交通事故後の再構築に使用する3Dスキャン：Origin ForensicsによるArtec Leoの使用方法
法医学的事故の再建に関する専門家であるジャロッド・カーター（Jarrod Carter）博士は、悲惨な見た目になってしまった車両を取り扱うたびに、そこから発見されるべきストーリーを見出します。この車はこの橋にぶち当たった瞬間、一体どのくらいのスピードで走っていたのでしょうか？ドライバーは衝突の何秒前にブレーキを踏んだのでしょうか？乗員全員はシートベルトを着用していたでしょうか？そして、車の安全機能は乗員達をどの程度保護したのでしょうか？
法医学技術者のカイル・ロスウェル（Kyle Rothwell）氏が、破損した2014年のDodge ChargerをArtec Leoでスキャンしている様子（ワシントン州スポケーンバレーのSpalding’s Auto Partsにて）
Origin Forensicsのカーター博士のチームは事故の背景にあるそういったストーリーを暴きだすために仕事の依頼がきて、様々なデータを収集しました。例えばドローン写真や三脚つきのレーザースキャナから得た、現場の状況をキャプチャした3Dモデルや、警察のレポート、警察等が提供した現場の写真やビデオ、監視カメラの映像、信号機のカメラから得たビデオ、ドライブレコーダーのビデオ、またはイベントデータレコーダー（EDR、またの名は車の「ブラックボックス」）からのデータなどです。
これらのさまざまなソースは、クラッシュに至るまでの数秒から、幅広い詳細を提供します。例えばブレーキの使用や、アクセルの適用、ステアリングホイールの角度、横方向/縦方向の加速、ロールレート、エンジンRPM、そしてギア位置などの情報です。
彼らがそういった事故のストーリーを暴きだすために活用するツールのひとつに最近追加されたのは、Artec Leoです。
Originはワイヤレスのハンドヘルド3DスキャナであるLeoを使用しています。その使用目的は、他でもなく事故で破損した車両の背後にあるストーリーを明らかにすることです。彼らは自らの経験から、次のことを発見しました ：Leoはフロントバンパーからリアバンパーまでの全ての車両の外部または内部のデジタルツインを作成することが可能です。しかも、サブミリメーターの精度で、1時間以内に完了できます。
Leoがスキャンした2014 Dodge Chargerを表示するArtec Studioソフトウェアのスクリーンショット
過去には、破損した車両のデジタルツインを作成するための試みの一環として、三脚つきの3Dレーザースキャナを使用したことがありました。そのスキャンプロセスでは、可能な限り詳細を記録するためにスキャナの配置を何度も変更しなければなりませんでした。車両の周りを様々な高さから、車両の内側と外側の両方から行いました。
そのようにスキャナの配置変更を繰り返す努力をしても、説得力のあるデジタルツインを作成するためには必要な詳細のクオリティが不十分でした。もっとも、それはカーター氏が自身のキャリアの初期に使用していた下げ振りや巻尺を使用する方法に比べれば、はるかに優れてはいましたが。
三脚つきのレーザースキャナを使用する際のワークフローにおいてもう1つの重要な問題は、時間でした。三脚付きスキャナを使用するスキャンには、スキャナの位置を変更する時間を除いても、数分かかります。車両の詳細を含むスキャンには、大体1時間、場合によっては2〜3時間かかることがあります。
車両全体のスキャンに与えられる時間はわずか
カーター氏のチームが仕事に取り掛かるとき、車両を扱うために通常4〜8時間ほど彼らに時間が与えられますが、スキャンだけがここで彼らが行う唯一のタスクではありません。しかも原則として、彼らを含む誰もがそれを直接見るのはその一度きりであると見込んで、車両との貴重な時間を有意義に使わなければなりません。したがって、スキャン段階中にできる時間の節約は、検査を可能な限り完全に行えるチャンスにつながります。
ジャロッド・カーター博士がArtec LeoでDodgeのMinivanをスキャンしているところ（ワシントン州ピュアラップのInsurance Auto Auctionにて）
「この（時間の問題）は、私が三脚付きレーザースキャナよりも優れたソリューションを探していた主な理由の1つです。私はスピードと柔軟性を提供するものを探していましたが、それはLeoが提供してくれます。Leoは速度を低下させてしまう配線や接続するコンピューターが不要なためです。現在ではもう、車両のスキャンに十分な時間がとれるように残りの検査を急がなくてもよくなりました」とカーター氏は言います。
