刑事科学技术工作中三维扫描技术的应用

王丹琳　戚馨月

摘 要 刑事科学技术是现代科学技术在刑事诉讼领域具体应用的学科，能够为查明案件事实提供线索，对案件的侦破具有十分重要的作用，其发展始终与现代科学技术的发展同步。3D扫描技术作为一种新兴技术，在医学、教育等领域应用的范围越来越广泛。论文主要研究3D扫描技术在刑事科学技术领域中的应用，研究该技术在立体痕迹扫描提取、犯罪现场重建、三维人脸扫描入库以及法医检验鉴定等方面应用的可行性、优势以及存在的问题，并对3D扫描技术与3D打印技术，AR、VR技术和无人机技术结合应用于刑事科学技术中的发展趋势进行展望，为刑事科学技术工作提供一个新的发展方向。

关键词 三维扫描技术 立体痕迹提取 现场重建 人脸建库 法医检验鉴定

中图分类号：D918文献标识码：A

0引言

近年来，随着现代科学技术的快速发展，主要是计算机技术的发展，为刑事科学技术工作带来新的机遇，为了更好地适应当代公安工作的要求，坚决打击违法犯罪活动，维护社会的和谐稳定，刑事科学技术工作也应该与时俱进，不断地将现代科技应用其中。3D扫描技术作为当下科技发展的重要课题，具有较高的测量精度与较快的扫描速度，能获取物体大量的点云数据，对物体的3D分析有很大的作用。目前，3D扫描技术已广泛应用于医学、工业、考古、航空航天等多个领域，并且发展迅速，但其在刑事科学技术领域的应用研究较少。论文旨在研究3D扫描技术在刑事科学技术领域的应用，主要从立体痕迹的扫描提取、犯罪现场的重建、三维人脸的扫描入库以及法医检验鉴定四个方面来进行，有助于刑事科学技术人员在现场勘查过程中对犯罪嫌疑人遗留的痕迹、物证乃至整个犯罪现场进行更加直观、全面、真实的分析，有助于分析犯罪嫌疑人的犯罪行为、刻画犯罪嫌疑人的形象，为侦查破案提供方向，从而实现精准打击违法犯罪。

1 3D扫描技术概述

3D扫描技术集光、电、计算机技术于一体，主要用于对物体空间外形和结构进行扫描，以获得物体表面的空间坐标，从而将实物原型转化为数字化实物三维信息的一项高新技术，其重要意义在于能将实物的实体几何信息转换为计算机能直接处理的数字信号，实现实物数字化。

1960年，英国Ferranti公司开发了第一台三坐标测量机，1992年全球拥有三坐标测量机46100台，年销售增长率为7%至25%，发达国家拥有量最高。目前，在欧美等发达国家，高新技术公司开展对3D扫描技术的研究工作已经形成一定规模的产业，产品在扫描速度、扫描精度、使用寿命、操作性等方面都在不断地提高，使用范围不断扩大，同时产品价格也在不断下降。3D扫描技术在各个领域的应用中，都起到了或多或少的推动作用，使相关领域得到了不同程度的发展。当前，3D扫描技术在国外应用领域日渐扩大，逐步从科学理论研究走入百姓日常生活中。

3D扫描技术在我国是从20世纪90年代后期开始迅速发展和推广。由于当时我国制造业大多面向低端产品，对3D扫描技术的需求并不高，以及3D扫描技术对制造要求较高但国内制造业技术、工艺水平欠发达等原因，给国内3D扫描技术的发展带来一定影響。随着中国经济的快速发展，国内科学技术的进步，现如今，3D扫描技术以三维激光扫描为主，尤其是手持式三维激光扫描，由于其具有精度高、便携的优点，存在着广阔的发展前景和巨大的市场。目前，3D扫描技术已经广泛应用于汽车制造、航空航天、轨道交通、质量控制等工业领域，在消费级领域也同样很受欢迎，我国在3D扫描领域已跻身国际一流水平。

