Skanowanie 3D w śniegu

SMARTTECH – czołowy, polski producent skanerów 3D, często podejmuje się realizacji nietypowych projektów lub zleceń. Jednym z najbardziej widowiskowych (choć niekoniecznie trudnych), było zeskanowanie Roberta Lewandowskiego, którego trzymetrową figurę wydrukował wspólnie z partnerami FabLab Kielce (obecnie SIT Polska), bijąc w ten sposób rekord Guinessa w kategorii najwyższej rzeźby wydrukowanej w technologii druku 3D. Niniejszy projekt nie jest tak spektakularny, ale z pewnością równie nietypowy. Na początku bieżącego roku SMARTTECH skanował… ślady butów w śniegu!

Projekt miał na celu sprawdzić, na ile metoda skanowania 3D może sprawdzić się w kryminalistyce – a konkretnie w traseologii, czyli metodzie ustalania osób lub pojazdów na podstawie śladów pozostawionych na miejscu zdarzenia. Tradycyjna metoda ich pobierania jest oparta o zalewanie odcisków gipsem lub masą silikonową i tworzenie w ten sposób odlewów śladów podeszwy buta lub opony samochodowej. O ile w przypadku twardego podłoża nie ma z tym najmniejszych problemów, komplikacje pojawiają się w przypadku podłoży miękkich jak błoto, suchy piasek lub śnieg.

W takich przypadkach używa się podgrzanej siarki – wylana na śnieg błyskawicznie krystalizuje się i twardnieje do formy odlewu. Niestety z uwagi na specyfikę podłoża, na którym odciśnięty jest ślad, istnieje ryzyko jego uszkodzenia lub zdeformowania. Alternatywą jest zrobienie zdjęcia, jednakże nie można liczyć tu na zachowanie wszystkich istotnych informacji, jak głębokość, czy odchylenia.

Rozwiązaniem jest technologia skanowania 3D – za pomocą skanera 3D można odtworzyć w formie cyfrowej pełną geometrię odciśniętego śladu bez ryzyka jego uszkodzenia. SMARTTECH postanowił przechwycić geometrię odcisku buta w śniegu, wykorzystując do tego urządzenie własnej produkcji – MICRON3D green 10Mpix wyposażone w autorskie oprogramowanie SMARTTECH3Dmeasure v2017.

MICRON3D green 10Mpix posiada objętość pomiarową na poziomie 300 x 400 x 300 mm i dokładność 0,041 mm. Za pomocą pojedynczego skanu 3D można zeskanować powierzchnię równą 30 x 40 cm o głębokości do 30 cm. Urządzenie wykorzystuje zielone światło LED, które posiada o ok. 30% większą dokładnością niż alternatywne metody skanowania 3D wykorzystujące do pomiaru światło białe.

Badanie przeprowadzono w styczniu br. w temperaturze -3°C. Prace rozpoczęto od pokrycia śniegu z odciśniętym śladem cienką warstwą suchego pudru, w celu wyeliminowania odbić światła i umożliwiając poprawną pracę optycznego urządzenia pomiarowego. Z uwagi na specyfikę skanowanego obiektu, wykorzystano metodę pojedynczych pomiarów. Wykonano ich łącznie sześć, okalając urządzeniem skanowany obiekt.

Aby móc pozyskać kompleksowy model 3D śladu, pojedyncze pomiary z różnych stron połączono ze sobą metodą „na trzy punkty”. Polega ona na zaznaczaniu wspólnych miejsc dla każdych dwóch pomiarów, łącząc je w jedną całość. W trakcie skanowania głowica urządzenia wyświetla proste prążki na obiekcie, które zakrzywiają się względem skanowanego kształtu. Zakrzywione prążki są następnie odczytywane przez detektor zainstalowany w głowicy skanera 3D. Po dokonaniu zaznaczenia, dane są przesyłane do oprogramowania, dostarczając wynik pomiaru w postaci chmury mogącej zawierać nawet do 10 milionów punktów o współrzędnych XYZ. Daje to możliwość niezwykle szczegółowego odwzorowania odcisku w postaci modelu 3D.

Obróbka cyfrowego modelu 3D śladu została wykonana w oprogramowaniu sterującym SMARTTECH3Dmeasure v2017, gdzie podczas edycji chmur punktów usunięto tzw. szumy, czyli niepotrzebne części skanów 3D i/lub zakłócenia wywołane przez zewnętrzne źródła światła. Finalnym efektem pracy była siatka trójkątów odzwierciedlająca pełną i dokładną geometrię zeskanowanej powierzchni. Na jej podstawie wykonano w programie Geomagic Control analizę porównawczą pomiędzy skanem 3D śladu na śniegu a modelem podeszwy.

W ten sposób stworzono kolorową mapę odchyłek, która bardzo dokładnie demonstruje różnice, pozwalając jednocześnie wykonać pełną analizę 2D na wybranym przekroju. Analiza danych wykazała, że zeskanowana w okolicach palców powierzchnia pokrywa się z modelem podeszwy. Rozbieżności pojawiły się w pobliżu pięt, co wynika z faktu, że siła, z jaką człowiek staje nigdy nie rozkłada się równomiernie podczas chodzenia i doprowadza to do deformacji odkształceń w podłożu – w tym przypadku w śniegu.

Na sam koniec model został wydrukowany w pełnym kolorze na drukarce 3D Systems ProJet 660 Pro. Za wydruk odpowiadał dystrybutor tych maszyn w Polsce – Canon.

Powyższe case study pokazuje, że skanery 3D i drukarki 3D potrafią nie tylko wspomóc działania kryminologów, ale są jednocześnie jednymi z najlepszych narzędzi do odwzorowywania śladów oraz ich cyfrowej i przedmiotowej archiwizacji. W przeciwieństwie do bardziej tradycyjnych metod archiwizacyjnych, skaner 3D pracuje bezinwazyjnie, nie narażając śladów na zniszczenie, a zarazem jest dużo dokładniejszy, potrafiąc przechwycić nawet najdrobniejsze szczegóły badanego obiektu.

Dodatkowo wykonane skany 3D mogą w postaci modelu cyfrowego trafić do bazy danych i być porównywane z innym śladami na całym świecie – nawet jeśli miejsce zbrodni nie jest już dostępne. Jeśli natomiast potrzebny jest odcisk w formie fizycznej, to wydrukowanie go w 3D za pośrednictwem drukarki 3D na podstawie przygotowanego wcześniej modelu zapewnia nie tylko zachowanie śladu o precyzji przewyższającej tradycyjne metody, ale umożliwia też kopiowanie bez narażenia samego śladu na zniszczenie.

Źródło: www.3dwpraktyce.pl