CC BY
46
Научная статья УДК 343.983.25
https://doi.org/10.24412/2414-3995-2022-3-41-45 NIION: 2015-0066-3/22-327 MOSURED: 77/27-011-2022-03-526
Возможности портативных триангуляционных 3Д сканеров в трасологических исследованиях
Михаил Вячеславович Беляев
Московский университет МВД России имени В.Я. Кикотя, Москва, Россия, [email protected]
Аннотация. Статья посвящена современному способу анализа трасологических объектов исследования, а именно 3Д сканирование. Проведен анализ конструктивных характеристик сканеров и их классификация. Проведена серия экспериментов по фиксации следов обуви и орудий взлома тремя портативными сканерами зарубежного и российского производства с различными параметрами разрешения от 0,25 мм до 0,05 мм. Проанализированы результаты экспериментальной работы по различным основаниям, в том числе по возможности программного обеспечения, рекомендованного производителями. Изложены рекомендации по практическому использованию технологии 3Д сканирования.
Ключевые слова: технология 3Д сканирования, триангуляционные портативные сканеры, сканер «Scanform HR12L5» с разрешением 0,25 мм, сканер «Calibry Mini» с разрешением 0,1 мм, сканер «Scantech AXE-B17» с разрешением 0,05 м, универсальное программное обеспечение «Geomagic Design X», оригинальное программное обеспечение «Calibry Nest»
Для цитирования: Беляев М. В. Возможности портативных триангуляционных 3Д сканеров в трасологических исследованиях // Вестник экономической безопасности. 2022. № 3. С. 41-45. https://doi.org/10.24412/2414-3995-2022-3-41-45.
Original article
The possibilities of portable 3D triangulation scanners in tracological research
Mikhail V. Belyaev
Moscow University of the Ministry of Internal Affairs of Russia named after V.Ya. Kikot', Moscow, Russia,
Abstract. The article is devoted to the modern method of analyzing the tracological objects of research, namely 3D scanning. The analysis of the design characteristics of scanners is carried out. A series of experiments was carried out to fix traces of shoes and burglary tools with three portable scanners of foreign and domestic production with different resolution parameters from 0.25 mm to 0.05 mm. The results of experimental work on various grounds, including the capabilities of software recommended by manufacturers, are analyzed. Recommendations on the practical use of 3D scanning technology are presented.
Keywords: 3D scanning technology, triangulation portable scanners, scanners «Scanform HR12L5» with a resolution of 0.25 mm, scanners «Calibry Mini» with a resolution of 0.1 mm, scanner «Scantech AXE-B17» with a resolution of 0.05 m, universal software «Geomagic Design X», original software «Calibry Nest»
For citation: Belyaev M. V. The possibilities of portable 3D triangulation scanners in tracological research. Bulletin of economic security. 2022;(3):41-5. (In Russ.). https://doi.org/10.24412/2414-3995-2022-3-41-45.
На сегодняшний день 3Д технологии получили достаточно широкое распространение во многих отраслях промышленности. Использование данных технологий является одним из наиболее перспективных направлений совершенствования процесса работы
© Беляев М. В., 2022
отечественных предприятий, а также способов достижения научных целей.
Указанные технологии уже активно применяются в таких сферах как медицина, культура, строительство и легкая промышленность, так как обеспе-
ЮРИДИЧЕСКИЕ НАУКИ
чивают переход на качественно новый уровень при решении поставленных задач. Среди приведенного списка сфер деятельности на данный момент почти отсутствует судебная экспертная деятельность, однако, по нашему мнению, ситуацию возможно изменить.
Применение новых информационных технологий - основное направление развития последних лет в любой сфере исследовательской деятельности. В частности, использование технологий трехмерного сканирования - один из ярчайших примеров того, как современные разработки и оборудование могут существенно улучшать рабочий процесс в экспертной деятельности. В данной работе мы хотели бы уделить внимание возможностям современного 3Д сканирования, в целях их применения на месте происшествия для фиксации объектов и следов, а также их последующего применения в лабораторных условиях.
