교통사고 재구성을 위한 3D 스캐닝: Origin Forensics가 Artec Leo를 사용하는 방법

포렌식 사고 재구성 전문가 Jarrod Carter 박사가 뒤틀린 사고 자동차에 다가갈 때마다 그는 답을 기다리고 있는 이야기 책을 봅니다. 다리에 부딪혔을 때 차가 얼마나 빨리 달렸습니까? 충돌하기 몇 초 전에 운전자가 브레이크를 밟았습니까? 안에 있던 사람들은 모두 안전벨트를 매고 있었습니까? 그리고 자동차의 안전장치가 탑승자를 얼마나 잘 보호했습니까?

Origin Forensics의 Carter와 그의 팀은 사고 차량에 숨겨진 이야기를 들려달라는 요청을 받으면 드론 사진과 삼각대 기반 레이저 스캐너, 경찰 보고서, 경찰이나 다른 사람들의 장면 사진이나 비디오, 감시 화면, 정지 신호등 카메라 비디오, 대시 카메라 비디오, 이벤트 데이터 리코더(EDR, 일명 차량 "블랙박스")부터 3D 사이트 모델을 포함한 다양한 데이터를 수집합니다.

이러한 다양한 소스를 통해 브레이크 사용, 가속 장치 작동, 스티어링 휠 각도, 횡방향/종방향 가속, 롤 레이트, 엔진 RPM, 기어 위치 등 충돌을 포함한 충돌로 이어지는 수 몇 초까지의 광범위한 세부 정보를 얻을 수 있습니다.

최근에 그들의 스토리텔링 도구 상자에 Artec Leo가 추가되었습니다.

Origin은 다른 어떤 것과 달리 무선 휴대형 3D 스캐너인 Leo를 사용하여 부서진 차량인 비틀어진 금속에 숨겨진 이야기를 들려줍니다. 그들은 경험을 통해 Leo가 차량 전체를 1시간 이내에 차량 외부 또는 내부의 디지털 복제물을 1mm 이하의 정확도로 충실하게 만들 수 있다는 사실을 알았습니다.

2014년형 Dodge Charger의 Leo 스캔을 보여주는 Artec Studio 소프트웨어 스크린숏

과거에는 부서진 차량의 디지털 복제물을 만들기 위한 노력의 일환으로 삼각대에 장착된 3D 레이저 스캐너를 사용했습니다. 스캔 프로세스에는 스캐너의 위치를 차량 주변, 내부 및 외부의 여러 높이에서 여러 번 물리적으로 재조정하여 가능한 한 많은 세부 정보를 기록해야 했습니다.

그리고 이렇게 위치를 재조정하며 작업했음에도 불구하고 세부 정보는 Carter가 자신의 경력 초기에 사용했던 다림추 및 줄자 법보다는 훨씬 낫지만, 설득력 있는 디지털 트윈을 만드는 데 필요한 품질로는 여전히 부족했습니다.

삼각대 기반 레이저 스캐너 작업 흐름의 또 다른 중요한 문제는 시간입니다. 삼각대 기반 스캐너로 스캔할 때마다 위치 조정과 관련된 시간을 제외하고 몇 분이 걸립니다. 차량을 자세히 스캔하는 데는 한 시간이 쉽게 걸릴 수 있으며 때에 따라서는 두세 시간까지 걸릴 수도 있습니다.

포렌식 기술자 Kyle Rothwell이 Artec Leo로 부서진 2014년형 Dodge Charger를 스캔하고 있다(미국 워싱턴주 Spokane Valley의 Spalding’s Auto Parts에서)

전체 차량을 스캔하는 데 필요한 짧은 시간

Carter와 그의 팀은 작업에 착수할 때 일반적으로 차량에 4~8시간 정도 접근할 여유가 있으며 스캔만이 유일한 의제는 아닙니다. 그리고 일반적으로 차량을 살펴보는 시간을 마치 본인들이나 다른 사람이 그 차량을 볼 수 있는 마지막 시간인 것처럼 취급합니다. 따라서 스캔 단계에서 시간을 절약하면 검사가 최대한 완벽하게 수행되도록 추가로 호흡 공간이 제공됩니다.

