О мерах повышения эффективности трасологических исследований объемных следов подошвы обуви и орудий взлома

Михаил Вячеславович Беляев*, Дмитрий Сергеевич Гольцев**

Аннотация

Статья посвящена современному способу анализа трасологических объектов исследования, а именно 3D-сканированию. Обоснована необходимость в использовании нового подхода к процессу фиксации и трасологического исследования объемных следов как на месте происшествия, так и в лабораторных условиях. Проведены анализ конструктивных характеристик сканеров и их классификация. Осуществлена серия экспериментов по фиксации следов обуви и орудий взлома тремя портативными сканерами зарубежного и российского производства с различными параметрами разрешения от 0,25 до 0,05 мм. Проанализированы результаты экспериментальной работы по различным основаниям, в том числе возможности программного обеспечения, рекомендованного производителями. Изложены рекомендации по практическому использованию технологии 3D-сканирования. Иллюстрированы результаты сканирования типовых трасологических следов обуви и орудий взлома. В заключении сделан вывод о необходимости внедрения технологии 3D-сканирования, что повысит эффективность трасологической экспертизы и учетов. Продемонстрирована отечественная модель сканера, обладающего полноценными мобильными характеристиками и автономностью работы.

Ключевые слова: технология 3D-сканирования, триангуляционные портативные сканеры, инверсия изображения, 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, мобильный ЗР-сканер Drake

Abstract

The article is devoted to the modern method of analysis of traceological objects of study, namely 3D scanning. The necessity of using a new approach to the process of fixation and trace study of three-dimensional traces, both at the scene of the incident and in the laboratory, is substantiated. The analysis of constructive characteristics of scanners and their classification is carried out. A series of experiments was carried out to fix traces of shoes and hacking tools with three portable scanners of foreign and Russian production with different resolution parameters from 0.25 to 0.05 mm. The results of experimental work are analyzed on various grounds, including the possibilities of software recommended by manufacturers. Recommendations on the practical use of 3D scanning technology are presented. The results of scanning typical traceological traces of shoes and hacking tools are illustrated. In conclusion, it was concluded that it is necessary to introduce 3D scanning technology, which will increase the efficiency of trace examination and accounting. A domestic model of a scanner with full-fledged mobile characteristics and autonomy was demonstrated.

Keywords: 3D scanning technology, triangulation portable scanners, image inversion, scanner Scanform HR12L5 with a resolution of 0.25 mm, scanner 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, mobile 3D scanner Drake

Непрерывно развивающийся научно-технический прогресс сопровождается постепенной компьютеризацией, что подразумевает накопление информации об объектах судебной экспертизы преимущественно в цифровом формате. В связи с этим 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.

Объемные следы несут в себе значительный объем информации об обстоятельствах совершенного преступления, однако традиционные методы фиксации, изъятия и исследования, применяемые специалистами-криминалистами на месте происшествия и экспертами в лабораторных условиях, не всегда позволяют произвести необходимые действия без потери и видоизменения криминалистически значимых сведений (признаков).

Следует отметить, что применение новых информационных технологий - это 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 (см.: [1]). В данной работе мы хотели бы уделить внимание возможностям современного 3D-сканирования в целях повышения эффективности трасологических исследований и учетов.

Необходимо отметить, что технологии 3D-сканирования получили развитие в двух основных направлениях: создание крупногабаритных стационарных сканеров и портативных устройств. В связи с этим следует обозначить следующие категории в классификации 3D-сканеров:

1) стационарные;

2) портативные (ручные) (см.: [2]).

Необходимо констатировать, что портативные триангуляционные 3D-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 3D-сканеры являются приборами метрологического контроля и поэтому обладают высокой точностью измерений, однако перед началом использования подлежат калибровке.

Ручным 3D-сканером проще манипулировать по сравнению со стационарным, так как сканер удерживается в руке. Возможно, также легче сканировать отверстия или углубления, фиксация которых потребует существенно больших усилий, чтобы попасть со всех сторон с помощью стационарного 3D-сканера.

Для проверки предположения о целесообразности применения портативных 3D-сканеров нами выполнено экспериментальное сканирование трасологических следов. За основу были взяты следы обуви, статические следы орудия взлома на древесине, динамические следы орудия взлома (на металлической пластине).

Изучение технических характеристик 3D-сканеров, предлагаемых в настоящее время на рынке 3D-технологий, позволило определиться с конкретными моделями. Подходящими для экспериментов 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 (разрешение до 0,05 мм).

Стоит обратить внимание, что первые две модели являются разработкой российских производителей от компаний Scanform и Thor3D. Последний вышеуказанный сканер от китайского производителя.

Следует отметить, что согласно требованиям в Российской Федерации все измерительные технические средства (оборудование) и программное обеспечение Далее - ПО. для него должны содержаться в «госреестре» средств измерений. Это возможно проверить на сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) См.: https://fgis.gost.rU/fundmetrology/registry/4.. Данное требование на основании Федерального закона от 26 июня 2008 г. № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» в полной мере касается 3D-сканеров.