2 3D扫描技术在现代刑事科学技术中的应用

2.1立体痕迹的扫描提取

立体痕迹是犯罪现场中常见的痕迹物证，例如手印、足迹、工具痕迹很多都是以立体痕迹的形式表现出来的。通过对案发现场立体痕迹的提取检验，可以清晰、直观地分析犯罪嫌疑人的人身特征，通过痕迹进行人身的同一认定，分析和判断作案工具的种类等有效信息，为案件的侦破提供侦查线索，为法庭诉讼提供证据。因此，犯罪现场立体痕迹的提取，对后续的检验鉴定工作乃至对整个案件的发展都起着至关重要的作用。

传统的立体痕迹提取方法有照相法，提取原物法，利用硅橡胶、石膏粉制模提取等方法。这些方法各有优势但仍然存在着一些缺陷，比如，照相法不能很好地反映立体痕迹各方位的细节特征，对于体积过大的立体痕迹提取困难;制模法提取容易破坏立体痕迹上的生物物证、微量物证等等问题。而通过3D扫描技术对立体痕迹进行扫描提取，可以在不对所扫描的立体痕迹造成磨损破坏的前提下获取其可靠、真实的三维数据信息，对痕迹进行无损化扫描提取，而且还可以真实地反映立体痕迹的特征，对于零部件形状比较复杂的工具痕迹也能全面、无遗漏地反映其细节特点。

利用3D扫描技术扫描提取立体痕迹可以更好地展现立体痕迹的细节特征，但是由于扫描精度有限，对于立体感较弱的一些立体痕迹便无法进行扫描获取其三维数据信息，比如附着物为汗液、血液、灰尘的加层手印，薄层灰尘足迹，客体表面轻微的刮擦痕迹等，不能做到在任何条件下对立体痕迹的扫描提取都适用。

2.2犯罪现场重建

犯罪现场重建是对现场犯罪过程的客观再现，因此犯罪现场的重建必须建立在客观存在的犯罪现场事实的基础上。进行犯罪现场重建有助于进一步了解判明案件的性质、犯罪行为的发生过程，而对犯罪现场的重建越接近实际，越有利于侦查人员挖掘获取与案件相关的更多信息。3D扫描技术可以高效、准确地为侦查人员获取案件现场的全方位空间位置信息，不但可以比利用犯罪现场平面图、现场照片、现场摄像等传统犯罪现场重建的方式更加真实的还原现场的视觉信息，还能够提供准确的空间位置测量功能，为侦查人员对案情的进一步研究提供强有力的依据。

利用3D扫描技术对犯罪现场进行扫描重建能够快速准确地记录现场的三维数据，但对于涉及范围广、环境复杂的室外场景，以及现场物品繁多的犯罪现场，目前的3D扫描技术还不能很好地完成现场的重建，需要多角度、多方位的扫描，后期再利用软件对其进行拼接还原等处理。

2.3三维人脸扫描建库

人脸识别作为生物识别的技术方法之一，由于其方便、非接触等优点在刑事科学技术中也发挥着不可替代的作用，比如在网上追逃、户籍调查、证件查验、寻找失踪人口等方面都得到了广泛的应用。人脸识别是通过判断不同图像中的人像或人像与人物的相貌特征是否一致而进行同一认定的技术。人脸识别技术的普遍应用离不开建立人脸识别数据库。相较于二维平面人脸图像信息数据库，三维人脸包含更多有助于进行人脸识别的数据信息，利用人脸三维信息进行识别有助于克服传统二维人脸图像识别的方法所带来的难题。三维人脸信息数据更加客观、真实，可以避免人脸角度、伪装等因素对人脸信息造成的影响，提高人脸数据库信息的准确性及有效性。利用3D扫描技术对人脸进行扫描，获取人脸的几何形状信息和纹理信息，扫描同时即可显现三维人脸模型且精度超高，从而建立三维人脸信息数据库。像办理身份证件时录入的指纹一样简单，再由于其非接触性的特点，在之后的识别过程中无需被扫描人的主动配合即可完成，方便且高效。