Carter는 "이것(시간 관련 문제)이 제가 삼각대 기반 레이저 스캐너보다 더 나은 솔루션을 찾아본 주된 이유 중 하나입니다. 저는 속도와 유연성을 찾고 있었는데 Leo가 우리에게 바로 그것을 주었습니다. 특히, 작업 속도를 늦출 수도 있는 케이블도 없고 연결된 컴퓨터도 없습니다. 이제 차량을 스캔하기에 충분한 시간을 확보하기 위해 남은 검사를 서두르는 일은 없어진 것 같습니다."라고 말했습니다

Artec Leo로 Dodge Minivan을 스캔하고 있는 Jarrod Carter 박사(워싱턴주 퓨알럽의 보험 자동차 경매에서)

Carter는 “차량은 우리 작업의 중심에 있기 때문에, 디지털 복제물에 필요한 데이터를 수집하는 데 충분한 시간을 투자하는 것이 중요합니다. 현재보다 훨씬 더 오래 걸리더라도 말이죠. 이제 Leo를 사용하여 차량의 디지털 복제물 데이터를 훨씬 더 빠르게 수집할 수 있습니다. 그리고 뒷면의 터치스크린을 사용하여 그것이 만드는 3D 메시의 품질과 캡처되는 텍스처를 확인하고 떠나기 전에 내가 필요한 것을 확보할 수 있습니다.

차량의 일부 측면을 놓쳤거나 한 영역에서 내가 원하는 세부 정보를 얻지 못한 경우 스캐너를 잠깐 사용하여 관심 있는 부분을 쉽게 다시 스캔할 수 있습니다. 과거의 삼각대 기반의 레이저 스캐닝 작업 흐름과는 다릅니다. 그때는 사무실에 돌아올 때까지 기다렸다가 어떤 텍스처나 형상이 이상적으로 캡처되지 않았다는 것을 깨닫기 전에 데이터를 처리하기 시작해야 했습니다. Leo를 사용하면 우리가 차량에서 멀어져도 모든 것이 거기에 있다고 확신할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

광범위하고 사실적인 텍스처에 대한 중대한 필요성

텍스처 데이터와 관련하여 Carter는 Leo의 기능에 대해 “우리가 Leo에서 기대하지 않았던 것은 캡처한 텍스처 정보의 충실도였습니다. 색상 및 표면의 디테일은 사실적이거나 거의 그렇게 보입니다. 그리고 텍스처는 삼각대 기반 스캐너처럼 포인트 클라우드의 개별 포인트로 분리되지 않습니다.

“대신 텍스처가 이 점들 사이의 공간을 채웁니다. 간격을 메우는 부수적인 이점은 검사 시 고려하지 않은 관점에서 차량을 검사할 때 나타납니다. 이제 저는 검사 중 찍은 사진들에 얽매이지 않습니다. 필요에 따라 차량의 다양한 측면에 대한 검사 사진처럼 보이는 것을 생성할 수 있습니다.”라고 높이 평가했습니다.

Carter는 계속해서 “Leo를 사용하면 수행해야 하는 모든 분석에 대해 충분한 형상 데이터를 제공하는 매우 정확한 스캔을 얻을 수 있습니다. 그런 다음 사진 텍스처를 더해 실제처럼 만듭니다. 저는 Leo로 찍은 차량의 모델을 처음 확대했던 때를 기억합니다. 경이로웠습니다. 그것은 디지털 트윈에서 얻고자 하는 것과 똑같게 보였습니다. 과거에는 이러한 고성능 모델을 만들 수 없었습니다. 근처에도 못 갔습니다.”라고 말했습니다.

