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3D掃描儀
挑戰(zhàn)：為事故再現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，但現(xiàn)在，通過專業(yè)無線手持式三維掃描儀，不到一小時，即可如實呈現(xiàn)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(yī)事故再現(xiàn)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(fā)時，每位乘客都系安全帶了嗎？汽車的安全防護系統(tǒng)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(xiàn)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(jiān)控錄像、事故資料記錄器（EDR，汽車上的“黑匣子”）提供的現(xiàn)場圖片和視頻。
這些資料提供了事發(fā)前幾秒內和事發(fā)過程中的大量細節(jié)：剎車使用情況、油門狀態(tài)、方向盤角度、橫向加速度、縱向加速度、滾轉率、發(fā)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(jīng)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(zhàn)馬數(shù)據(jù)截圖
過去，為了為事故車輛復制完全一樣的數(shù)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(jié)。
這種方式已經(jīng)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(jié)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(jié)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(yī)技術員Kyle Rothwell用Artec Leo掃描事故損毀的2014 道奇戰(zhàn)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(jié)省下的時間，都能為他們爭取到更多寶貴時間，確保勘查工作完整到位。
“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(yōu)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(shù)據(jù)，這點十分重要，即便過去采集過程耗時很久也是如此?，F(xiàn)在，有了Leo，我們可以很快完成車輛的數(shù)字采集。還能通過設備后部的觸摸屏，查看3D網(wǎng)格、紋理效果，在離開前確保已收集全部數(shù)據(jù)，”Carter說道。
“如果有部分數(shù)據(jù)缺失，或者沒有采集到我需要的細節(jié)，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(shù)據(jù)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(jié)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(xiàn)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(jù)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(shù)據(jù)，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。看起來和原車一模一樣，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(jié)逼真的掃描?！霸贏rtec Studio中瀏覽Leo掃描時，感覺就像在勘察現(xiàn)場一樣真實。我們可以從各個角度查找證據(jù)，并精確測量，”Carter說道。
在Artec Studio下檢查車損情況
Carter介紹了Leo數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jù)吸收的能量估計速度變化（delta-V），并根據(jù)其他充分證據(jù)，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(xié)助乘客傷勢評估專家，也能協(xié)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(shù)據(jù)用于生物力學損傷分析。在這項工作中，Carter及其團隊會根據(jù)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(zhàn)馬
與客戶前期協(xié)商中，無論是面對面還是網(wǎng)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(jié)。
使用Artec Studio中的表面距離映射功能查看戰(zhàn)馬的變形程度
Carter解釋道，“利用這樣一個細節(jié)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(xiàn)拍攝時的固定角度。客戶常常會對車輛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(xiàn)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(xié)商后，對方可能需要一份書面報告，用于取證或審判環(huán)節(jié)。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(huán)節(jié)。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(yī)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(zhàn)馬的Leo掃描
“然后，清理雜亂的幾何數(shù)據(jù)，比如玻璃片、泥土、瀝青等。原始數(shù)據(jù)配準后、對齊、清理后，調整數(shù)據(jù)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(xù)補充道，“隨后進行尖銳融合、快速網(wǎng)格簡化。對車而言，200-500萬個三角形的網(wǎng)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(jié)。然后模型即可導出，支持OBJ格式和.PNG紋理?！?
車輛3D數(shù)據(jù)模型：出于藍而勝于藍
盡管Carter及其團隊處理的大多數(shù)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(xiàn)夢想：向陪審團展現(xiàn)車輛逼真的虛擬數(shù)字模型。
“數(shù)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(jù)都是事故現(xiàn)場搜集的，和勘查現(xiàn)場看到的情況一模一樣，”Carter說道。
準備在Artec Studio中對比：合并戰(zhàn)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(jù)，會變得越來越常見，到時，Leo的表現(xiàn)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(shù)據(jù)，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(zhàn)馬的損毀情況
那Carter是如何發(fā)現(xiàn)Artec Leo的呢？Carter上網(wǎng)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(lián)系了這家公司的三維掃描專家Bo Helmrich，他給Carter發(fā)送了一次Artec Leo的掃描視頻，以及汽車掃描的樣本數(shù)據(jù)。
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(shù)據(jù)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(jié)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(shù)據(jù)質量不高，紋理質量也不會好到哪去。紋理和3D數(shù)據(jù)是相輔相成的?！?
Carter繼續(xù)說道，“無論何種原因，一旦多邊形網(wǎng)格出錯、變形或發(fā)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(xiàn)都很出色。當時我們就發(fā)現(xiàn)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(jīng)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(jié)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(fā)現(xiàn)，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。現(xiàn)在，我們每次都能得到精準效果，且質量穩(wěn)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(xiàn)在簡直不能比?！?
法醫(yī)技術員Kyle Rothwell使用Artec Leo掃描車輛
他繼續(xù)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(shù)據(jù)），還能捕獲精密細節(jié)，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(xiàn)場再現(xiàn)經(jīng)驗，因此他們經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(fā)現(xiàn)真相、使用先進科技真實再現(xiàn)證據(jù)，最后將他們的發(fā)現(xiàn)以清晰的形式呈現(xiàn)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(yī)事故再現(xiàn)領域向前發(fā)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(chǎn)品無法比擬的獨特優(yōu)勢。”
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