将3D扫描技术应用在人脸识别中，需要对扫描到的三维人脸进行表示、分析、提取特征以进行分类识别。虽然三维人脸数据所包含的信息量更加丰富，但是基于3D扫描技术如何扫描提取到对分类有效的特征进行人脸表示是三维人脸识别的关键研究内容，也是建立三维人脸数据库之前首要解决的问题，要应用在刑事科学技术领域就是后期的识别技术有待发展。

2.4法医检验鉴定

法医学是法庭科学的重要组成部分，是刑事科学技术的主要内容之一。法医检验鉴定中的损伤程度鉴定经常涉及测量人体体表创口、瘢痕的长度或面积。采用3D扫描技术对创口、瘢痕进行3D扫描测量，能够避免直尺法、拍照法等传统的测量方法在测量时人为因素以及创口或瘢痕不规则、痂皮附着、体表皮肤曲率变化等因素造成的误差，得到准确可靠的测量数据。法医检验鉴定中的尸体检验对涉及刑事案件 或死因不明的尸体所进行的检验。通过3D扫描技术可以完整地记录尸体状况，为快速完成尸检分析提供最可靠的资料。经过3D扫描将尸体三维数字化，还可以避免外在因素对其造成破坏，从而影响鉴定的准确度。此外，对于在刑事案件中白骨化或无法辨认身份的尸体，需要对现场颅骨进行面貌重建来确认死者身份。通过3D扫描技术将颅骨3D扫描并建模，再借助计算机软件在其外表增加各种组织包含脸部肌腱、软骨、肌肉等，逐渐还原死者的脸部特征，能够形成更加接近死者真实容貌的三维模型。有助于侦查人员根据其容貌及年龄、性别等特征，最终确定死者身份。有利于侦查人员缩小侦查范围，迅速侦破案件，为刑事侦查工作提供有力的帮助。

3D扫描技术通常扫描获取的是物体表面轮廓的三维数据信息，对于物体内部的扫描分析具有一定的局限性。因此，3D扫描技术目前在法医检验鉴定的应用中，不能扫描获取人体内部的数据信息，对于尸体、创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对其进行全方位的深层研究。

3 3D扫描技术在刑事科学技术应用中的发展趋势

3.1与3D打印技术的结合

3D打印是一种快速成型技术，它以三维激光扫描等方式获取的数字模型为基础，运用塑料、树脂、橡胶、陶瓷等特殊材料，將现实中的三维物体分切成若干个二维的平面，逐层打印并叠加。它具有制造周期短、生产成本低等优势，广泛应用于工业设计、建筑、航空航天、医学、土木工程等领域。

3D扫描技术是扫描实物获得其三维数据信息，而3D打印技术是根据物体的三维数据将其打印成实物。在本质上，3D扫描技术与3D打印技术是互逆的过程。在刑事科学技术中，3D扫描技术与3D打印技术结合应用，3D扫描技术通常作为3D打印的上游工程，即通过3D扫描得到的犯罪现场的三维数据信息，可以借助3D打印技术来原样或者等比例将其制作出来。为刑事科学技术中的犯罪现场勘查、法医检验鉴定提供了一种新的工作思路，具有很强的现实意义和实践意义。

将3D扫描技术与3D打印技术相结合，对犯罪嫌疑人遗留在犯罪现场的立体痕迹进行制模，相较于用石膏粉、硅橡胶等制模方法制作更加便捷高效且精度高，可以完整地展现立体痕迹不易提取的边缝位置的细节特征，而且3D打印的模型材料比石膏更容易保存。由于3D扫描获得的三维数据可以永久保存，甚至可以随时利用3D打印技术重新制作立体痕迹模型，为固定犯罪现场提取到的痕迹物证提供了新的方法。除了打印犯罪现场的立体痕迹模型，结合3D扫描技术与3D打印技术还可以等比例制作犯罪现场的3D模型，完成3D犯罪现场立体模型的制作，可以更加直观的显示出犯罪现场的真实情况。另外，通过3D扫描并打印被害人受伤创口、骨折的骨骼、尸体等，有助于法医检验鉴定以及科学研究的进行。而且三维数据信息无保留时间的限制，可以分门别类地保存起来随时进行打印，为不同刑事案件现场被害人伤情的研究或者学习等工作提供支持。

