三维扫描与交通事故现场勘查：Origin Forensics让Artec Leo大显身手
每次法医事故再现专家Jarrod Carter博士见到一辆严重损毁的汽车，都觉得后面充满了等他挖掘的故事：这辆车撞桥时的时速多少？撞击前几秒钟司机踩了刹车？事发时，每位乘客都系安全带了吗？汽车的安全防护系统是否有效保护了所有乘客？
法医技术员Kyle Rothwell用Artec Leo扫描事故损毁的2014 道奇战马（位于华盛顿州斯波坎谷的Spalding汽车零售商店）
在Origin Forensics，Carter和他的团队被邀请去调查车辆事故现场，他们搜集了各种信息， 包括无人机和三脚架激光扫描仪制作的3D模型、警方报告以及警方、监控录像、事故资料记录器（EDR，汽车上的“黑匣子”）提供的现场图片和视频。
这些资料提供了事发前几秒内和事发过程中的大量细节：刹车使用情况、油门状态、方向盘角度、横向加速度、纵向加速度、滚转率、发动机转速、变速箱位置等等。
最近，他们的工具箱里又增添了一位新朋友Artec Leo。
Origin使用这款非比寻常的无线手持式三维扫描仪Leo，来挖掘事故车辆背后的故事。多次使用经验告诉他们，Leo能在一小时内，如实复制车辆内外部的情况，从前到后，精度达亚毫米级。
Artec Studio软件处理Leo扫描的2014道奇战马数据截图
过去，为了为事故车辆复制完全一样的数字模型，他们只能使用安装在三脚架上的三维激光扫描仪。扫描过程需要围绕车辆反复调整扫描仪位置，高高低低，里里外外，尽可能详细记录车辆细节。
这种方式已经比Carter刚入行时使用的锤球和卷尺进步了不少，但即便反复调整位置，细节品质距离“精准”还是相去甚远。
三脚架激光扫描仪工作流程的另一大弊端就是时间问题。使用这类扫描仪，每一次扫描都要好几分钟，其中还不包括调整位置的时间。想要一份细节精确的车辆扫描，动辄一小时，有时甚至还要两三个小时。
整车扫描，时间仓促
Carter及其团队每次工作，基本只有4-8个小时可以接触车辆，而扫描只是工作内容的一部分。他们工作时有个原则，把每一次都看成是自己或其他人最后一次接触车辆。扫描节省下的时间，都能为他们争取到更多宝贵时间，确保勘查工作完整到位。
Jarrod Carter博士使用Artec Leo扫描道奇小面包车（华盛顿州皮阿拉普市Insurance Auto Auction）
“正是因为这个（时间）问题，我开始寻找比三脚架激光扫描更好的解决方案。我需要速度快又灵活，这正是Leo的优势所在，特别是它没有电线，也不用连接电脑，速度就不受影响。工作时，我不再感到匆匆忙忙，能安心扫描车辆，”Carter说道。
“车辆是我们工作的重心，有充足的时间采集数据，这点十分重要，即便过去采集过程耗时很久也是如此。现在，有了Leo，我们可以很快完成车辆的数字采集。还能通过设备后部的触摸屏，查看3D网格、纹理效果，在离开前确保已收集全部数据，”Carter说道。
“如果有部分数据缺失，或者没有采集到我需要的细节，也能轻松采集缺失部分，设备轻轻一挥即可。而过去，使用三脚架激光扫描仪，还得等我们回到办公室，开始处理数据时，才能意识到纹理或几何出了问题。有了Leo，我们就能胸有成竹地收工回家。”
完成大片真实纹理采集，不可或缺
采集纹理方面，Carter对Leo的能力赞不绝口，“我们完全没料到Leo能如此逼真地捕获纹理信息。色彩和表面细节就像拍摄的相片一样，难以分辨。而且纹理不是孤立存在于点云中的，这点和三脚架扫描仪不同。”
“相反，点与点之间是通过纹理填充的。这种填色法的一个好处就是，观察车辆时，我不再局限于勘查现场的角度，我拥有的照片也不只是当时拍摄的那些。我能根据需要，生成车辆不同角度的照片，就像勘查时拍摄的一样。”
