刑事科學技術工作中三維掃描技術的應用

王丹琳　戚馨月

摘 要 刑事科學技術是現代科學技術在刑事訴訟領域具體應用的學科，能夠為查明案件事實提供線索，對案件的偵破具有十分重要的作用，其發展始終與現代科學技術的發展同步。3D掃描技術作為一種新興技術，在醫學、教育等領域應用的范圍越來越廣泛。論文主要研究3D掃描技術在刑事科學技術領域中的應用，研究該技術在立體痕跡掃描提取、犯罪現場重建、三維人臉掃描入庫以及法醫檢驗鑒定等方面應用的可行性、優勢以及存在的問題，并對3D掃描技術與3D打印技術，AR、VR技術和無人機技術結合應用于刑事科學技術中的發展趨勢進行展望，為刑事科學技術工作提供一個新的發展方向。

關鍵詞 三維掃描技術 立體痕跡提取 現場重建 人臉建庫 法醫檢驗鑒定

中圖分類號：D918文獻標識碼：A

0引言

近年來，隨著現代科學技術的快速發展，主要是計算機技術的發展，為刑事科學技術工作帶來新的機遇，為了更好地適應當代公安工作的要求，堅決打擊違法犯罪活動，維護社會的和諧穩定，刑事科學技術工作也應該與時俱進，不斷地將現代科技應用其中。3D掃描技術作為當下科技發展的重要課題，具有較高的測量精度與較快的掃描速度，能獲取物體大量的點云數據，對物體的3D分析有很大的作用。目前，3D掃描技術已廣泛應用于醫學、工業、考古、航空航天等多個領域，并且發展迅速，但其在刑事科學技術領域的應用研究較少。論文旨在研究3D掃描技術在刑事科學技術領域的應用，主要從立體痕跡的掃描提取、犯罪現場的重建、三維人臉的掃描入庫以及法醫檢驗鑒定四個方面來進行，有助于刑事科學技術人員在現場勘查過程中對犯罪嫌疑人遺留的痕跡、物證乃至整個犯罪現場進行更加直觀、全面、真實的分析，有助于分析犯罪嫌疑人的犯罪行為、刻畫犯罪嫌疑人的形象，為偵查破案提供方向，從而實現精準打擊違法犯罪。

1 3D掃描技術概述

3D掃描技術集光、電、計算機技術于一體，主要用于對物體空間外形和結構進行掃描，以獲得物體表面的空間坐標，從而將實物原型轉化為數字化實物三維信息的一項高新技術，其重要意義在于能將實物的實體幾何信息轉換為計算機能直接處理的數字信號，實現實物數字化。

1960年，英國Ferranti公司開發了第一臺三坐標測量機，1992年全球擁有三坐標測量機46100臺，年銷售增長率為7%至25%，發達國家擁有量最高。目前，在歐美等發達國家，高新技術公司開展對3D掃描技術的研究工作已經形成一定規模的產業，產品在掃描速度、掃描精度、使用壽命、操作性等方面都在不斷地提高，使用范圍不斷擴大，同時產品價格也在不斷下降。3D掃描技術在各個領域的應用中，都起到了或多或少的推動作用，使相關領域得到了不同程度的發展。當前，3D掃描技術在國外應用領域日漸擴大，逐步從科學理論研究走入百姓日常生活中。

3D掃描技術在我國是從20世紀90年代后期開始迅速發展和推廣。由于當時我國制造業大多面向低端產品，對3D掃描技術的需求并不高，以及3D掃描技術對制造要求較高但國內制造業技術、工藝水平欠發達等原因，給國內3D掃描技術的發展帶來一定影響。隨著中國經濟的快速發展，國內科學技術的進步，現如今，3D掃描技術以三維激光掃描為主，尤其是手持式三維激光掃描，由于其具有精度高、便攜的優點，存在著廣闊的發展前景和巨大的市場。目前，3D掃描技術已經廣泛應用于汽車制造、航空航天、軌道交通、質量控制等工業領域，在消費級領域也同樣很受歡迎，我國在3D掃描領域已躋身國際一流水平。