3.2与VR、AR技术的结合

虚拟现实技术（Virtual Reality，以下简称VR）是利用计算机模拟产生一个三维的虚拟世界，让使用者感受到视觉、听觉等多感官上的模拟，令其不受限制地感知三维空间内的事物。增强现实技术（Augmented Reality，以下简称AR）是通过计算机技术将虚拟的物体与真实的环境叠加在一起，将真实环境中的特性加在虚拟环境中，将两种信息同时显现出来。

VR、AR技术最大的特点就是给予使用者很强的沉浸感，让使用者在虚拟与现实世界中交互。基于此项特点将3D扫描技术与VR、AR技术结合，可以应用于刑事科学技术领域中的犯罪现场勘查工作。首先借助3D扫描技术扫描获取犯罪现场的三维数据模型，为模拟复杂的三维可视化犯罪现场提供精准的数据基础，同时又可以结合图形再现实景，完成犯罪现场的重建，再结合VR、AR技术实现虚拟犯罪现场的三维可视化。利用3D扫描技术与VR、AR技术结合，将平面抽象的犯罪现场三维立体化，能够模拟真实的犯罪环境，将海量的信息展示出来，让侦查人员身临其境地查看现场并沉浸其中，有助于侦查人员更深入地了解犯罪现场的情况，通过模拟“重演”犯罪嫌疑人的犯罪过程，真正做到“换位思考”，有利于现场勘查工作的进行，从而发现破案线索，为快速侦破案件提供侦查方向。

3.3与无人机结合

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全或间歇地自主操作。具有灵活性高、便利性强、成本低等特点，近年来发展迅速，在农业、影视剧拍摄、灾后救援、遥感测绘、环保、军事等领域有广泛的应用。在公安工作中也用于边境巡查、治安监控、交通巡逻等方面。

无人机机动灵活但拍摄精度较低，难以精准的还原出被拍摄物体的三维模型，而3D扫描技术可以快速获取物体高精度的三维数据模型，但对于地形复杂位置的建筑等物体的扫描存在困难。因此，结合无人机遥感与3D扫描技术高精度的优势进行互补，在刑事科学技术中可以完成快速、高分辨率、高精度的交通事故现场勘查以及地形复杂的户外犯罪现场勘查等工作。操作灵活的无人机与3D扫描不受地形的限制，能够实时地获得高分辨率的现场三维数据信息，实现快速犯罪现场重建，以满足高效地完成现场勘查工作，尽快恢复正常交通、生产生活秩序的需要。3D扫描技术与无人机二者结合应用，不仅可以提高现场勘查人员的工作效率，还可以避免勘查人员在现场勘查过程中发生二次事故的危险。

4结语

随着现代科学技术的不断发展，3D扫描技术应用于刑事科学技术领域可以解决传统手段中痕迹物证提取方法单一、长期保存困难的问题;实现犯罪现场快速、无损化的三维重建以及获取犯罪现场立体图;借助3D扫描人体面部信息建立数据库用于人脸识别以及为法医检验鉴定提供新思路等。有助于对案件的发生过程进行细致观察和深入分析，从而快速高效地找出破案的关键。将3D扫描技术与3D打印技术，VR、AR技术或无人机的优势相结合，可以更好地促进3D扫描技术在刑事科学技术中的应用，为公安机关提高案情分析的效率和质量，为打击违法犯罪提供强有力的技术手段支撑。

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