Анализ полученных экспериментальных моделей следов позволил определить ряд достоинств и недостатков. Важно подчеркнуть, что анализу подверглось и ПО сканеров. Scanform HR12L5 не имеет собственного программного обеспечения, 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 разработки В Mini Calibry используется ПО Calibry Nest, в Scantech AXE-B17 ПО - Scan viewer (для анализа представлено не было)..

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 (рис. 1). На моделях следов, полученных при использовании сканера Calibry Mini и ПО Calibry Nest, а также Scantech AXE-B17, признаки существенно детализированы, рельеф поверхности соответственно четче, изображение визуально воспринимается как более качественное. Аналогичная ситуация со статическими следами орудий взлома (рис. 2).

Рис. 1. Изображения индивидуального признака в следе низа подошвы обуви: (слева: сканер Scanform HR12L5, универсальное ПО Geomagic Design X; справа: сканер Calibry Mini, оригинальное ПО Calibry Nest)

Рис. 2. Изображения статического следа от лопатчатой части ломика: (слева: сканер Scanform HR12L5, универсальное ПО Geomagic Design X; справа: сканер Calibry Mini, оригинальное ПО Calibry Nest)

Что касается динамических следов, то с задачей детализированной, информативной фиксации, достаточной для трасологического анализа, не справился ни один из представленных сканеров (рис. 3-5). В связи с этим в отношении следов данной категории следует применять традиционные средства фиксации - фотофиксацию с использованием колец для макросъемки на месте происшествия или микроскопа в лабораторных условиях.

Рис. 3. Изображение динамического следа на металлической пластине: сканер Scantech AXE-B17; универсальное ПО Geomagic Design X. Разрешение 0,05 мм

Рис. 4. Изображение динамического следа на металлической пластине: сканер Calibry Mini. Оригинальное ПО Calibry Nest. Разрешение 0,1 мм

Рис. 5. Изображение динамического следа на металлической пластине: сканер Scanform HR12L5. Универсальное ПО Geomagic Design X. Разрешение 0,25 мм

Что касается ПО, то Calibry Nest и Geomagic Design X позволяют сделать сечение профиля любого выбранного пользователем участка модели (рис. 6). Сечение профиля модели (метод создания профилограммы) - одна из важнейших функций, дающих значительное преимущество 3D-сканеров над традиционными методами фиксации и изъятия трасологических следов.

Рис. 6. Профилограмма модели следа обуви, полученная в ПО Calibry Nest

Точность измерения входит в число важнейших показателей возможности применения оборудования при осуществлении следственных действий. Для проверки точности измерений, реализованных при помощи программных средств, нами была проведена серия измерений с использованием линейки (ГОСТ 17435-72) с точностью измерений 0,5 мм и штангенциркуля с точностью измерения 0,05 мм (ГОСТ 166-89). Производились 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. Результаты измерений инструментальными методами соответствуют результатам, полученным при измерении с помощью программных средств для 3D-сканеров.

Возможности ПО Geomagic Design X позволяют проводить измерения трех видов: 1) измерение линейных величин проводится параллельно измеряемой плоскости. Параллельность измерений можно проверить, повернув скан боковой поверхностью к окну просмотра (рис. 7, 8); 2) измерение радиуса осуществляется по трем точкам (рис. 9); 3) измерение углов производится четырьмя 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 (рис. 9). Функции ПО Calibry Nest ограничены возможностью измерения только линейных величин (рис. 10). Измерение проводилось при перпендикулярном расположении лицевой поверхности скана к окну просмотра.

Рис. 7. Измерение линейных величин в ПО Geomagic Design X

Рис. 8. Измерение линейных величин в ПО Geomagic Design X

Рис. 9. Измерение радиуса и углов в ПО Geomagic Design X

Рис. 10. Измерение линейных величин в ПО Calibry Nest

Оптимальность разрешения в данной ситуации рассматривается с точки зрения визуального восприятия эксперта модели следа и детализации проработки мелких признаков. По результатам проведенного эксперимента мы пришли к выводу, что оптимальное разрешение для исследования большей части типовых трасологических объектов, таких как следы подошвы обуви, транспортных средств, орудий взлома и соответствующих им следообразующих объектов, равно 0,1 мм и получено при использовании сканеров Calibry Mini и Scantech AXE-B17. Данного разрешения достаточно для получения необходимой информации об исследуемом объекте, причем не происходит чрезмерной детализации рельефа объекта, приводящей к «забиванию» индивидуальных признаков. Разрешения 0,25 мм, полученного при использовании сканера компании Scanform, недостаточно для детального изучения особенностей строения трасологических объектов.

Для сканирования динамических следов и проработки их микрорельефа необходимо использовать сканеры с разрешением от 0,05 до 0,02 мм. Однако в рамках настоящей работы провести сканирование с таким разрешением не представилось возможным.

