La scansione 3D per la ricostruzione di incidenti stradali: come Origin Forensics utilizza Artec Leo

Ogni volta che l'esperto di ricostruzione di incidenti forensi Jarrod Carter, Ph.D., si avvicina a un rottame d'auto accartocciato, vede un libro di storie che aspettano di essere raccontate: a che velocità si muoveva l'auto quando si è schiantata contro il ponte? Quanti secondi prima dell'impatto il conducente ha frenato? All'interno avevano tutti le cinture di sicurezza allacciate? E i dispositivi di sicurezza dell'auto hanno protetto i suoi occupanti?

Il tecnico forense Kyle Rothwell scansiona con Artec Leo una Dodge Charger del 2014 distrutta (presso Spalding's Auto Parts a Spokane Valley, WA)

Quando Carter e il suo team di Origin Forensics vengono chiamati ad aiutare a raccontare la storia dietro un'auto distrutta, raccolgono un'ampia varietà di dati, inclusi modelli 3D del luogo dell'incidente ottenuti da foto di droni e scanner laser su treppiede, rapporti della polizia, foto o video di polizia, filmati di sorveglianza, video della telecamera del semaforo, video della dashcam e dati del registratore di dati di eventi (EDR, ovvero la "scatola nera" dell'auto).

Queste varie fonti offrono un ampio spettro dei dettagli dei secondi che precedono e includono l'incidente: utilizzo dei freni, applicazione dell'acceleratore, angolo del volante, accelerazione laterale/longitudinale, velocità di rollio, giri del motore, posizioni del cambio e altro.

Una recente aggiunta alla loro cassetta degli attrezzi è Artec Leo.

Origin utilizza Leo, uno scanner 3D portatile wireless diverso da qualsiasi altro, per raccontare la storia dietro il metallo contorto dei veicoli distrutti. Sulla base della loro esperienza hanno scoperto che Leo può generare fedelmente un gemello digitale dell'esterno o dell'interno di un veicolo in meno di un'ora, da un paraurti all'altro, con una precisione submillimetrica.

Schermata del software Artec Studio che mostra la scansione Leo di una Dodge Charger 2014

In passato, come parte dei loro sforzi per creare copie digitali di veicoli distrutti, hanno utilizzato uno scanner laser 3D montato su treppiede. Il processo di scansione comportava il riposizionamento fisico dello scanner numerose volte intorno al veicolo, a diverse elevazioni, all'interno e all'esterno, per registrare il maggior numero di dettagli possibile.

Nonostante tutti questi spostamenti il dettaglio, sebbene decisamente migliore del metodo con metri e righelli utilizzato da Carter all'inizio della sua carriera, era ancora privo delle qualità necessarie per creare un gemello digitale convincente.

Un altro problema significativo con il flusso di lavoro dello scanner laser su treppiede era il tempo. Ogni scansione con uno scanner su treppiede richiede diversi minuti, escluso il tempo associato al riposizionamento. Una scansione dettagliata di un veicolo richiede in genere un'ora e, in alcuni casi, fino a due o tre ore.

Una breve finestra di tempo per scansionare l'intero veicolo

Quando Carter e il suo team si mettono al lavoro, generalmente hanno una finestra che va dalle quattro alle otto ore di accesso al veicolo, e la scansione non è l'unica cosa che devono fare. Di regola, sfruttano il loro tempo con il veicolo come se fosse l'ultima volta che potranno mai accedervi. Pertanto, tutto il tempo risparmiato durante la fase di scansione garantisce una minor fretta durante le fasi di ispezione successive.

Jarrod Carter Ph.D. scansiona un minivan Dodge con Artec Leo (presso Insurance Auto Auction a Puyallup, WA)

"(Il problema del tempo) è uno dei motivi principali per cui ho cercato una soluzione migliore rispetto al nostro scanner laser su treppiede. Cercavo velocità e flessibilità, e Leo ci offre entrambe, soprattutto perché non è collegato con cavi o computer che finirebbero inevitabilmente tra i piedi. Non sento più la fretta durante il resto dell'ispezione perché si teme di non avere il tempo sufficiente per scansionare il veicolo", ha detto Carter.

"Poiché il veicolo è al centro del nostro lavoro, è importante dedicare abbastanza tempo alla raccolta dei dati necessari per il suo gemello digitale, anche quando ciò ci richiedeva molto più tempo di quanto ne richieda oggi. Ora, con Leo, raccogliamo i dati per il gemello digitale del veicolo molto più velocemente. E posso usare il touchscreen sul retro per controllare la qualità della mesh 3D che sto creando, la texture che viene catturata e per assicurarmi di avere tutto ciò di cui ho bisogno prima di andarmene", ha affermato Carter.

