Возможности создания трехмерных виртуальных копий объектов и последующая экспертная работа с ними

В течение последнего десятилетия в отечественной судебной медицине началась работа с трехмерными моделями объектов, в основном в рамках проведения различных видов идентификационных исследований (личности, травмирующего предмета и т.д.) и ситуационных экспертиз. За границей подобная работа ведется уже довольно давно и успешно [5–7]. Существует 2 основных направления создания трехмерных виртуальных копий объектов: 3D-сканирование и создание трехмерных моделей из двухмерных – фотографий и кадров видеозаписи. 3D-cканеры воспроизводят поверхность объекта путем его сканирования при помощи аппаратного обеспечения (сканера) с последующим наложением текстур в специализированных компьютерных программах и созданием полноценной трехмерной модели объекта [1, 4]. Создание трехмерных объектов на базе фотографий и кадров видеозаписи возможно осуществлять с использованием цифрового фотоаппарата и программного обеспечения для обработки исходной информации (в рамках судебно-медицинских экспертиз опробованы компьютерные программы Agisoft PhotoScan и ContextCapture).

Имея определенный опыт работы с данными программами, мы можем сформулировать их преимущества по сравнению с 3D-сканированием:

• возможность осуществлять работу, имея в распоряжении только цифровой фотоаппарат и компьютер с программным обеспечением. Нет необходимости использования специального оборудования и дополнительных программноаппаратных комплексов, освещения и т.д.;
• построение моделей любых исследуемых объектов, в то время как 3Dсканирование ограничено расстоянием сканирования и размером объектов. Один и тот же сканер не может быть использован и для построения модели как небольшого отдельно расположенного объекта (например черепа, трупа), и для сканирования обстановки на месте происшествия;
• из вышеуказанного пункта вытекает еще одно преимущество: для полноценной работы необходимо иметь несколько сканеров, но в настоящее время их цена достаточно высока и намного превышает стоимость программного обеспечения, создающего трехмерные виртуальные копии объектов на базе цифровых фотографий.

В связи с изложенным нами было отдано предпочтение второму методу. В результате проведенной исследовательской работы были определены перспективные направления, где могут быть использованы трехмерные модели в судебной медицине.

1. Архивация данных. В процессе создания моделей мы убедились в их достаточном качестве, а также соответствии размерных характеристик моделей оригиналу с погрешностью не более 5 % (рис. 1). Создаваемые модели занимают небольшой объем электронной памяти (порядка нескольких мегабайт) и могут храниться в виде электронных файлов на различных носителях информации, работа с ними может быть возобновлена в любой момент. В настоящее время подобная система хранения информации уже существует в отделениях и центрах компьютерной и магнитно-резонансной томографии медицинских учреждений.

   

   Рис. 1. Трехмерные модели объектов: слева – модель головы трупа с повреждениями; справа – модель кости с осколочным ранением

2. Передача моделей на расстояние посредством электронной почты и возможность проведения консультативных видеоконференций, демонстрации объекта онлайн большому количеству специалистов.
3. Четкая и достоверная фиксация обстановки на месте происшествия с возможностью последующего проведения измерений, создание схем или частей помещения. Ни одна, даже самая качественная, панорамная съемка не дает четкого представления о месте происшествия, а метод видеосъемки места происшествия с применением сверхширокоугольного объектива (используемый следственными органами в ходе осмотра места происшествия) не дает возможности реально оценить размеры объектов обстановки. Всё это решается с помощью создания масштабной трехмерной модели места происшествия. Синхронизация программного обеспечения с беспилотными летательными аппаратами расширяет возможности и границы осмотра места происшествия, каким теперь может быть большая территория (например, в случае артиллерийского обстрела) либо труднодоступная местность, а также крупные объекты (например, поврежденные здания, крупная военная техника) (рис. 2).

   

   Рис. 2. Трехмерная модель автомобилей, съемка с беспилотного летательного аппарата: слева – «Урал», вид справа и сверху; справа – «Камаз», вид слева и сверху

4. С использованием созданных виртуальных копий черепа в настоящее время модернизирована методика краниофациальной идентификации, для которой теперь не требуется сложного программно-аппаратного комплекса и значительного количества времени. Создание трехмерных моделей объектов в рамках медико-криминалистических исследований (огнестрельных, колото-резаных повреждений костей, кожного покрова, вдавленных и дырчатых переломов и т.д.), а также вероятных травмирующих предметов, предоставляемых на экспертизу следственными органами, позволит проводить идентификацию объектов и особенностей нанесения повреждений в среде графического редактора.
5. Созданные трехмерные виртуальные копии объектов возможно использовать в последующей работе, сохранив их в наиболее распространенном формате графических трехмерных файлов OBJ. Впоследствии данные файлы возможно помещать в графическое пространство редактора, осуществляющего работу с трехмерными объектами (например, 3ds Max, 3D Builder, Adobe Photoshop и т.п.), работа в которых уже неоднократно проводилась в рамках ситуационных экспертиз в судебной медицине для масштабной графической реконструкции условий и обстоятельств происшествия [2, 3]. В окружающую обстановку возможно поместить виртуальную копию абсолютно любого объекта, будь то голова человека, следовоспринимающая поверхность со всеми особенностями морфологии, либо травмирующий предмет. Всё это позволяет проводить «виртуальный экспертный эксперимент», находясь у экрана монитора, а также решать экспертные задачи при сложных условиях моделирования.

Универсальность методов создания трехмерных виртуальных копий объектов, возможность работы с ними практически в любой области судебной медицины значительно расширяет возможности исследований, повышает объективность и наглядность проводимых судебно-медицинских экспертиз.

Список литературы

1. Ерофеев, С.В. О технологиях анализа изображений как средствах повышения объективности и достоверности судебно-медицинских экспертиз / С.В. Ерофеев, Ю.Ю. Шишкин, А.С. Федорова // Судеб. медицина. – 2017. – Т. 3, № 2. – С. 17–23.
2. Леонов, С.В. Особенности краевого наезда на пешехода автомобилем, двигающимся задним ходом / С.В. Леонов, П.В. Пинчук, Ю.П. Шакирьянова // Судеб.-мед. экспертиза. – 2017. – № 1. – С. 15–18.
3. Леонов, С.В. Установление места положения стрелявшего методом трехмерного моделирования / С.В. Леонов, П.В. Пинчук // Судеб.-мед. экспертиза. – 2016. – № 3. – С. 38–39.
4. Потанькина, Т.В. Применение 3D-сканирования и моделирования для установления механизма образования повреждений шеи / Т.В. Потанькина, А.С. Федорова, Ю.Ю. Шишкин // Актуальные вопросы судебной медицины и экспертной практики-2017 : материалы междунар. конгр. и науч.-практ. шк., 12–14 апр. 2017 г., г. Москва. – М., 2017. – Т. 3. – С. 115–116.
5. Accident or homicide – virtual crime scene reconstruction using 3D methods / U. Buck, S. Naether, B. Räss et al. // Forensic Sci Int. – 2013. – № 10 (225). – Р. 75–84.
6. Analysis of patterned injury-causing instruments with forensic 3D/CAD supported photogrammetry (FPHG): an instruction manual for documentation process / W. Brüschweiler, M. Braun, R. Dirhofer, M.J. Thali / Forensic Sci Int. – 2003. – № 132 (2). – P. 130–138.
7. Bite mark documentation and analysis: the forensic 3D/CAD supported photogrammetry approach / M.J. Thali, M. Braun, T.H. Markwalder et al. // Forensic Sci Int. – 2003. – № 135 (2). – Р. 115–121.