Непрерывно развивающийся научно-технический прогресс сопровождается постепенной компьютеризацией, подразумевает накопление информации об объектах судебной экспертизы преимущественно в цифровом формате. В связи с чем возникает необходимость ее быстрой обработки, с последующим решением все более сложных экспертных задач. При постоянном росте количества экспертиз это ведет к необходимости внедрения в экспертную практику новых технологий.
По нашему мнению, на сегодняшний день важным направлением является обнаружение фиксация, изъятие и исследовании объемных следов, таких как следы подошвы обуви, следы орудий взлома, а также следы ходовой части транспортных средств (следы протектора шин). Применение 3Д технологий сканирования в данном виде экспертной деятельности (трасологии) является важным решением, так как, во-первых, это хорошая альтернатива традиционно применяемым методам фиксации (фотографирование), во-вторых, возможность оптимизировать процесс ведения трасологических учетов вышеуказанных следов, сделать их более информативными и систематизированными.
Объемные следы несут в себе значительную информацию об обстоятельствах совершенного преступления, однако традиционные методы фиксации, изъятия и исследования, применяемые специалистами-криминалистами на местах происшествия и экспертами в лабораторных условиях, не всегда позволяют произвести необходимые действия без потери и видоизменения криминалистически значимых сведений (признаков).
Необходимо отметить, что технологии 3Д сканирования получили развитие в двух основных направлениях: создание крупногабаритных стационарных сканеров и портативных устройств. В связи с чем, не-
обходимо обозначить такую категорию в классификации 3Д сканеров:
1. Стационарные
2. Портативные (ручные)
Необходимо констатировать, что портативные триангуляционные 3Д сканеры, использующие лазер и текстурированный свет, в полной мере по своим функциональным возможностям подходят для фиксации всех трасологических следов на месте происшествия (как аналог узловой и детальной съемки).
Портативные триангуляционные 3Д сканеры являются приборами метрологического контроля, поэтому обладают высокой точностью измерений. Однако перед началом использования подлежат процессу калибровки.
Ручным ЗД-сканером проще манипулировать в сравнении со стационарным сканером, так как сканер удерживается в руке. Возможно легко сканировать отверстия или углубления, которые потребуют существенно больших усилий, чтобы попасть со всех сторон с помощью стационарного 3Д-сканера.
Для проверки предположения о целесообразности применения портативных 3Д сканеров нами выполнено экспериментальное сканирование трасоло-гических следов. За основу были взяты следы обуви (на двух видах грунта), статические следы орудия взлома на древесине (с естественной и темной окрашенной текстурой), динамические следы орудия взлома (на металлической и полимерной темной пластинах), маркировочные обозначения на фрагменте металла. Изучением технических характеристик ЗД сканеров, предлагаемых в настоящее время на рынке, позволило нам определиться с конкретными моделями. Таковыми моделями по нашему мнению являются:
- сканер «Scanform HR12L5» - разрешение до 0,25 мм;
- сканер «Calibry Mini» - разрешение до 0,1 мм;
- сканер «Scantech AXE-B17» до 0,05 мм.
Стоит обратить внимание, что первые две модели
являются разработкой Российских производителей от компаний «Scanform» и «Thor3D». Последний вышеуказанный сканер китайского производителя.
Следует отметить, что согласно требованием в Российской Федерации все измерительные технические средства (оборудование) и программное обеспечение для него, должно содержаться в «госреестре» средств измерений. Это возможно проверить на сайте «Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии» (Росстандарт)1. Данное требование согласно ФЗ № 102 от 26.06.2008 года «Об обеспечении единства измерений» в полной мере касается 3Д сканеров.
1 https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/4.
Анализ полученных экспериментальных моделей следов позволил определить ряд достоинств и недостатков. Стоит обратить внимание, что анализу подверглось и программное обеспечение сканеров. «Scanform HR12L5» - не имеет своего собственного программного обеспечения (далее - ПО), в связи с чем производителем рекомендовано пользоваться общедоступным ПО в этой области - «Geomagic Design X». В сканерах «Calibry Mini» и «Scantech AXE-B17» имеется ПО собственной разработки1.