2 3D掃描技術在現代刑事科學技術中的應用

2.1立體痕跡的掃描提取

立體痕跡是犯罪現場中常見的痕跡物證，例如手印、足跡、工具痕跡很多都是以立體痕跡的形式表現出來的。通過對案發現場立體痕跡的提取檢驗，可以清晰、直觀地分析犯罪嫌疑人的人身特征，通過痕跡進行人身的同一認定，分析和判斷作案工具的種類等有效信息，為案件的偵破提供偵查線索，為法庭訴訟提供證據。因此，犯罪現場立體痕跡的提取，對后續的檢驗鑒定工作乃至對整個案件的發展都起著至關重要的作用。

傳統的立體痕跡提取方法有照相法，提取原物法，利用硅橡膠、石膏粉制模提取等方法。這些方法各有優勢但仍然存在著一些缺陷，比如，照相法不能很好地反映立體痕跡各方位的細節特征，對于體積過大的立體痕跡提取困難;制模法提取容易破壞立體痕跡上的生物物證、微量物證等等問題。而通過3D掃描技術對立體痕跡進行掃描提取，可以在不對所掃描的立體痕跡造成磨損破壞的前提下獲取其可靠、真實的三維數據信息，對痕跡進行無損化掃描提取，而且還可以真實地反映立體痕跡的特征，對于零部件形狀比較復雜的工具痕跡也能全面、無遺漏地反映其細節特點。

利用3D掃描技術掃描提取立體痕跡可以更好地展現立體痕跡的細節特征，但是由于掃描精度有限，對于立體感較弱的一些立體痕跡便無法進行掃描獲取其三維數據信息，比如附著物為汗液、血液、灰塵的加層手印，薄層灰塵足跡，客體表面輕微的刮擦痕跡等，不能做到在任何條件下對立體痕跡的掃描提取都適用。

2.2犯罪現場重建

犯罪現場重建是對現場犯罪過程的客觀再現，因此犯罪現場的重建必須建立在客觀存在的犯罪現場事實的基礎上。進行犯罪現場重建有助于進一步了解判明案件的性質、犯罪行為的發生過程，而對犯罪現場的重建越接近實際，越有利于偵查人員挖掘獲取與案件相關的更多信息。3D掃描技術可以高效、準確地為偵查人員獲取案件現場的全方位空間位置信息，不但可以比利用犯罪現場平面圖、現場照片、現場攝像等傳統犯罪現場重建的方式更加真實的還原現場的視覺信息，還能夠提供準確的空間位置測量功能，為偵查人員對案情的進一步研究提供強有力的依據。

利用3D掃描技術對犯罪現場進行掃描重建能夠快速準確地記錄現場的三維數據，但對于涉及范圍廣、環境復雜的室外場景，以及現場物品繁多的犯罪現場，目前的3D掃描技術還不能很好地完成現場的重建，需要多角度、多方位的掃描，后期再利用軟件對其進行拼接還原等處理。

2.3三維人臉掃描建庫

人臉識別作為生物識別的技術方法之一，由于其方便、非接觸等優點在刑事科學技術中也發揮著不可替代的作用，比如在網上追逃、戶籍調查、證件查驗、尋找失蹤人口等方面都得到了廣泛的應用。人臉識別是通過判斷不同圖像中的人像或人像與人物的相貌特征是否一致而進行同一認定的技術。人臉識別技術的普遍應用離不開建立人臉識別數據庫。相較于二維平面人臉圖像信息數據庫，三維人臉包含更多有助于進行人臉識別的數據信息，利用人臉三維信息進行識別有助于克服傳統二維人臉圖像識別的方法所帶來的難題。三維人臉信息數據更加客觀、真實，可以避免人臉角度、偽裝等因素對人臉信息造成的影響，提高人臉數據庫信息的準確性及有效性。利用3D掃描技術對人臉進行掃描，獲取人臉的幾何形狀信息和紋理信息，掃描同時即可顯現三維人臉模型且精度超高，從而建立三維人臉信息數據庫。像辦理身份證件時錄入的指紋一樣簡單，再由于其非接觸性的特點，在之后的識別過程中無需被掃描人的主動配合即可完成，方便且高效。