"Se mi sono perso qualche aspetto del veicolo o non ho ottenuto i dettagli che desideravo in un'area, posso facilmente scansionare di nuovo il pezzo che mi interessa con un passaggio dello scanner. Non è più come in passato, con il nostro flusso di lavoro di scansione laser su treppiede, dove dovevamo aspettare di tornare in ufficio e iniziare a elaborare i dati prima di renderci conto che alcune texture o geometrie erano state catturate in modo insoddisfacente. Con Leo, quando ci allontaniamo dal veicolo, siamo sicuri che c'è tutto."

Il bisogno cruciale di texture estese e realistiche

Per quanto riguarda i dati delle texture, Carter ha espresso elogi alle capacità di Leo, "non ci aspettavamo da Leo una tale fedeltà delle texture catturate. Il colore e i dettagli della superficie appaiono fotorealistici, o quasi. E la texture non è isolata nei singoli punti nella nuvola di punti, come con uno scanner su treppiede".

"Al contrario, la texture riempie gli spazi tra quei punti. Un vantaggio collaterale del colmare le lacune si ha quando si esamina il veicolo da prospettive che non si consideravano durante l'ispezione. Ora non sono limitato dalle foto che ho scattato durante l'ispezione. Posso generare, su richiesta, quelle che sembrano foto di ispezione di diversi aspetti del veicolo."

Carter ha continuato: "Con Leo otteniamo scansioni estremamente accurate che forniscono dati geometrici più che sufficienti per qualsiasi analisi che dobbiamo condurre. E poi aggiungi la texture delle foto per renderla reale. Ricordo la prima volta che ho ingrandito il modello di un veicolo che abbiamo catturato con il nostro Leo. È stato incredibile. Sembrava esattamente come il veicolo originale, un gemello digitale perfetto per il nostro lavoro. Non siamo mai stati in grado di generare modelli di un tale realismo in passato. È incredibile."

Screenshot di Artec Studio che mostra la scansione con Leo del minivan Dodge

Avere un gemello digitale del veicolo realistico fin nei minimi dettagli è diventato lo standard per Carter e il suo team da quando hanno iniziato a usare Leo. "Quando ci sediamo per esaminare le scansioni di Leo in Artec Studio è proprio come essere accanto al veicolo, esattamente come durante l'ispezione. Possiamo visualizzare le prove da qualsiasi prospettiva e misurarle con un'accuratezza eccezionale", ha affermato Carter.

Ispezione dei danni sui veicoli in Artec Studio

Carter ha spiegato un modo in cui usano i dati del loro Leo: "Una volta compilate le scansioni di un veicolo danneggiato, allineiamo qualsiasi parte non danneggiata di quel veicolo con un modello 3D o scansioniamo un set di dati di un veicolo simile non danneggiato. Il confronto tra danneggiato e non danneggiato ci consente di determinare l'entità dello schiacciamento sul veicolo danneggiato, un primo passo per determinare la direzione e l'entità delle forze di collisione, nonché quanta energia è stata assorbita nella collisione.

"Possiamo stimare il cambiamento di velocità (delta-V) dall'energia assorbita e dalla velocità di impatto se abbiamo abbastanza altre prove. Inoltre possiamo utilizzare il confronto tra i veicoli danneggiati e non danneggiati, insieme alla nostra analisi delle collisioni, per assistere altri esperti che stanno cercando di determinare come gli occupanti sono stati feriti, e ancora altri esperti che stanno valutando quali aspetti della progettazione o della produzione del veicolo abbiano eventualmente causato o aggravato tali lesioni."

Dalla scansione 3D all'analisi delle lesioni biomeccaniche

Origin Forensics utilizza anche i dati di Leo per l'analisi delle lesioni biomeccaniche. In questo passaggio Carter e il suo team traducono gli eventi esterni dell'incidente negli eventi che coinvolgono gli occupanti all'interno del veicolo. Un aspetto chiave dell'analisi si concentra sulla determinazione del modo in cui gli occupanti hanno interagito con le forme interne dell'auto dal momento dell'impatto in poi.

Secondo Carter, "colleghiamo le lesioni dell'occupante agli elementi dell'abitacolo che le hanno causate e determiniamo se una qualsiasi delle funzioni di sicurezza non ha funzionato come previsto, che si tratti di airbag, cinture di sicurezza o qualcos'altro che è stato progettato per mitigare il danno. Qualcosa potrebbe venire progettato o prodotto in modo diverso per prevenire tali lesioni? Analizziamo ogni possibile scenario, dall'inizio alla fine."

