挑戰(zhàn)：對(duì)比便攜式三維掃描儀和攝影測(cè)量技術(shù)記錄土壤和沙地鞋印時(shí)的準(zhǔn)確性，同時(shí)，探討三維掃描是否可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)鞋印鑄模法，用于犯罪現(xiàn)場(chǎng)。
解決方案：Artec Space Spider, Artec Studio
效果：不到一分鐘，Artec Space Spider就在犯罪現(xiàn)場(chǎng)完成了立體鞋印的記錄，精度水平高。和鞋印鑄模法不同，這些3D“數(shù)字鑄模”牢不可破，便于運(yùn)輸與儲(chǔ)存，多年后依然可以使用。
為何選擇Artec 3D？現(xiàn)在，鞋印能以亞毫米級(jí)彩色3D形式被保存下來，無需再使用臟亂、復(fù)雜、漫長(zhǎng)（24-48小時(shí)干燥時(shí)間）的鑄模流程了。有了Space Spider，非專業(yè)人士也能順利采集鞋印，還能在現(xiàn)場(chǎng)與其他法證團(tuán)隊(duì)分享掃描結(jié)果。
除了DNA，指紋和鞋印是另外兩種可以鎖定嫌疑人的常見證據(jù)。但由于犯罪劇和犯罪調(diào)查紀(jì)錄片熱度上升，很多犯罪分子變得越發(fā)狡猾，他們戴上面具遮擋面部，還戴上手套避免留下指紋。
但很少有犯罪分子會(huì)想要掩蓋自己的鞋印。因此，犯罪現(xiàn)場(chǎng)幾乎滿是鞋印，可以用來鎖定犯罪嫌疑人。
如果記錄、采集得當(dāng)，這類證據(jù)可以提供除嫌疑人身份之外的海量細(xì)節(jié)，還有可能重建部分犯罪過程：鞋子的類型、牌子、尺寸和具體型號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)的嫌疑人數(shù)量，他們進(jìn)出這片區(qū)域的路徑，甚至還能推測(cè)出事件發(fā)生的順序。
從采集到對(duì)比
鞋印采集完后，無論是否完整，都可以通過可搜索的數(shù)據(jù)庫，如SICAR、國(guó)家鞋履參考數(shù)據(jù)庫（NFRC）、EverASM和SoleMate FPX，和幾千雙鞋進(jìn)行對(duì)比。
找到匹配的鞋子后，調(diào)查人員就能看到鞋子的全部品類特征，也就是商標(biāo)、設(shè)計(jì)、鞋底圖案這些生產(chǎn)制造留下的特征。
另一方面，還有一些“個(gè)性化”或“隨機(jī)”特征，不會(huì)在上述數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫@類特征都是長(zhǎng)期磨損或意外改變?cè)斐傻摹＿@些特征讓每一只鞋都與眾不同。
這些特征包括刮痕、劃痕、切口、洞、擦傷、小石子，還有卡在鞋底紋路中的其他東西。這些特征對(duì)于鎖定犯罪現(xiàn)場(chǎng)的嫌疑人來說，十分關(guān)鍵，因?yàn)樵诜缸铿F(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)有一處或多處相同隨機(jī)特征的鞋印的概率小得驚人。
法證專家正在對(duì)比鞋印照片和鞋子
根據(jù)聯(lián)邦調(diào)查局的數(shù)據(jù)，一只美制鞋碼8.5的鞋子外底表面積約為16000平方毫米。如果鞋子上有一個(gè)一毫米的隨機(jī)特征，無論是切口、石子還是刮痕，在另一只鞋的同一位置出現(xiàn)的概率只有16000分之一。
這還沒有考慮到鞋的尺寸和鞋底設(shè)計(jì)，以及隨機(jī)特征的朝向、形狀和大小。
如果說兩只鞋在同一位置有兩三處相同的隨機(jī)特征，那么這種概率又急劇下降：兩處特征相同的概率是127992000分之一，三處特征相同的概率小到只有6830億分之一。