將3D掃描技術應用在人臉識別中，需要對掃描到的三維人臉進行表示、分析、提取特征以進行分類識別。雖然三維人臉數據所包含的信息量更加豐富，但是基于3D掃描技術如何掃描提取到對分類有效的特征進行人臉表示是三維人臉識別的關鍵研究內容，也是建立三維人臉數據庫之前首要解決的問題，要應用在刑事科學技術領域就是后期的識別技術有待發展。

2.4法醫檢驗鑒定

法醫學是法庭科學的重要組成部分，是刑事科學技術的主要內容之一。法醫檢驗鑒定中的損傷程度鑒定經常涉及測量人體體表創口、瘢痕的長度或面積。采用3D掃描技術對創口、瘢痕進行3D掃描測量，能夠避免直尺法、拍照法等傳統的測量方法在測量時人為因素以及創口或瘢痕不規則、痂皮附著、體表皮膚曲率變化等因素造成的誤差，得到準確可靠的測量數據。法醫檢驗鑒定中的尸體檢驗對涉及刑事案件 或死因不明的尸體所進行的檢驗。通過3D掃描技術可以完整地記錄尸體狀況，為快速完成尸檢分析提供最可靠的資料。經過3D掃描將尸體三維數字化，還可以避免外在因素對其造成破壞，從而影響鑒定的準確度。此外，對于在刑事案件中白骨化或無法辨認身份的尸體，需要對現場顱骨進行面貌重建來確認死者身份。通過3D掃描技術將顱骨3D掃描并建模，再借助計算機軟件在其外表增加各種組織包含臉部肌腱、軟骨、肌肉等，逐漸還原死者的臉部特征，能夠形成更加接近死者真實容貌的三維模型。有助于偵查人員根據其容貌及年齡、性別等特征，最終確定死者身份。有利于偵查人員縮小偵查范圍，迅速偵破案件，為刑事偵查工作提供有力的幫助。

3D掃描技術通常掃描獲取的是物體表面輪廓的三維數據信息，對于物體內部的掃描分析具有一定的局限性。因此，3D掃描技術目前在法醫檢驗鑒定的應用中，不能掃描獲取人體內部的數據信息，對于尸體、創口的分析只能停留在外在的研究上，不能真正做到由表及里地對其進行全方位的深層研究。

3 3D掃描技術在刑事科學技術應用中的發展趨勢

3.1與3D打印技術的結合

3D打印是一種快速成型技術，它以三維激光掃描等方式獲取的數字模型為基礎，運用塑料、樹脂、橡膠、陶瓷等特殊材料，將現實中的三維物體分切成若干個二維的平面，逐層打印并疊加。它具有制造周期短、生產成本低等優勢，廣泛應用于工業設計、建筑、航空航天、醫學、土木工程等領域。

3D掃描技術是掃描實物獲得其三維數據信息，而3D打印技術是根據物體的三維數據將其打印成實物。在本質上，3D掃描技術與3D打印技術是互逆的過程。在刑事科學技術中，3D掃描技術與3D打印技術結合應用，3D掃描技術通常作為3D打印的上游工程，即通過3D掃描得到的犯罪現場的三維數據信息，可以借助3D打印技術來原樣或者等比例將其制作出來。為刑事科學技術中的犯罪現場勘查、法醫檢驗鑒定提供了一種新的工作思路，具有很強的現實意義和實踐意義。

將3D掃描技術與3D打印技術相結合，對犯罪嫌疑人遺留在犯罪現場的立體痕跡進行制模，相較于用石膏粉、硅橡膠等制模方法制作更加便捷高效且精度高，可以完整地展現立體痕跡不易提取的邊縫位置的細節特征，而且3D打印的模型材料比石膏更容易保存。由于3D掃描獲得的三維數據可以永久保存，甚至可以隨時利用3D打印技術重新制作立體痕跡模型，為固定犯罪現場提取到的痕跡物證提供了新的方法。除了打印犯罪現場的立體痕跡模型，結合3D掃描技術與3D打印技術還可以等比例制作犯罪現場的3D模型，完成3D犯罪現場立體模型的制作，可以更加直觀的顯示出犯罪現場的真實情況。另外，通過3D掃描并打印被害人受傷創口、骨折的骨骼、尸體等，有助于法醫檢驗鑒定以及科學研究的進行。而且三維數據信息無保留時間的限制，可以分門別類地保存起來隨時進行打印，為不同刑事案件現場被害人傷情的研究或者學習等工作提供支持。