Carter e Rothwell esaminano i dati di scansione di Leo della Dodge Charger 2014 in Artec Studio

Durante le consultazioni iniziali con un cliente, di persona o sul web, Carter può condividere il suo schermo e far apparire il gemello digitale generato dal suo team con il loro Leo, sottolineando e spiegando tutti i dettagli rilevanti.

Ispezione dei modelli di deformazione da schiacciamento del caricabatterie utilizzando la funzione di mappatura della distanza dalla superficie di Artec Studio

Come ha spiegato Carter, "La navigazione in un modello 3D così dettagliato fornisce un prezioso complemento a qualsiasi foto 2D del veicolo, che è congelata nel tempo dalla prospettiva scelta. Spesso il cliente è curioso di un aspetto specifico del veicolo e possiamo portarlo lì e mostrarglielo come se fossimo in piedi accanto al veicolo o guardando una foto scattata da quella particolare prospettiva”.

Utilizzo delle scansioni con Leo per rapporti completi sui danni ai veicoli

Dopo le consultazioni iniziali con un cliente potrebbe essere necessario presentare un rapporto scritto o testimoniare in una deposizione o processo. La generazione di documenti che aiutino il lettore del rapporto o il membro della giuria a comprendere la natura e l'entità del danno subito da uno o più veicoli coinvolti è spesso parte integrante del processo. E i modelli 3D generati dalle scansioni Leo forniscono le risorse necessarie per creare una presentazione visiva avvincente.

Il tecnico forense Kyle Rothwell, esperto interno di Origin Forensics, ha descritto come elabora le scansioni del Leo nel software Artec Studio : "Dopo aver importato le nostre scansioni dal Leo, eseguo prima la registrazione globale su un gruppo di scansioni, quindi la rimozione dei valori anomali in ciascuno dei gruppi, dopodiché li allineo."

Rothwell elabora le scansioni Leo della Dodge Charger 2014

"Quindi pulisco tutti i dati geometrici vaganti, come pezzi di vetro, sporco, asfalto, ecc. Una volta che i dati grezzi sono stati registrati, allineati e ripuliti, oriento le scansioni per impostare il piano del suolo e ruotare l'oggetto in modo che la vista laterale destra corrisponda al lato destro del veicolo."

Rothwell ha continuato: "Eseguo quindi una Sharp Fusion, seguita da una semplificazione Fast Mesh. Per un veicolo, una densità di mesh dai 2 ai 5 milioni di triangoli è appropriata per ciò di cui abbiamo bisogno. Partendo da lì, applico le informazioni sulla texture per l'esportazione e seleziono il bagliore ridotto. Normalmente uso una mappa texture 8K per conservare i dettagli più minuti. Quindi il modello è pronto per l'esportazione, solitamente in formato .OBJ con texture .PNG."

Gemelli digitali 3D di veicoli: anche meglio di quelli reali

La maggior parte dei casi che Carter e il suo team gestiscono sono risolti in via stragiudiziale, o archiviati, e quindi non arrivano mai in tribunale. Ma nel raro caso in cui ci arrivano, il loro Leo da loro la capacità di fare ciò che hanno sempre sognato: presentare alla giuria una rappresentazione virtuale e realistica del veicolo.

"È perfino meglio di trovarsi vicino al veicolo reale, poiché il gemello digitale si può ingrandire, ruotare a piacere, e mostrare a tutti qualsiasi parte del danno da qualsiasi angolazione o con qualsiasi ingrandimento. E tutte queste prove vengono raccolte subito dopo l'incidente, quindi rappresentano esattamente ciò che ho visto durante l'ispezione", ha detto Carter.

Preparazione per l'ispezione in Artec Studio: l'unione della scansione della Charger con un modello 3D di esempio del veicolo stesso

"In un futuro non troppo lontano", ha detto Carter, "potrebbe essere normale che le giurie dispongano di un proprio monitor o indossino occhiali VR quando vengono presentate tali prove, il che renderebbe l'impatto dei dati di scansione Leo ancora più indimenticabile. Potremmo accompagnarli in un tour guidato intorno o all'interno di un veicolo, richiamando la loro attenzione su aspetti chiave su richiesta."

"In passato, avremmo dovuto portare l'auto vera e propria in tribunale e portare la giuria a vederla, un'operazione costosa senza alcuna garanzia che il tribunale acconsentisse. Ora, con i dati che generiamo dal nostro Leo, possiamo portare l'auto in aula e lasciare che i giurati la esaminino virtualmente."