Прежде всего, стоит обратить внимание на качество признаков в следах. Модель «Scanform HR12L5» с разрешением 0,25 мм не позволила четко проработать индивидуальные признаки следообразующего объекта. Модели, полученные при использовании сканера «Calibry Mini» и ПО «Calibry Nest», а также «Scantech AXE-B17» признаки более детализированы, рельеф поверхности более четкий, изображение визуально воспринимается как более качественное. Аналогичная ситуация со статическими следами орудий взлома.
Что качается динамических следов, то, с задачей детализированной, информативной фиксации, достаточной для трасологического анализа - не справился ни один из представленных сканеров. В связи с этим в отношении следов данной категории следует применять традиционные средства фиксации - фотофиксация, с использованием колец для макросъемки на месте происшествия или микроскопа в лабораторных условиях.
ПО «Calibry Nest» и «Geomagic Design X» позволяют сделать сечение профиля любого выбранного пользователем участка модели. Сечение профиля модели (метод создания профилограммы) - одна из важнейших функций, дающая значительное преимущество 3Д сканеров над традиционными методами фиксации и изъятия трасологических следов.
Точность измерения один из важнейших показателей возможности применения оборудования при проведении следственных действий. Для проверки точности измерений, проводимых при помощи программных средств, нами была проведена серия измерений с использованием линейки (ГОСТ 17435-72) с точностью измерений 0,5 мм и штангенциркуля точность измерения 0,05 мм (ГОСТ 166-89). Проводились следующие измерения следа подошвы обуви: общая длина; наибольшая ширина подметочной части; наибольшая ширина каблучной части; крайний правый элемент с левой стороны, его ширина, длина и высота, треугольное углубление. Полученные результаты измерений инструментальными метода-
1 В «Mini Calibry» - ПО «Calibry Nest», в «Scantech AXE-B17» - ПО «Scan viewer» (для анализа представлено не было).
ми соответствуют результатам, полученными при измерении с помощью программных средств для 3Д сканеров.
Возможности ПО «Geomagic Design X» позволяют проводить измерения трех видов: 1. Измерение линейных величин. Измерения проводятся параллельно измеряемой плоскости. Параллельность измерений можно проверить, повернув скан боковой поверхностью к окну просмотра 2. Измерение радиуса. Осуществляется методом измерения по трем точкам 3. Измерение углов осуществляется пятью методами: вектор - две точки; плоскость - вектор; три точки; две плоскости. Все перечисленные методы могут быть применены к моделям трасологических объектов, но наиболее удобным и приближенным к традиционному методу измерения углов при помощи измерительного инструмента - транспортира, является метод измерения по трем точкам. Функции ПО «Calibry Nest» ограничены возможностью измерения только линейных величин. Измерение проводилось при перпендикулярном расположении лицевой поверхности скана к окну просмотра.
Оптимальность разрешения в данной ситуации рассматривается с точки зрения визуального восприятия эксперта, модели следа. По результатам проведенного исследования мы пришли к выводу, что оптимальным разрешением для исследования большей части типовых трасологических объектов, таких как следы подошвы обуви, следы ТС, следы орудий взлома и соответствующих им следообразующих объектов, является 0,1 мм, полученное при использовании сканеров «Calibry Mini» и «Scantech AXE-B17». Данного разрешения достаточно, чтобы получить необходимую информацию об исследуемом объекте, при этом не происходит чрезмерной детализации рельефа объекта, приводящей к «забиванию, потере» индивидуальных признаков. Разрешение 0,25 мм, полученное при использовании сканера компании «Scanform» недостаточно для детального изучения особенностей строения трасологических объектов. Для сканирования динамических следов и восприятия их микрорельефа необходимо использовать сканеры с разрешением от 0,05 мм до 0,02 мм.