通過鞋印鎖定鞋與嫌疑人
為了解這些鞋印是如何用于實(shí)際犯罪調(diào)查的，我們假設(shè)鞋履調(diào)查員通過可搜索數(shù)據(jù)庫，確定一個(gè)殺人嫌犯當(dāng)時(shí)穿著一雙15碼的耐克Air Jordan XXXVI。
調(diào)查員可以縮小搜索范圍，搜尋鞋主，但只有通過隨機(jī)特征，找到和犯罪現(xiàn)場(chǎng)鞋印吻合的鞋，才算確定了嫌疑人身份，這類隨機(jī)特征就好比鞋子的“指紋”。
不幸的是，盡管鞋印對(duì)調(diào)查而言很重要，但鞋印是犯罪現(xiàn)場(chǎng)附近脆弱的證據(jù)。所以，必須立即記錄采集，特別是如果它們暴露在外，容易受自然因素的影響，更不用說容易被路人和急救人員污染。
法證攝影與鑄模：傳統(tǒng)記錄和采集方法
多年來，拍攝高質(zhì)量彩色照片記錄鞋印的方式如今已進(jìn)一步優(yōu)化：相機(jī)必須小心翼翼地放在三腳架上，膠片與鞋印平行，好讓每張照片和鞋印底部的比例尺完全一致。
在證據(jù)采集階段，堅(jiān)硬、平坦表面留下的平面鞋印，無論潛在還是顯化，都需要用靜電、膠粘劑或明膠才能提取。
待法證記錄的平面鞋印
在沙子或土壤等柔軟、不均勻質(zhì)地中形成的立體鞋印，由于深度原因，需要用硅或石膏基的鑄模方案，例如牙科人造石，幾十年來一直是首選材料。
鞋印證據(jù)鑄造方式的掙扎
鑄模方式的一個(gè)明顯弊端就是這是一個(gè)需要大量接觸且具破壞性的過程，也就是說，他們只有一次機(jī)會(huì)，一旦鞋印遭到破壞，就不能再作為證據(jù)使用了。
鑄造材料一旦混合完成，就必須按合理的速度均勻倒入模具中。否則，傾倒的沖擊力在鑄模還沒變硬前，就會(huì)輕易破壞模具。成功與否，很大程度上，取決于犯罪現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的能力。
還有其他可能出現(xiàn)的問題，包括混合比例不對(duì)，或者混合材料中混入空氣，從調(diào)查角度而言，這都可能導(dǎo)致最后鑄件無效，因?yàn)樽詈蟮挠不T件可能出現(xiàn)縫隙。
這種方式還有一個(gè)弊端，就是鑄模材料可能粘上石子、石頭、泥土、草、樹枝等碎片，并最終成為鑄件的一部分。但是，在取出這些異物前，必須先等材料硬化，否則，鑄模會(huì)遭到嚴(yán)重破壞。
犯罪現(xiàn)場(chǎng)制作的立體鞋印鑄模（牙科人造石）
在犯罪現(xiàn)場(chǎng)，鑄模固化時(shí)間需要45分鐘到1小時(shí)。然后才能安全地將其運(yùn)走并儲(chǔ)存起來，再過24-48小時(shí)，才能完全硬化，然后根據(jù)需要清理碎片。
如果需要在雪地里采集立體鞋印，就需要采取另一套方法，因?yàn)槭嗷T模干燥的同時(shí)會(huì)釋放熱量，足以融化雪。
為防止這種情況的發(fā)生，可以將Snow Print Wax®這種雪蠟噴涂在雪地中的鞋印上，但同時(shí)，又不能噴涂太近或太多，否則都有可能讓原始圖案變形。噴霧干燥后，就能把鑄模材料小心翼翼地倒到鞋印上。
雪地中的鞋印
只有當(dāng)鑄模完全干燥后，才能處理并用于調(diào)查。鑄模將作為證據(jù)使用，無論是近期的審判還是未來重審，因此還需考慮鑄模龐大的尺寸和重量，特別是掉落或處理不當(dāng)，鑄模很容易破碎。
三維掃描——輕松簡(jiǎn)單、非破壞性證據(jù)采集
一個(gè)多世紀(jì)前，法證學(xué)之父Edmond Locard曾表示“任何接觸都會(huì)留下痕跡”，可能他也暗指證據(jù)采集的方式，這種方式即便不會(huì)完全摧毀證據(jù)，也會(huì)多少造成一些改變。