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 недопустимым 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 3D-проектирования с целью контроля геометрии 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 способно экспортировать файлы в трех форматах: PLY, STL, TXT. ПО Calibry Nest - 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 представлена функция сохранения истории изменений, производимых при работе с моделью. ПО Calibry Nest не обладает функцией сохранения истории изменений. Однако в настоящий момент 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 (рис. 11). В результате мы получили инвертированное изображение, которое является сопоставимым со следообразующим объектом и может быть использовано для сравнения в данном случае с подошвой ботинка. Стороны модели отличаются по цветовой гамме, что позволяет производить контроль со стороны и не допустить ошибок при сравнении.

Рис. 11. Изображение оборотной стороны следа подошвы обуви в ПО Geomagic Design X

Для подтверждения правильности полученного инвертированного изображения следа нами была задействована модель подошвы ботинка, которым образован след (рис. 12).

Рис. 12. Модель подошвы обуви, полученная в ПО Geomagic Design X

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 дополнительного файла и не производя каких-либо сложных операций, пользователь может получить инвертированное изображение модели. В ПО Calibry Nest возможно получение инвертированного изображения на программном уровне (рис. 13).

Рис. 13. Инвертированная модель следа подошвы обуви в ПО Calibry Nest

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. По рельефу и оси следа полученный результат соответствует следообразующему объекту и может быть использован для сравнения.

Способы вывода данных. Для вывода 3D-моделей могут использоваться различные технические средства: 3D-монитор, 3D-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 3D-сканера Scantech AXE B17 обладает высокими показателями качества моделей, полученных с разрешением до 0,05 мм; функции ПО соответствуют задачам, стоящим на этапе предварительного исследования, но высокая стоимость устройства и ПО Стоимость сканера Scantech AXE B17 составляет ^и 15 000 долл.; сканер Calibry Mini = 6 200 долл.; сканер Scanform HR12L5 = 3 900 долл. затрудняет внедрение данного оборудования в экспертно-криминалистические подразделения системы МВД России.

Результаты, полученные при использовании сканера Scanform HR12L5 с максимальным разрешением 0,25 мм, недостаточны для фиксации большинства трасологических объектов, а недостатки, выявленные при исследовании универсального ПО, делают его применение ограниченным в криминалистических целях Однако следует отметить, что разработчики компании Scanform в настоящее время разрабатывают концепт оборудования с разрешением 0,1 мм..

На основе проведенного исследования считаем наиболее приемлемой для правоохранительных органов модель 3D-сканера Calibry Mini в целях применения в следственных действиях, так как устройство обладает достаточными техническими характеристиками для решения поставленных задач. Использование 3D-сканера вместе с оригинальным ПО 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 Thor3D 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 быть использована (рис. 14). В комплекте имеется три съемных объектива, при помощи которых можно сканировать предметы разного 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. Беспроводным 3D-сканером Drake можно пользоваться комфортно, не путаясь в шнурах. Батареи хватает на 1-1,25 ч непрерывной работы. Вес сканера - 2,3 кг. Сенсорный дисплей на основной части сканера (туловище) в реальном времени показывает процесс сканирования, т. е. возможность сразу контролировать работу.

Рис. 14. Мобильный 3D-CKaHep Drake

В завершение статьи необходимо отметить значимость анализа результатов экспериментального сканирования следов и объектов трасологического исследования. Нами установлена возможность применения портативных триангуляционных лазерных 3й-сканеров и сканеров структурированного света для экспертных и криминалистических целей. Каждый из представленных сканеров обладает достоинствами и недостатками. Многое зависит от конкретных целей их применения: фиксации обстановки места происшествия, фиксации макроследов, микроследов, сохранения цвета объекта и пр. Применение исследуемых технологий в данной сфере способно привести к повышению эффективности экспертиз и показателей трасологических учетов по следам обуви, транспортных средств и орудий взлома.

Список источников

1. Беляев М. В. Возможности трехмерного сканирования трасологических объектов // Судебная экспертиза: прошлое, настоящее и взгляд в будущее: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Санкт-Петербург, 17-18 мая 2018 г. Санкт-Петербург, 2018. С. 34-39.

2. Бондарев Я. Ю. Информация о типах ручных сканеров и подробный разбор их применения в литейном производстве. URL: https://i3d.ru/blog/brend-3d- prmtery-materialy/%20scantech/primeneme-mchnykh-3d-skanerov-v-liteynom- proizvodstve (дата обращения: 30.09.2021).

References

1. Belyaev M. V. Possibilities of three-dimensional scanning of tracological objects. In: Forensic examination: past, present and a look into the future: materials of the International scientific and practical conference. 17-18 May, 2018, Saint Petersburg. Saint Petersburg; 2018: 34-39. (In Russ.).

2. Bondarev Ya. Yu. Information about the types of manual scanners and a detailed analysis of their use in foundry production. Available from: https://i3d.ru/blog/brend- 3d-printery-materialy/°/o20scantech/primenenie-ruchnykh-3d-skanerov-v-liteynom- proizvodstve. Accessed: 30 September 2021. (In Russ.).

Размещено на Allbest.ru