3D-технологии в судебно-экспертной деятельности

Полякова Анастасия Васильевна ORCID: 0000-0002-0256-2432 старший преподаватель, кафедра судебной экспертизы, Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского 603105, Россия, Нижегородская область, г. Нижний Новгород, ул. Бориса Панина, 5/5 Polyakova Anastasiya Vasil'evna Senior lecturer, Department of Forensic science, National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod 603105, Russia, Nizhny Novgorod region, Nizhny Novgorod, Boris Panin str., 5/5 anastasia.poliakova811@yandex.ru

Введение

Научно-технический прогресс вносит много нового в современное уголовное судопроизводство, делая процесс раскрытия и расследования преступления более технологичным. В условиях индустриальной революции 4.0 передовыми технологиями, которые в дальнейшем будут служить вектором развития судебной экспертизы, по мнению А.В. Кокина, являются «3D-печать, искусственный интеллект, биотехнологии, роботы» ^{[1, с. 33]}. Данные технологии справедливо можно дополнить трехмерным моделированием и визуализацией, которые позволяют представить объекты судебной экспертизы в цифровой форме в виде 3D-моделей.

Неоценимым достоинством трехмерных технологий прежде всего служит возможность фиксации первоначального вида объектов, подверженных изменениям, будь то сама обстановка места происшествия, так и отдельные следы, на которые могут повлиять неблагоприятные погодные условия, небольшой срок их существования, действия участников следственно-оперативной группы, применяемые технико-криминалистические средства и методы собирания. Фиксация информации в электронной форме позволяет вернуться к анализу изъятых следов и обстановки места происшествия в любой момент предварительного расследования, продемонстрировать их в рамках судебного заседания для повышения наглядности исследования доказательств.

Исследование зарубежного опыта применения систем трехмерного моделирования и визуализации в рамках расследования и рассмотрения уголовных дел свидетельствует о необходимости их применения в условиях неочевидности произошедшего события ^[2], сложности в непосредственном исследовании сложных механизмов и событий ^[3], интеграции собранной по делу информации для реконструкции события ^[4].

Основная часть

Технологии получения трехмерных моделей можно представить в виде следующей системы: технологии 3D-сканирования, создание модели в 3D-редакторах, в системах автоматизированного проектирования (далее – САПР) и получение моделей из фотографий и кадров видеозаписи методом фотограмметрии.

Трехмерное сканирование представляет собой технологию получения трехмерной модели объекта путем сбора данных о его форме, внешнем виде и геометрических параметрах, и их перевода в цифровую форму. Устройством для фиксации множества точек, отражающих геометрию объекта, и последующего моделирования являются 3D-сканеры. Результат данной оцифровки объекта представляет собой трехмерную модель, которая в дальнейшем может быть импортирована в необходимое программное обеспечение и исследована в соответствии с задачами экспертного исследования.

В зависимости от принципа работы 3D-сканеры разделяются на контактные, в которых для получения трехмерной модели необходим непосредственный контакт сканирующего устройства (например, зонда) с объектом-оригиналом, и бесконтактные, в которых сканирование осуществляется путем регистрации отраженного от поверхности объекта света ^{[5, с. 23-24]}. Последний вид сканеров является наиболее распространенными. Исходя из наличия в устройстве источника излучения 3D-сканеры различают активные (источник встроен в сканер) и пассивные (использует либо условия естественного освещения, либо сторонний источник искусственного света, свет различных ламп) ^{[6, с. 62]}. По природе источника освещения 3D-сканеры делятся на лазерные, испускают лазерный луч на поверхность объекта и фиксируют с помощью датчика отраженные лучи, и сканеры структурированного света, которые проецируют на объект световую сетку и также фиксирует отраженные лучи ^[7].

Технологии трехмерного сканирования зарекомендовали себя с положительной стороны при фиксации трасологических объектов ^[8], обстановки дорожно-транспортных происшествий ^[9].

Огромными возможностями для трехмерного моделирования и анимации располагают универсальные 3D-редакторы и программы 3D-моделирования, например, продукты Maya, Autodesk 3DS Max, Blender 3D, Cinema 4D, ZBrush и др.

Моделирование объекта включает в себя следующие категории: геометрию (техники построения моделей); материалы (информация о визуальных свойствах моделей); источники света (настройка направления и мощности освещения); виртуальные камеры (выбор точки и угла построения проекции); силы и воздействия (анимация), дополнительные эффекты, визуализация (рендеринг).

В программах 3D-моделирования существует несколько различных типов построения геометрии трехмерной модели: полигональное моделирование, которое основано на создание поверхностей­­-полигонов, которые состоят из вершин, ребер и граней; сплайновое моделирование – создание модели через гладкие кривые (сплайны); с помощью B-сплайнов – вид моделирования, предназначенный для создания плавных форм и моделей на основе специального математического аппарата; скульптинг – лепка модели путем деформации полигональной сетки с помощью различных кистей ^{[10, с. 6-8]}. В качестве исходных данных для моделирования могут выступать примитивы (геометрические фигуры), плоские поверхности, произвольно заданные поверхности.