「車両は私たちの仕事のコアの部分にあたるので、デジタルツイン作成のためのデータ収集に十分な時間を費やすことは重要なのです。それは、現在よりもデータ収集に時間がかかっていた以前からずっとそうでした。現在はLeoを使用するおかげで、車両のデジタルツインのデータを非常に速く収集することができます。また、Leoの背面にあるタッチスクリーンを使用して、3Dメッシュのクオリティや、キャプチャされているテクスチャを確認したりするなど、車両の場を去る前に必要なことをその場で確認できます」とカーター氏は言います。
「車両の一部を見逃してしまったり、特定の領域で必要な詳細が得られなかった場合は、スキャナを少しかざすだけで興味のある部分のみを簡単にまたスキャンすることができます。これまでの三脚付きのレーザースキャナを使用するワークフローとは異なり、オフィスに戻ってデータ処理を始めるまでテクスチャやジオメトリのキャプチャが十分でないことに気が付かなかったということがなくなりました。Leoを使用すると、私達が車両から離れる際にはもうすべてがそこにあると確信できるのです」
広範でリアルなテクスチャの絶対的な必要性
カーター氏は、テクスチャデータに関連して、Leoの機能を高く評価しました。「Leoに最初期待していなかったのは、Leoがキャプチャするテクスチャ情報の忠実度でした。色と表面の詳細は、まるで写真のように見えるのです。また、三脚付きスキャナのように、テクスチャがポイントクラウドの個々のポイントに分離されることはありません」
「その代わりに、テクスチャはそれらのポイント間のスペースを埋めます。ギャップを埋めることの副次的な利点は、検査時に考慮しなかった視点から車両を検査するときに得られます。私はそのおかげで、検査で撮った写真だけに制限されなくなりました。必要に応じて、車両のさまざまな側面の検査写真のように見えるものを作成することができます」
カーター氏はさらにこう続けました。 「Leoの活用で、私達は高精度のスキャンを得ることができ、そのスキャンは私達が必要な分析に十分なジオメトリデータを提供します。それから私達は写真のテクスチャを追加して、それをリアルな見た目にします。私は今でも初めてLeoでキャプチャした車両のモデルをズームインしたときのことを覚えています。それはとても衝撃的でした。それはキャプチャした車両と全く同じように見えて、デジタルツインのまさにあるべき姿でした。私達はこれまで、ここまで忠実度の高いモデルを作成することはできませんでした。今までと全くレベルが違いました」
Leoがスキャンした Dodge Minivanを表示するArtec Studioのスクリーンショット
カーター氏のチームがLeoを使い始めて以来、細部に至るまでリアルなデジタルツインを作成することは彼らにとって当たり前になりました。「Artec StudioでLeoのスキャンをチェックしている時は、まるで検査中に見たとおりに車両のすぐ横に実際にいるような感覚です。事故の証拠をあらゆる視点から視覚化でき、非常に正確にそれらを測定することができるのです」とカーター氏は言います。
Artec Studioでの損傷した車の検査
カーター氏は、Leoのデータを使用する方法のひとつとして、次のように説明しています。「損傷した車両のスキャンをコンパイルしたら、その車両の損傷していない部分を損傷していない、類似モデルの車両の3Dモデルまたはスキャンデータセットに位置合わせをします。損傷した車両と損傷していない車両を比較することで、損傷した車両の衝突の程度が判断できます。これにより、衝突力の方向と大きさ、そして衝突で吸収されたエネルギー量を判断するための手がかりが得られるのです」
「他に十分な証拠があれば、吸収されたエネルギーと衝撃速度から速度変化（delta-V）の推定ができます。さらに、私達の衝突分析に加え、損傷した車両と損傷していない車両の比較を利用することで、私達以外の分野の専門家達が行う分析の支援ができます。乗員がどのように負傷したかを判断しようとしている他の専門家達もいますし、車両の設計や製造方法が乗員の怪我を引き起こした可能性があるかどうかに関心がある専門家達もいます。
3Dスキャンから生体力学的損傷の分析
Origin Forensicsは、Leoのデータを生体力学的損傷の分析にも使用しています。そこでカーター氏のチームは、外部の衝突事故を車内の乗員が関与する事故として解釈します。この分析の重要な側面は、衝突の瞬間から乗員が車の内部の特徴とどのように相互作用していたかを判断することに焦点を当てています。
カーター氏はこのように言います。「私達は乗員の負傷とそれらを引き起こした乗客席のコンパートメントを照合し、そこでの安全機能のどれかが予測通り機能しなかったかどうかを判断します。そこではエアバッグであったり、シートベルトなどの怪我を軽減するために設計されたものが対象となります。それらの怪我を防ぐために、何か別の方法で設計または製造できた可能性はあるでしょうか？このように、私達は考えられるすべてのシナリオを最初から最後まで徹底的に分析します」
