,作为庭审证据或调查员的重要工具。而且数字化的过程也意味着全球研究员和调查员都能利用这项先进技术。

例如,法国阿尔卑斯山脉附近发现带有自卫型创伤的人类遗体,法国警方希望对比在欧洲或其他地方类似环境下发现的骨骼,他们就能申请查看其他骨骼的3D模型,几小时后,就能制作出逼真的复制品供对比研究。

“Artec通过Space Spider、Leo、Ray彻底改变了法医人类学。我已经把Artec解决方案彻底融入到了我的日常工作中,以及调查员、执法人员、大学生的日常与特别培训课程当中,效果非常好。我的学生很快就能学会扫描,而且能在极短的时间下获得大量丰富的细节,相当不可思议,”Dirkmaat表示。

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