Понятность и адаптированность интерфейса ПО. Пользовательский интерфейс обоих ПО интуитивно понятен и прост в использовании. Стоит отметить, что ПО «Geomagic Design X» включает в себя большое количество функций, которые не находят применения в экспертной деятельности. К примеру, мы считаем недопустимыми использование функции автоматического заполнения отверстий, возникающих при использовании маркеров или некачественном сканировании в связи с внесением изменений в исследуемый объект. ПО в первую очередь предназначено для 3Д проектирования с целью контроля геометрии
ЮРИДИЧЕСКИЕ НАУКИ
объектов и реверс-инжиниринга, что осложняет исследовательскую работу. Пользовательский интерфейс ПО «Calibry Nest» более понятен и доступен для обычного пользователя.
Форматы файлов (импорт/экспорт). ПО «Geomagic Design X» может экспортировать файлы в трех форматах: PLY, STL, TXT. ПО «Calibry Nest» может экспортировать файлы в четырех стандартных форматах: OBJ, STL, PLY, WRML. Данные форматы файлов позволяют полноценно работать с полученными моделями следов.
Сохранение истории изменений файла имеет большое значение с точки зрения процессуального законодательства и использования результатов исследования в доказательственных целях. В ПО «Geomagic Design X» имеется функция сохранения истории изменений производимых при работе с моделью. ПО «Calibry Nest» не обладает функцией сохранения истории изменений. Однако, в настоящее время, разработчики данной программы заявляют об устранении выявленного недостатка в ближайшее время.
Инверсия изображения. В ПО «Geomagic Design X» нет функции «инверсия». Однако нами найдено решение проблемы - произведя несколько движений мышью, пользователь может перевернуть модель тыльной стороной к окну просмотра. В результате этого действия мы получили инвертированное изображение, которое является сопоставимым со следообразу-ющим объектом и может быть использовано для сравнения в данном случае с подошвой ботинка. Стороны модели отличаются по цветовой гамме, что позволяет производить контроль стороны и не допустить ошибок при сравнении.
Для подтверждения правильности полученного инвертированного изображения следа нами был получена модель подошвы ботинка, которым образован след.
По общим признакам, направлению оси следа, конфигурации и расположению элементов рельефа мы видим, что нами получено сопоставимое инвертированное изображение, пригодное для сравнения. Таким образом, не создавая дополнительный файл и без каких-либо сложных операций пользователь может получить инвертированное изображение модели. В ПО «Calibry Nest» возможно получение инвертированного изображения на программном уровне.
Время выполнения операции зависит от технических возможностей используемого компьютера. По нашему мнению, более рационально сделать переворот следа как в ПО «Geomagic Design X» и таким образом получить инвертированное изображение. Полученный результат по рельефу и оси следа соответствует следообразующему объекту и может быть использован для сравнения.
44
Способы вывода данных. Для вывода ЗД-моделей могут использоваться различные технические средства: ЗД-монитор, ЗД-принтер или фрезерный станок с поддержкой G-кода. Для оформления иллюстрационного материала по результатам фиксации или проведения сравнительного исследования специалистом могут быть сделаны снимки с экрана монитора или конкретной области модели следа.
Проанализировав основные параметры тестируемых сканеров и сравнив технические характеристики всех трех моделей вышеизложенных сканеров, мы пришли к следующим выводам:
Модель китайского ЗД сканера «Scantech AXE B17» обладает высокими показателями качества моделей, полученных с разрешением до 0,05 мм, функции программного обеспечения соответствуют задачам, стоящим на этапе предварительного исследования, но высокая стоимость устройства и ПО1 затрудняет внедрять данное оборудование в экспер-тно-криминалистические подразделения системы МВД России.
Результаты, полученные при использовании сканера «Scanform HR12L5» при максимальном разрешении 0,25 мм недостаточны для фиксации большинства трасологических объектов, а недостатки, выявленные при исследовании универсального ПО делают его применение ограниченным в криминалистических целях2.
На основе проведенного исследования считаем наиболее приемлемой для правоохранительных органов модель ЗД сканера «Calibry Mini» в целях применения в следственных действиях, так как устройство обладает достаточными техническими характеристиками для решения поставленных задач. Использование ЗД сканера вместе с оригинальным программным обеспечением может существенно повысить качество и увеличить количество получаемой криминалистически значимой информации. Сканер «Calibry Mini» с разрешением 0,1 мм допустимо применять для фиксации большей части типовых трасологических объектов.