カーター氏とロスウェル氏がArtec StudioでLeoがスキャンした2014 Dodge Chargerを確認している様子
カーター氏は、直接の対面またはWebを介してクライアントと最初にコンサルテーションを行う際に、彼のチームが画面をクライアントと共有してLeoで作成したデジタルツインをお見せすることで、事故に関連する詳細を指摘しながら説明することができます。
Artec Studioの表面距離マップ機能を使用し、衝突事故によるDodge Chargerの変形パターンを検査している様子
カーター氏は次のように説明しています。「このように詳細を含む3Dモデルをナビゲートすると、選択した視点からのみ捉えられた車両の2D写真に貴重な補助を提供します。多くの場合、クライアントは車両の特定の側面に興味を持っています。そんな時私達は、彼らにその特定の箇所をお見せすることができるのです。まるで私達がその車両の隣に立っているかのように、またはまるでその特定の視点から撮影した写真を見せているかのようにです」
包括的な車両損傷レポートにLeoのスキャンを使用
クライアントとの最初のコンサルテーションの後には、書面による報告書を提出するか、寄託または裁判で証言する必要があるかもしれません。そのレポートを読む人または陪審員が、事故に関与する車両が被った全ての損害の性質と程度を理解できるように展示を生成することは、多くの場合プロセスにおいて不可欠な部分です。また、Leoのスキャンから生成された3Dモデルは、説得力のある視覚的展示を作成するために必要な資産を提供します。
法医学技術者であり、Origin ForensicsでLeoに精通している専門家でもあるカイル・ロスウェル（Kyle Rothwell）氏は、Artec Studio ソフトウェアを用いたLeoスキャンの処理方法について、次のように説明しています ：「Leoスキャンをインポートした後、私はまず最初にスキャンのグループにグローバル位置合わせを実行し、次に各グループで外れ値の削除を実行してから、それらの位置合わせをします」
2014Dodge ChargerのLeoスキャンを処理するロスウェル氏
「それからガラス片や汚れ、アスファルトなどの自己現場に居合わせた不要なジオメトリデータをクリーンアップします。生データの位置合わせとクリーンアップを済ませたら、スキャンの方向を設定して地面を設定し、オブジェクトを回転させ、右側面図が車両の右側になるようにします」
ロスウェル氏は続けます。「次に、シャープメッシュ化を実行し、続いて高速メッシュ単純化を実行します。車両の場合、私達には約200万から500万ほどの三角形のメッシュ密度が適切です。それからエクスポートするためにテクスチャ情報を適用し、グレア除去を選択します。通常、私は8Kテクスチャマップを使用して細部を保持します。これでモデルをエクスポートする準備が整いました。通常は、.PNGテクスチャを含む.OBJフォーマットです」
車両の3Dデジタルツイン：本物よりもベター
カーター氏のチームが取り扱う事件の大部分は法廷外で解決されるか却下されるため、裁判にかけられることはありませんが、もし裁判にかけられたとしても、チームがずっと願っていたことをLeoは可能にしたでしょう：それは、陪審員の目の前に車両のリアルな仮想表現を見せることです。
「デジタルツインを使用すると、本物の車両に直接近づいて見るよりも実はもっと効果的なんです。ズームインしたり、好きなように回転させたり、誰にでも損傷のあらゆる部分を好きな角度や倍率で見せたりできるからです。そして、この証拠すべては事故直後そのままの状態を表すので、私が現場で検査中に見たものを忠実に表しています」とカーター氏は言います。
Artec Studioで検査の準備をしている様子：Chargerのスキャンを同じ車両の模範的な例の3Dモデルとマージします
「それほど遠くない将来に、陪審員が独自のモニターを持ったり、そのような展示が提示されたときにVRゴーグルを着用したりすることは当たり前になる日が来るかもしれません。もしそうなったら、Leoスキャンデータの影響はさらに拡大化しますね。陪審員にいろいろ説明しながら車の周りや車内をお見せして、オンデマンドで重要な箇所に彼らの注意を向けることができます」
「以前は、実際の車を裁判所に持って行き、陪審員をそこまでお連れして確認していただく必要がありました。これは、もしかすると裁判所が許可してくれないかもしれない高価な手段です。しかしLeoが生成したデータを使用すれば、車の仮想モデルを法廷に持ち込み、陪審員にあちこち見てもらうことができます」
Artec Studioの表面距離マップを使用して、Chargerの損傷を視覚的に検査