На этапе текстурирования поверхности модели получают вид реальных материалов. В любой программе 3D-моделирования существует так называемый Редактор материалов, который содержит как готовые наборы материалов, так и инструменты, с помощью которых они создаются. В процессе создания материалов используются карты текстур, представляющие собой растровые изображения реальных объектов. Данные карты находят применение при получении рельефа и объемности поверхности модели на основе создания разности яркости цветов.

Создание, направление и настройка виртуальных источников света предназначены для акцентирования на свойствах сцены, выполненной в результате моделирования и использования материалов.

Одной из важнейших задач трехмерного моделирования является получение реалистичного конечного изображения. Визуализация является заключительным этапом работы над моделью. На данном этапе модель превращается в форму доступную для визуального восприятия, что получило название рендеринг. Только на данном этапе производится визуализация всех свойств материалов объекта, источников света, эффекты внешней среды, которые были внесены в состав сцены ^{[10, с.11]}.

Применение подобных редакторов для нужд судебной экспертизы возможно, как путем импорта в программу готовых трехмерных моделей, полученных с помощью других методов, так и воссоздание обстоятельств произошедшего события с нуля, применяя инструменты программного обеспечения. Судебный эксперт может проанализировать механизм следообразования и его условия, а также произвести сравнительное исследование модели следа, экспериментального образца и самого следообразующего объекта ^[11].

К программному обеспечению трехмерного моделирования также относятся системы автоматизированного проектирования (САПР), которые позволяют производить описание объекта, алгоритм его функционирования, программирование производства с помощью ЭВМ ^{[12, с.5]}. Причем данные программы работают не только с 3D-моделями, но и с двухмерными изображениями (чертежами, конструкторской документацией). Среди систем автоматизированного проектирования наиболее распространенными являются КОМПАС-3D, AutoCAD, SolidWorks, Autodesk Inventor, ArchiCad, nanoCAD.

Одним из самых востребованных способов получения трехмерных моделей представляет собой фотограмметрия, которая основана на получении серии перекрывающихся фотоизображений либо кадров видеозаписи. Фотограмметрия позволяет определить по снимкам, кадрам форму объекта, его размеры, пространственное положение в заданной системе координат, а также его площадь, объем, изменения величин через заданный интервал времени ^{[13, с.6.]}. Среди программного обеспечения фотограмметрии на ПК известными являются Autodesk ReCap Pro, Autodesk Fusion360, Agisoft Metashape, Context Capture, Meshroom, Pix4D, 3DF Zephyr, COLMAP, также имеются приложения для построения моделей на смартфонах: Qlone, Scann3D, ScandyPro, Sony 3DCreator, Pix4Dcatch: 3D scanner и др.

Технология трехмерной фотограмметрии наиболее приближена к деятельности специалиста и эксперта, так как фотофиксация является основным вместе с протоколированием методом фиксации информации об объектах. При правильном применении методов и приемов судебной фотографии возможно сохранение информации о внешнем строении объектов, которые в дальнейшем могут измениться или разрушиться, а также направление их в электронной форме на экспертное исследование.

Трехмерные модели, полученные в результате любой из данных технологий, могут быть в дальнейшем распечатаны на 3D-принтере для представления в физическом виде. Такие натурные модели могут быть исследованы экспертом при производстве судебной экспертизы, использованы в качестве натурного образца в коллекции криминалистических объектов, представлены в зале суда для наглядности обстоятельств расследуемого события ^[14].

Кроме того, рассмотренные методы построения моделей могут использоваться в комплексе для реконструкции произошедшего события ^[15]. Трехмерная реконструкций позволяет интегрировать данные, полученные в ходе различных следственных действий в единую систему, которая позволит строить и проверять следственные версии, устанавливать объективные обстоятельства расследуемого дела.

Применение трехмерных моделей видится и при формировании как электронных, так и натурных коллекций криминалистических объектов (например, пулегильзотек, следов обуви, орудий взлома, следов зубов и зубного аппарата и т.п.). Причем накопление информации возможно путем сохранения моделей, полученных с помощью универсальных технических средств и программного обеспечения, так и путем ведения банков данных в автоматизированных системах различных родов и видов судебных экспертиз. Например, в автоматизированных баллистических идентификационных системах, в которых реализован режим 3D-моделирования ^[16].

Заключение

Существующие технологии получения трехмерных моделей располагают обширным инструментарием технических средств и программного обеспечения универсального и специализированного назначения, которые могут применяться в судебно-экспертной деятельности. Субъект построения модели выбирает метод исходя из природы объекта фиксации, поставленной цели и задач, а также из технических возможностей экспертно-криминалистического подразделения.

Основные направления применения 3D-технологий в судопроизводстве, можно представить следующим образом: фиксация, изъятие и сохранение информации о следах преступления, обстановки места происшествия во время следственных действий, в ходе производства судебной экспертизы; производство идентификационных и диагностических экспертных исследований; трехмерная реконструкция расследуемого события; 3D-печать вещественных доказательств; ведение экспертно-криминалистических учетов; использование при подготовке и повышении квалификации экспертных кадров.