如今，越來越多的執(zhí)法部門和調(diào)查人員開始采用三維掃描儀來完成證據(jù)的記錄和采集，包括鞋印。從本質(zhì)來看，三維掃描儀無需接觸，無破壞力，使之成為掃描任務(wù)的理想之選。掃描過程輕松安全，沒有任何損害證據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)。
不同于過去，鑄模干燥需要等上幾個(gè)小時(shí)，現(xiàn)在掃描儀制成的3D模型可以在采集后幾分鐘內(nèi)立刻在犯罪現(xiàn)場(chǎng)呈現(xiàn)出來，還能和其他地點(diǎn)、城市、省份等地的調(diào)查人員、技術(shù)人員與機(jī)構(gòu)共享。
有些三維掃描儀還能用于雪地鞋印的采集，請(qǐng)看下方埃太科金牌授權(quán)合作商Patrick Thorn提供的兩張截圖。這是Artec Leo在英格蘭雪地掃描靴子鞋印一分鐘后的效果。
Artec Studio截圖：Leo掃描的雪地鞋印。供圖：Patrick Thorn
如前所述，即便在鑄模過程中噴涂特殊噴霧避免損壞，許多法證團(tuán)隊(duì)很難在調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)獲得這些工具，或者實(shí)在沒有時(shí)間等上24-48小時(shí)。
Artec Studio截圖：Leo掃描的雪地鞋?。◣Ъy理）。供圖：Patrick Thorn
衡量證據(jù)：對(duì)比三維掃描與攝影測(cè)量、鑄模法
最近，有一項(xiàng)研究深入探討了是否可以用三維掃描來代替鑄造鞋印法，同時(shí)，對(duì)比了掃描效果同現(xiàn)代數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量法的效果。
這項(xiàng)名為“使用便攜式三維掃描技術(shù)恢復(fù)鞋印證據(jù)”的研究由安大略理工大學(xué)法證科學(xué)研究員/學(xué)生Julia Harvey負(fù)責(zé)，這是她的學(xué)士榮譽(yù)研究論文，以攻讀法證科學(xué)教育項(xiàng)目認(rèn)證委員會(huì)（FEPAC）認(rèn)證的法證學(xué)士學(xué)位。
Harvey與ai2-3D Forensics專業(yè)工程師Eugene Liscio、安大略理工大學(xué)博士Theresa Stotesbury、當(dāng)?shù)鼐趾献鳎瓿闪怂难芯磕繕?biāo)。這項(xiàng)研究離不開一款手持式專業(yè)三維掃描儀Artec Space Spider，多年來，和Artec
Studio軟件一道，受到法醫(yī)、古生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域的青睞。
法證研究員Julia Harvey借助Artec Space Spider記錄立體鞋印。供圖：ai2-3D Forensics專業(yè)工程師Eugene Liscio
Space Spider每秒可采集多達(dá)100萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，精度高達(dá)0.05毫米（相當(dāng)于人類頭發(fā)的寬度），讓用戶能夠在短短一分鐘內(nèi)采集復(fù)雜的鞋印，還不需要標(biāo)記點(diǎn)等記號(hào)。
一步一步，推進(jìn)研究