Необходимо отметить, что у компании «ThorâD» имеется полностью мобильная и беспроводная модель 3D сканера - «DRAKE» (ДРЕЙК). На данный момент модель снята с производства по причине отсутствия спроса потребителей. Однако в криминалистических целях могла бы очевидным образом использована. В комплекте имеется З съемных объектива, при помощи которых возможно, сканировать предметы разного
1 Стоимость сканера «Scantech AXE B17» составляет = 15000$; сканер «Calibry Mini» = 6200$; сканер «Scanform HR12L5» = З900$.
2 Однако следует отметить, что разработчики компании «Scanform» в настоящее время разрабатывают концепт оборудования с разрешением 0,1 мм.
№ 3/2022
Вестник экономической безопасности
размера. Используются съемные объективы «Mini», «Midi», «Maxi» позволяющие добиться разрешения сканирования до 0,15 мм. Размеры сканируемых объектов составляют от 5 см до 5 м. Беспроводной 3D сканер Drake, позволяет провести работу комфортно, не путаясь в шнурах. Батареи хватает на 1-1,25 часа непрерывной работы. Вес сканера - 2,3 килограмма. Сенсорный дисплей на основной части сканера (туловище) в реальном времени показывает процесс сканирования - возможность сразу контролировать работу.
В завершении статьи необходимо отметить, что важным является анализ результатов экспериментального сканирования следов и объектов трасоло-гического исследования. Нами установлена возможность применения портативных триангуляционных лазерных 3Д сканеров и сканеров структурированного света для экспертных и криминалистических целей. Каждый из представленных сканеров обладает своими достоинствами и недостатками. Многое зависит от конкретных целей их применения - фиксация обстановки места происшествия, фиксация макроследов, фиксация микроследов, сохранение цвета объекта и пр. Применение исследуемых технологий в данной сфере способно привести с повышению эффективности экспертиз и показателей трасологиче-ских учетов по следам обуви, транспортных средств и орудий взлома.
Библиографический список
1. Бондарев Я. Ю. Информация о типах ручных сканеров и подробный разбор их применения в литейном производстве [Электронный ресурс]. URL: https://i3d.ru/blog/brend-3d-printery-materialy/%20 scantech/primenenie-ruchnykh-3d-skanerov-v-liteynom-proizvodstve (дата обращения: 30.09.2021).
2. Беляев М. В. Возможности трехмерного сканирования трасологических объектов // Судебная экспертиза: прошлое настоящее и взгляд в будущее. Материалы международной научно-практической конференции. Санкт-Петербургский университет МВД России. 2018. С. 34-39.
Bibliographic list
1. Bondarev Ya. Yu. Information about the types of manual scanners and a detailed analysis of their use in foundry production [Electronic resource]. URL: https://i3d.ru/blog/brend-3d-printery-materialy/%20 scantech/primenenie-ruchnykh-3d-skanerov-v-liteynom-proizvodstve (accessed: 30.09.2021).
2. Belyaev M. V. Possibilities of three-dimensional scanning of tracological objects // Forensic examination: past present and a look into the future. Materials of the international scientific and practical conference. St. Petersburg University of the Ministry of Internal Affairs of Russia. 2018. Р. 34-39.
Информация об авторе
М. В. Беляев - доцент кафедры оружиеведения и трасологии учебно-научного комплекса судебной экспертизы Московского университета МВД России имени В.Я. Кикотя.
Information about the author
M. V. Belyaev - Associate Professor of the Department of Weapons Science and Tracology of the Educational and Scientific Complex of Forensic Examination of the Moscow University of the Ministry of Internal Affairs of Russia named after V.Ya. Kikot'.
Статья поступила в редакцию 07.07.2022; одобрена после рецензирования 27.07.2022; принята к публикации 16.08.2022.
The article was submitted 07.07.2022; approved after reviewing 27.07.2022; accepted for publication 16.08.2022.