では、カーター氏はどのようにしてArtec Leoに出会えたのでしょうか？カーター氏は市場で入手可能なすべてのハンドヘルド3Dスキャナをオンラインで検索し、比較していたときに、Artecアンバサダーである Digitize DesignsのYouTubeチャンネルを見つけたそうです。それから彼はその会社の3Dスキャン専門家であるボ・ヘルムリッチ（Bo Helmrich）氏と連絡を取り、話をしたそうです。するとヘルムリッチ氏は、スキャンプロセスのビデオと車両スキャンのサンプルデータを彼に送信して、Artec Leoを紹介したそうです。
Leoが彼らのニーズをどれだけ効果的に満たすかを示すために、実演でヘルムリッチ氏はトヨタ・ハイランダーの外観全体をLeoでスキャンしました。この作業は開始から終了まで32分かかりました。90分後、スキャンは処理され、準備が整いました。カーター氏は、当時見せてもらった3Dモデルの第一印象を思い出し、このように言います。
「私は非常にその幾何学的なディテールのレベルに衝撃を受けました。私達が行う作業ではそれがとても重要だからです。基礎となる3Dデータの品質が非常に高くなければ、テクスチャはここまで効果的にならなかったはずです。なぜなら、テクスチャと3Dデータの両方が相互にコンテキスト化するからです」
カーター氏はさらに次のように説明しました。何らかの理由でポリゴンメッシュに欠陥ができたり、歪んだり、多少狂いが出てしまったら、それをカバーしてくれる魔法のようなテクスチャなどありません。幸いなことに、Leoはその両方のカテゴリーで素晴らしい結果をもたらしてくれます。私達が当時その素晴らしい結果を見て以来ずっと、すべての私達のプロジェクトでもそれが見れるようになりました」
開梱からスキャンまで、Leoの取り扱い方法をわずか数分で習得
Leoの購入後、カーター氏のチームは、そのスキャナとArtec Studioソフトウェアの使用方法に関するリモートトレーニングを受講しました。ロスウェル氏はこの時の彼の経験について、次のようにコメントしています。
「ペリカンケースのような小型オブジェクトでLeoの使用方法を学んだのは楽しかったです。箱から出してほんの数分で、Leoは詳細を含むモデルを生成する準備ができていました。始めに大型オブジェクトをスキャンするのは少し難しかったので、私は別のアプローチを見つけたんです」
彼は次のように詳しく説明しました。「ひとつのプロジェクトを小さいグループに分割すれば、最も効果的になることがわかったのです。つまり、各車両をセクションごとにスキャンしてから、Artec Studioにそれらを1つずつロードするようにしたのです。もう今では、毎回一貫して正確な結果が得られます」
Leoが彼らの仕事にどれだけのインパクトを与えたかを尋ねると、ロスウェル氏はこう答えました。Leoを使い始める前に私達がどうやってスキャンをしていたかを思い返すと、その差は歴然です」
Artec Leoで車両をスキャンする法医学技術者のカイル・ロスウェル氏
そして彼はこう続けました。 "Leoは全く異なるレベルにいます。このスキャナを使用する際に、これを完全に際立たせるのは、スキャン中に得られるフィードバック（リアルタイムのレビュー）や、細部をキャプチャできる機能、そしてカラーテクスチャ情報のクオリティですね」
広範なエンジニアリングと再構築の経験を持つカーター氏のチームは、衝突に関係する物理学に精通していることが求められるような事故を手掛けるよう、定期的に仕事の依頼が舞い込んできます。さらに、彼らは頻繁に分析を拡張して、車両の乗員が受けた負傷を評定します。
クライスラーやフォードモーター、ホンダ、ジープ、日産、プログレッシブ、セーフコ、そしてトヨタを始めとする米国中の有名企業が定期的にOrigin Forensics.に仕事を依頼するのは、そういったことが理由です。彼らの詳細を含む調査とレポート、そして誠実なコンサルテーションのおかげで、依頼をリピートするクライアントが絶えず、新しいクライアントにも頻繁に紹介されるという、喜ばしい事態になっています。
Origin Forensicsの指針となるモットーは、「Veritas、Fidelitas、Claritas」（真実、忠実、明快さ）です。彼らのモットーは、最新かつ最高のテクノロジーを駆使して証拠を忠実に表現し、クライアントや裁判官、そして陪審員に彼らの発見を可能な限り明確に提示しながら真実を発見するという、彼らの使命を定義します。
カーター氏は、Leoが彼らの使命において不可欠である理由を次のように説明します。「私はフォレンジックによる事故の再構築において可能であることの限界を覆したいんです。クライアントに卓越したサービスとソリューションを提供できるようにするには、常に最高のテクノロジーに敏感でいる必要があります。それが私がArtec Leoを選んだ理由です。Leoは私たちに市場の他のどんな製品よりも優れた利益を与えてくれますから」