3.2與VR、AR技術的結合

虛擬現實技術（Virtual Reality，以下簡稱VR）是利用計算機模擬產生一個三維的虛擬世界，讓使用者感受到視覺、聽覺等多感官上的模擬，令其不受限制地感知三維空間內的事物。增強現實技術（Augmented Reality，以下簡稱AR）是通過計算機技術將虛擬的物體與真實的環境疊加在一起，將真實環境中的特性加在虛擬環境中，將兩種信息同時顯現出來。

VR、AR技術最大的特點就是給予使用者很強的沉浸感，讓使用者在虛擬與現實世界中交互。基于此項特點將3D掃描技術與VR、AR技術結合，可以應用于刑事科學技術領域中的犯罪現場勘查工作。首先借助3D掃描技術掃描獲取犯罪現場的三維數據模型，為模擬復雜的三維可視化犯罪現場提供精準的數據基礎，同時又可以結合圖形再現實景，完成犯罪現場的重建，再結合VR、AR技術實現虛擬犯罪現場的三維可視化。利用3D掃描技術與VR、AR技術結合，將平面抽象的犯罪現場三維立體化，能夠模擬真實的犯罪環境，將海量的信息展示出來，讓偵查人員身臨其境地查看現場并沉浸其中，有助于偵查人員更深入地了解犯罪現場的情況，通過模擬“重演”犯罪嫌疑人的犯罪過程，真正做到“換位思考”，有利于現場勘查工作的進行，從而發現破案線索，為快速偵破案件提供偵查方向。

3.3與無人機結合

無人駕駛飛機簡稱“無人機”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，或者由車載計算機完全或間歇地自主操作。具有靈活性高、便利性強、成本低等特點，近年來發展迅速，在農業、影視劇拍攝、災后救援、遙感測繪、環保、軍事等領域有廣泛的應用。在公安工作中也用于邊境巡查、治安監控、交通巡邏等方面。

無人機機動靈活但拍攝精度較低，難以精準的還原出被拍攝物體的三維模型，而3D掃描技術可以快速獲取物體高精度的三維數據模型，但對于地形復雜位置的建筑等物體的掃描存在困難。因此，結合無人機遙感與3D掃描技術高精度的優勢進行互補，在刑事科學技術中可以完成快速、高分辨率、高精度的交通事故現場勘查以及地形復雜的戶外犯罪現場勘查等工作。操作靈活的無人機與3D掃描不受地形的限制，能夠實時地獲得高分辨率的現場三維數據信息，實現快速犯罪現場重建，以滿足高效地完成現場勘查工作，盡快恢復正常交通、生產生活秩序的需要。3D掃描技術與無人機二者結合應用，不僅可以提高現場勘查人員的工作效率，還可以避免勘查人員在現場勘查過程中發生二次事故的危險。

4結語

隨著現代科學技術的不斷發展，3D掃描技術應用于刑事科學技術領域可以解決傳統手段中痕跡物證提取方法單一、長期保存困難的問題;實現犯罪現場快速、無損化的三維重建以及獲取犯罪現場立體圖;借助3D掃描人體面部信息建立數據庫用于人臉識別以及為法醫檢驗鑒定提供新思路等。有助于對案件的發生過程進行細致觀察和深入分析，從而快速高效地找出破案的關鍵。將3D掃描技術與3D打印技術，VR、AR技術或無人機的優勢相結合，可以更好地促進3D掃描技術在刑事科學技術中的應用，為公安機關提高案情分析的效率和質量，為打擊違法犯罪提供強有力的技術手段支撐。

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