Carter补充道，“有了Leo，我们就能获得高度准确的扫描，包括充足的几何数据，用于分析。还能加入相片纹理，让扫描更为逼真。记得第一次放大Leo捕获的车辆模型时，我感到大为震撼。看起来和原车一模一样，这正是我们的目标。过去是万万不可能生成如此真实的模型的。绝无可能。”
Artec Studio中的道奇小面包车Leo扫描截图
自从使用Leo后，Carter及其团队每次都期待能收获一份细节逼真的扫描。“在Artec Studio中浏览Leo扫描时，感觉就像在勘察现场一样真实。我们可以从各个角度查找证据，并精确测量，”Carter说道。
在Artec Studio下检查车损情况
Carter介绍了Leo数据的用途之一，“完成事故车辆扫描后，我们把没受损的部分和同类型的整车3D模型或数据集对齐。把受损部分一对比，就能看出车辆损毁的情况，以便快速判断冲击力的方向和力度，以及冲击本身吸收了多少能量。”
“我们可以根据吸收的能量估计速度变化（delta-V），并根据其他充分证据，估算撞击速度。另外，我们也能通过对比受损部分，一起进行撞击分析，协助乘客伤势评估专家，也能协助专家评估车辆设计或制造工艺是否导致了这起事故。”
三维扫描到生物力学损伤分析
Origin Forensics还将Leo数据用于生物力学损伤分析。在这项工作中，Carter及其团队会根据车身损伤程度来模拟乘客在车内时的事故过程。这项分析的关键在于确定乘客在撞击后在车内的运动轨迹。
用Carter的话来说，“我们会把乘客的伤势情况和车内造成损伤的部位对应起来，以分析安全装置是否有效起到了保护作用，包括安全气囊、安全带等所有应当起到缓冲保护的装置。如果采用不同设计或制造工艺，是否有可能避免这些损伤？我们的工作就是要从头到尾分析每一种可能性。”
Carter和Rothwell查看Artec Studio中Leo扫描的2014道奇战马
与客户前期协商中，无论是面对面还是网络沟通，Carter都能共享屏幕，展示他们团队用Leo制作的精准模型，并指出需要注意的相关细节。
使用Artec Studio中的表面距离映射功能查看战马的变形程度
Carter解释道，“利用这样一个细节丰满的3D模型，对比车辆2D相片，能补充大量信息。相片永远是静止的，只能展现拍摄时的固定角度。客户常常会对车辆某个具体位置的情况很好奇，这时，我们就能迅速在模型中找到这个位置，就像在现场一样，好比从特定角度拍摄了一张照片。”
Leo扫描用于车损综合报告
和客户前期协商后，对方可能需要一份书面报告，用于取证或审判环节。制作一份展示品，帮助报告读者或陪审团了解涉案车辆受到的损害性质和程度，往往是这一过程的重要环节。Leo制作的3D模型刚好可以用于展品制作，起到震撼的视觉效果。
法医技术员Kyle Rothwell是Origin Forensics的Leo专员，他描述如何使用Artec Studio软件处理Leo扫描：“导入Leo扫描后，我先为一组扫描进行了整体配准，然后为每组删除离群噪点，最后对齐。”
Rothwell正在处理2014道奇战马的Leo扫描
“然后，清理杂乱的几何数据，比如玻璃片、泥土、沥青等。原始数据配准后、对齐、清理后，调整数据方向，设定水平面，并旋转车辆，确保右侧图即为车身右侧。”
Rothwell继续补充道，“随后进行尖锐融合、快速网格简化。对车而言，200-500万个三角形的网格密度符合我们的需要。之后，导出纹理信息，选择减少反光。我通常使用8k纹理贴图，可保留较小的细节。然后模型即可导出，支持OBJ格式和.PNG纹理。”
车辆3D数据模型：出于蓝而胜于蓝
尽管Carter及其团队处理的大多数案件都是庭外和解或被驳回，因此从未进入审判阶段，但如确有必要，Leo可以为他们实现梦想：向陪审团展现车辆逼真的虚拟数字模型。
“数字模型甚至比真车更好，因为我可以缩放旋转，向别人展示任何一个他们想看的角度，缩放至他们想看的大小。这些证据都是事故现场搜集的，和勘查现场看到的情况一模一样，”Carter说道。
