3D掃描儀

·         Artec Leo

挑戰：為事故再現調查人員完成事故車輛的三維掃描，完整采集車輛損毀情況，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：掃描車輛以往通常需要3-4小時，還要反復調整設備，再耗費大量時間來處理地面激光掃描儀的數據，但現在，通過專業無線手持式三維掃描儀，不到一小時，即可如實呈現車輛幾何與逼真紋理效果，當然也包括車損情況，分辨率高。

每次法醫事故再現專家Jarrod Carter博士見到一輛嚴重損毀的汽車，都覺得后面充滿了等他挖掘的故事：這輛車撞橋時的時速多少？撞擊前幾秒鐘司機踩了剎車？事發時，每位乘客都系安全帶了嗎？汽車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輛事故現場，他們搜集了各種信息， 包括無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，汽車上的“黑匣子”）提供的現場圖片和視頻。

這些資料提供了事發前幾秒內和事發過程中的大量細節：剎車使用情況、油門狀態、方向盤角度、橫向加速度、縱向加速度、滾轉率、發動機轉速、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線手持式三維掃描儀Leo，來挖掘事故車輛背后的故事。多次使用經驗告訴他們，Leo能在一小時內，如實復制車輛內外部的情況，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

過去，為了為事故車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。掃描過程需要圍繞車輛反復調整掃描儀位置，高高低低，里里外外，盡可能詳細記錄車輛細節。

這種方式已經比Carter剛入行時使用的錘球和卷尺進步了不少，但即便反復調整位置，細節品質距離“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間問題。使用這類掃描儀，每一次掃描都要好幾分鐘，其中還不包括調整位置的時間。想要一份細節精確的車輛掃描，動輒一小時，有時甚至還要兩三個小時。

法醫技術員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汽車零售商店）

整車掃描，時間倉促

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

“正是因為這個（時間）問題，我開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的優勢所在，特別是它沒有電線，也不用連接電腦，速度就不受影響。工作時，我不再感到匆匆忙忙，能安心掃描車輛，”Carter說道。

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

“車輛是我們工作的重心，有充足的時間采集數據，這點十分重要，即便過去采集過程耗時很久也是如此?，F在，有了Leo，我們可以很快完成車輛的數字采集。還能通過設備后部的觸摸屏，查看3D網格、紋理效果，在離開前確保已收集全部數據，”Carter說道。

“如果有部分數據缺失，或者沒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。而過去，使用三腳架激光掃描儀，還得等我們回到辦公室，開始處理數據時，才能意識到紋理或幾何出了問題。有了Leo，我們就能胸有成竹地收工回家?！?

完成大片真實紋理采集，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云中的，這點和三腳架掃描儀不同?！?

“相反，點與點之間是通過紋理填充的。這種填色法的一個好處就是，觀察車輛時，我不再局限于勘查現場的角度，我擁有的照片也不只是當時拍攝的那些。我能根據需要，生成車輛不同角度的照片，就像勘查時拍攝的一樣?！?

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捕獲的車輛模型時，我感到大為震撼?？雌饋砗驮囈荒Ｒ粯?，這正是我們的目標。過去是萬萬不可能生成如此真實的模型的。絕無可能。”

Artec Studio中的道奇小面包車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rtec Studio中瀏覽Leo掃描時，感覺就像在勘察現場一樣真實。我們可以從各個角度查找證據，并精確測量，”Carter說道。

在Artec Studio下檢查車損情況

Carter介紹了Leo數據的用途之一，“完成事故車輛掃描后，我們把沒受損的部分和同類型的整車3D模型或數據集對齊。把受損部分一對比，就能看出車輛損毀的情況，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，我們也能通過對比受損部分，一起進行撞擊分析，協助乘客傷勢評估專家，也能協助專家評估車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損傷分析

Origin Forensics還將Leo數據用于生物力學損傷分析。在這項工作中，Carter及其團隊會根據車身損傷程度來模擬乘客在車內時的事故過程。這項分析的關鍵在于確定乘客在撞擊后在車內的運動軌跡。

用Carter的話來說，“我們會把乘客的傷勢情況和車內造成損傷的部位對應起來，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

與客戶前期協商中，無論是面對面還是網絡溝通，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，“利用這樣一個細節豐滿的3D模型，對比車輛2D相片，能補充大量信息。相片永遠是靜止的，只能展現拍攝時的固定角度?？蛻舫３囕v某個具體位置的情況很好奇，這時，我們就能迅速在模型中找到這個位置，就像在現場一樣，好比從特定角度拍攝了一張照片?！?