Utilizzo della mappatura della distanza dalla superficie di Artec Studio per ispezionare visivamente i danni della Charger

Ma cosa ha portato Carter a scoprire Artec Leo? Durante le sue ricerche online e il confronto tra tutti gli scanner 3D portatili disponibili sul mercato, Carter ha trovato il canale YouTube dell'ambasciatore Artec Digitize Designs. Da lì ha contattato e parlato con Bo Helmrich, l'esperto di scansione 3D dell'azienda, che gli ha presentato Artec Leo inviando dei video del processo di scansione e dati di esempio da una scansione di veicolo.

Per mostrare loro quanto Leo avrebbe soddisfatto le loro esigenze, per la demo, Helmrich ha scansionato l'intero esterno della sua Toyota Highlander con Leo, impiegando solo 32 minuti dall'inizio alla fine. 90 minuti dopo le scansioni erano già elaborate e pronte per l'uso. Carter ha ricordato le sue prime impressioni del modello 3D ricevuto:

"Ero rimasto sbalordito dai dettagli geometrici e dalle texture che stavo guardando, perché sono estremamente importanti nel lavoro che facciamo. Ora, senza dei dati 3D sottostanti di qualità così elevata, le texture non sarebbero altrettanto efficaci. Le texture e i dati 3D si contestualizzano a vicenda."

Carter ha spiegato inoltre: "Se per qualsiasi motivo la mesh poligonale è fuori misura, distorta o deformata, anche minimamente, nessuna texture, per quanto sorprendente, la salverà. Fortunatamente, Leo offre risultati eccellenti in entrambe le categorie. L'abbiamo visto allora e lo vediamo in ogni singolo progetto in cui lo utilizziamo."

Imparare a usare Leo, dalla scatola alla scansione in pochi minuti

Dopo aver acquistato il loro Leo, Carter e il suo team hanno ricevuto una formazione a distanza su come utilizzare lo scanner e il software Artec Studio. Rothwell ha commentato la sua esperienza a proposito:

"Imparare a usare il nostro Leo su oggetti più piccoli come una custodia Pelican è stata una gioia. Subito pronto all'uso, Leo era pronto a generare modelli dettagliati in pochi minuti. All'inizio, scansionare oggetti più grandi è stato un po' più impegnativo, quindi ho trovato un approccio diverso."

Ha spiegato: "Ho capito che era meglio quando suddividevo il progetto in blocchi più piccoli, il che significava scansionare ogni veicolo in sezioni e poi caricarle una per una in Artec Studio. Ora abbiamo risultati coerenti e accurati ogni volta."

Alla domanda su come sia il lavoro ora che usano Leo, Rothwell ha detto: "Quando ripenso a come scansionavamo prima che il nostro Leo entrasse a far parte della squadra, non c'è davvero paragone."

Il tecnico forense Kyle Rothwell scansiona un veicolo con Artec Leo

Ha continuato: "Con Leo è tutta un’altra storia. Dal punto di vista operativo, sono il feedback che si ottiene durante la scansione (revisione in tempo reale), la capacità di catturare i dettagli più fini e la qualità delle informazioni delle texture a colori che contraddistinguono Leo.

Con il loro vasto background ingegneristico e l'esperienza nella ricostruzione, Carter e il suo team sono regolarmente chiamati a lavorare su incidenti che richiedono un profondo livello di comprensione della fisica coinvolta in un incidente. Inoltre, spesso estendono la loro analisi alla valutazione delle lesioni subite dagli occupanti di un veicolo.

Questo è il motivo per cui grandi nomi come Chrysler, Ford Motors, Honda, Jeep, Nissan, Progressive, Safeco, Toyota e altre società e agenzie negli Stati Uniti si rivolgono regolarmente a Origin Forensics. Le loro indagini approfondite, i rapporti dettagliati e le consultazioni oneste fanno tornare i clienti esistenti e spesso ne fanno arrivare di nuovi.

Il motto guida di Origin Forensics è “Veritas, Fidelitas, Claritas” (Verità, Fedeltà, Chiarezza). Il loro motto definisce la loro missione: scoprire la verità, rappresentando fedelmente le prove utilizzando le più recenti e migliori tecnologie e presentando le loro scoperte a clienti, giudici e giurie con la massima chiarezza.

Carter ha spiegato perché Leo è essenziale alla loro missione: "Voglio superare i confini delle possibilità nella ricostruzione degli incidenti, e questo mi richiede di essere sempre alla ricerca delle migliori tecnologie, in modo da poter fornire servizi e soluzioni eccezionali per i nostri clienti. Ecco perché ho scelto Artec Leo. Ci fornisce un vantaggio senza paragoni in questo campo."