准备在Artec Studio中对比：合并战马和相同车型的3D模型
Carter透露，在不远的将来，陪审团通过显示器和VR眼镜查看这类证据，会变得越来越常见，到时，Leo的表现就会令人格外印象深刻。他们可以带领陪审团查看车辆内外部，重点关注相关部位。
“过去，我们必须把真车带去法庭，陪审团出来查看，这一过程成本很高，而且法庭不一定同意。但有了Leo捕获的数据，我们同样可以把‘车’带去法庭，让陪审团在虚拟世界中查看车辆。”
使用Artec Studio的表面距离图，检查战马的损毁情况
那Carter是如何发现Artec Leo的呢？Carter上网浏览并比较了市面上的手持式三维扫描仪，看到了埃太科大使Digitize Designs的YouTube频道。随后，他联系了这家公司的三维扫描专家Bo Helmrich，他给Carter发送了一次Artec Leo的扫描视频，以及汽车扫描的样本数据。
为了直观地说明Leo如何高效地满足他们的需求，Helmrich在演示时，直接用Leo扫描了丰田汉兰达的整个外观，从头到尾只用了32分钟。90分钟后，扫描数据处理完毕，可直接使用。第一次见到Leo的扫描效果时，Carter感叹道：
“我所见到的几何细节和纹理实在太震撼了，几何和纹理的精度在我们的工作中是相当重要的。如果3D数据质量不高，纹理质量也不会好到哪去。纹理和3D数据是相辅相成的。”
Carter继续说道，“无论何种原因，一旦多边形网格出错、变形或发生扭曲，即便只是一点点，纹理再好也没用。幸运的是，Leo在两方面的表现都很出色。当时我们就发现了，之后每一次项目中，也同样如此。”
Leo操作培训：从开箱到着手扫描，仅需短短几分钟
Carter及其团队买完Leo后，安排了远程培训，学习如何扫描仪和Artec Studio软件。对于这段经历，Rothwell评论道：
“学习如何用Leo扫描Pelican箱这样的小型物体，非常开心。拿出箱子，短短几分钟，Leo就能顺利开始工作，制作细节丰富的模型。扫描大型物体，也许一开始比较困难，但我找了一个小窍门。”
他解释道，“我发现，把大项目拆成几个小部分以后，就容易很多，也就是说，把一辆车分为几个部分扫描，最后在Artec Studio中一个个加载。现在，我们每次都能得到精准效果，且质量稳定。”
当问及Leo是否为他们的工作带来不同时，Rothwell说道，“还没有Leo的日子和现在简直不能比。”
法医技术员Kyle Rothwell使用Artec Leo扫描车辆
他继续说道，“Leo直接带我们达到了一个新高度。从操作过程来看，扫描期间可以得到反馈（实时查看数据），还能捕获精密细节，色彩纹理的捕获也让Leo脱颖而出。”
由于Carter及其团队拥有深厚的工程背景和丰富的事故现场再现经验，因此他们经常接到相关任务，对事故中车辆的运动轨迹进行深入分析。另外，他们还经常分析车辆乘客受到的伤害。
美国一些知名品牌，如克莱斯勒、福特、本田、Jeep、尼桑、Progressive、Safeco、丰田等，经常找到Origin Forensics。他们能为客户进行深入调查，提供详细报告，咨询时坦诚可靠，因此经常有回头客，客户还会口口相传，介绍新客户。
Origin Forensics的人生信条是“Veritas, Fidelitas, Claritas”（真理、忠诚、明澈）。这一信条同样也是团队的使命——发现真相、使用最先进科技真实再现证据，最后将他们的发现以最清晰的形式呈现给客户、法官、陪审团。
为完成使命，Leo不可或缺，Carter说道：“我想推动法医事故再现领域向前发展，所以我必须始终关注最佳技术，为客户带来出色的服务和解决方案。我选择Artec Leo，因为它拥有其他产品无法比拟的独特优势。”