Leo掃描用于車損綜合報告

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

法醫技術員Kyle Rothwell是Origin Forensics的Leo專員，他描述如何使用Artec Studio軟件處理Leo掃描：“導入Leo掃描后，我先為一組掃描進行了整體配準，然后為每組刪除離群噪點，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，并旋轉車輛，確保右側圖即為車身右側?！?

Rothwell繼續補充道，“隨后進行尖銳融合、快速網格簡化。對車而言，200-500萬個三角形的網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，因此從未進入審判階段，但如確有必要，Leo可以為他們實現夢想：向陪審團展現車輛逼真的虛擬數字模型。

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

準備在Artec Studio中對比：合并戰馬和相同車型的3D模型

Carter透露，在不遠的將來，陪審團通過顯示器和VR眼鏡查看這類證據，會變得越來越常見，到時，Leo的表現就會令人格外印象深刻。他們可以帶領陪審團查看車輛內外部，重點關注相關部位。

“過去，我們必須把真車帶去法庭，陪審團出來查看，這一過程成本很高，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’帶去法庭，讓陪審團在虛擬世界中查看車輛?！?

使用Artec Studio的表面距離圖，檢查戰馬的損毀情況

那Carter是如何發現Artec Leo的呢？Carter上網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，他聯系了這家公司的三維掃描專家Bo Helmrich，他給Carter發送了一次Artec Leo的掃描視頻，以及汽車掃描的樣本數據。

為了直觀地說明Leo如何高效地滿足他們的需求，Helmrich在演示時，直接用Leo掃描了豐田漢蘭達的整個外觀，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。第一次見到Leo的掃描效果時，Carter感嘆道：

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

Carter繼續說道，“無論何種原因，一旦多邊形網格出錯、變形或發生扭曲，即便只是一點點，紋理再好也沒用。幸運的是，Leo在兩方面的表現都很出色。當時我們就發現了，之后每一次項目中，也同樣如此?！?

Leo操作培訓：從開箱到著手掃描，僅需短短幾分鐘

Carter及其團隊買完Leo后，安排了遠程培訓，學習如何掃描儀和Artec Studio軟件。對于這段經歷，Rothwell評論道：

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

他解釋道，“我發現，把大項目拆成幾個小部分以后，就容易很多，也就是說，把一輛車分為幾個部分掃描，最后在Artec Studio中一個個加載?，F在，我們每次都能得到精準效果，且質量穩定?！?

當問及Leo是否為他們的工作帶來不同時，Rothwell說道，“還沒有Leo的日子和現在簡直不能比?！?

法醫技術員Kyle Rothwell使用Artec Leo掃描車輛

他繼續說道，“Leo直接帶我們達到了一個新高度。從操作過程來看，掃描期間可以得到反饋（實時查看數據），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再現經驗，因此他們經常接到相關任務，對事故中車輛的運動軌跡進行深入分析。另外，他們還經常分析車輛乘客受到的傷害。

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，經常找到Origin Forensics。他們能為客戶進行深入調查，提供詳細報告，咨詢時坦誠可靠，因此經常有回頭客，客戶還會口口相傳，介紹新客戶。

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——發現真相、使用先進科技真實再現證據，最后將他們的發現以清晰的形式呈現給客戶、法官、陪審團。

為完成使命，Leo不可或缺，Carter說道：“我想推動法醫事故再現領域向前發展，所以我必須始終關注技術，為客戶帶來出色的服務和解決方案。我選擇Artec Leo，因為它擁有其他產品無法比擬的獨特優勢?！?