在研究關(guān)鍵階段，Harvey制作了兩種不同基質(zhì)中（土壤和沙子）的四個(gè)獨(dú)立鞋?。ㄑプ雍瓦\(yùn)動(dòng)鞋），并在CloudCompare中進(jìn)行距離計(jì)算，來確定Space Spider掃描與攝影測(cè)量法制作的3D模型的精度。攝影測(cè)量法使用了尼康24.1 MP D7100單反相機(jī)。
3D證據(jù)躍然眼前：法證研究員Julia Harvey用Artec Space Spider記錄立體鞋印。供圖：ai2-3D Forensics專業(yè)工程師Eugene Liscio
研究結(jié)論如下：以三腳架三維掃描儀制作的高分辨率3D模型作為基準(zhǔn)，距離計(jì)算表明，97%的Artec Space Spider點(diǎn)云絕對(duì)距離小于等于0.492毫米，97%的攝影測(cè)量點(diǎn)絕對(duì)距離小于等于0.512毫米。
熱圖對(duì)比顯示Space Spider（上）的精度顯著高于攝影測(cè)量法（下）記錄的立體鞋印。供圖：ai2-3D Forensics專業(yè)工程師Eugene Liscio
Harvey說道：“就像我們的研究結(jié)論所顯示，在犯罪現(xiàn)場(chǎng)采集鞋印證據(jù)時(shí)，完全可以用Artec Space Spider這類便攜式三維掃描儀來取代鑄模法。三維掃描的效果類似平面圖，但有一個(gè)好處就是可以從各個(gè)角度近距離查看所有細(xì)節(jié)。”
但這不代表任何三維掃描儀都能滿足要求。通常，專業(yè)三維掃描儀要比低成本產(chǎn)品的精度高，噪點(diǎn)低。Harvey的研究結(jié)論表明，如果掃描噪點(diǎn)過多，就必須進(jìn)行二次掃描，那么，證據(jù)復(fù)原時(shí)間就會(huì)成倍增加。
Artec Studio截圖：Space Spider掃描的靴子鞋印。供圖：ai2-3D Forensics專業(yè)工程師Eugene Liscio
此外，對(duì)于大部分三維掃描而言，由于反光或其他原因，土壤、泥土等不同基質(zhì)上的鞋印都很難采集。所以在用于犯罪現(xiàn)場(chǎng)前，需要先測(cè)試這些場(chǎng)景，確保所選設(shè)備可以采集鞋印，包括所有關(guān)鍵的細(xì)微特征和隨機(jī)特征。
Artec Studio截圖：Space Spider掃描的靴子鞋?。y理已去除）。供圖：ai2-3D Forensics專業(yè)工程師Eugene Liscio
除了對(duì)比三維掃描和攝影測(cè)量法的精度，對(duì)法證專家與機(jī)構(gòu)而言，還有以下幾項(xiàng)好處：
·
采集速度（每個(gè)鞋印不到一分鐘）；
·
能在犯罪現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析（外底和隨機(jī)特征之間的距離計(jì)算）；
·
各部門、各機(jī)構(gòu)間輕松保存、分享3D數(shù)據(jù)；
·
能3D打印出逼真紋理，用于法庭或調(diào)查需要。
3D打印的等比例鞋印模型，用于展示。供圖：ai2-3D Forensics專業(yè)工程師Eugene Liscio
Harvey希望未來的研究可以關(guān)注不完整鞋印的采集，以及不同基質(zhì)、不同天氣下的采集效果。將已知鞋印和未知鞋印進(jìn)行3D對(duì)比，對(duì)執(zhí)法機(jī)構(gòu)而言也很有幫助。
Harvey表示：“除了犯罪現(xiàn)場(chǎng)采集鞋印外，專業(yè)三維掃描儀能實(shí)現(xiàn)的還有很多——記錄血跡圖案、彈孔、人體和遺體、武器、工具等各類物體，甚至整個(gè)犯罪現(xiàn)場(chǎng)。我相信，三維掃描在法證等領(lǐng)域的本領(lǐng)只露出了冰山一角。”
語言選擇
瀏覽量：639