Dodge Minivan의 Leo 스캔을 보여주는 Artec Studio 스크린숏

Carter와 그의 팀은 Leo를 사용하기 시작한 이후로 아주 작은 디테일까지 실물과 같은 차량의 디지털 트윈을 기대하게 되었습니다. Carter는 “Artec Studio에서 Leo 스캔을 살펴보기 위해 앉으면 마치 검사 중에 본 그대로의 차량 옆에 있는 것과 같습니다. 우리가 원하는 모든 관점에서 증거를 시각화할 수 있고 아주 놀라운 정확도로 이를 측정할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

Artec Studio에서 차량 손상 검사

Carter는 Leo의 데이터를 사용하는 한 가지 방법에 대해 “손상된 차량의 스캔을 수집하면 해당 차량의 손상되지 않은 부분을 손상되지 않은 유사한 차량의 3D 모델 또는 스캔 데이터 세트와 정렬합니다. 손상된 차량과 손상되지 않은 차량을 비교함으로써 파손된 차량에 가해진 압궤 정도를 결정할 수 있으며, 이를 통해 충돌력의 방향과 크기, 충돌 시 흡수된 에너지의 양을 결정하는 기준을 확보할 수 있습니다.

충분한 다른 증거와 함께 흡수 에너지와 충돌 속도에서 속도 변화(델타-V)를 추정할 수 있습니다. 또한 충돌 분석과 함께 손상된 차량과 손상되지 않은 차량 간의 비교를 통해 탑승자가 부상당한 경위를 확인하려는 다른 전문가 그리고 차량 설계 또는 제조의 일부 측면이 부상을 유발하거나 심화한 가능성을 평가하는 다른 전문가를 지원할 수 있습니다.“라고 설명했습니다.

3D 스캔에서 생체역학 부상 분석까지

Origin Forensics는 또한 Leo의 데이터를 사용하여 생체역학 부상을 분석합니다. 여기에서 Carter와 그의 팀은 외부 충돌 사건을 차량 내부의 탑승자가 관련된 이벤트로 해석합니다. 분석의 핵심 측면은 탑승자가 충돌 순간부터 차량의 내부 기능과 어떻게 상호작용하는지 파악하는 데 중점을 두고 있습니다.

Carter는 "우리는 탑승자의 부상을 원인이 된 차 안의 요소와 일치시키고 에어백, 안전벨트 또는 부상을 완화하기 위해 설계된 다른 안전장치가 예상대로 작동하지 않았는지 판단합니다. 이러한 부상을 방지하기 위해 무언가 다르게 설계되거나 제조될 수 있었을까? 우리는 처음부터 끝까지 가능한 모든 시나리오를 분석합니다.“라고 말했습니다.

Artec Studio에서 2014년형 Dodge Charger의 Leo 스캔 데이터를 검토하고 있는 Carter와 Rothwell

고객과의 초기 상담, 대면 또는 웹을 통해 Carter는 화면을 공유하고 그의 팀이 Leo로 만든 디지털 트윈을 불러와 관련 세부 사항을 지적하고 설명할 수 있습니다.

Artec Studio의 표면 거리 매핑 기능을 사용하여 Charger의 압궤 변형 패턴 검사

Carter는 "이렇게 세부적인 3D 모델을 살펴봄으로써 선택한 관점에서 시간이 정지된 차량의 2D 사진에 귀중한 추가 자료를 얻을 수 있습니다. 고객이 차량의 특정 측면에 대해 궁금해하는 경우가 종종 있으며, 우리는 3D 모델을 바로 가져가 마치 차량 옆에 서 있거나 특정 관점에서 찍은 사진을 보는 것처럼 보여줄 수 있습니다.”라고 설명했습니다.

종합적인 차량 손상 보고서에 Leo 스캔 사용

고객과 초기 협의 후 서면 보고서를 제출하거나 진술 또는 재판에서 증언해야 할 수도 있습니다. 보고서를 읽는 사람이나 배심원이 관련 차량이 입은 피해의 성격과 정도를 이해하는 데 도움이 되는 증거물을 만드는 것은 종종 프로세스의 필수적인 부분입니다. 그리고 Leo 스캔으로 만든 3D 모델은 설득력 있는 시각적 증거물을 만드는 데 필요한 자산이 됩니다.

Origin Forensics의 Leo에 대한 사내 전문가인 포렌식 기술자 Kyle Rothwell은 Artec Studio 소프트웨어에서 Leo 스캔을 처리하는 방법에 대해 “Leo 스캔을 가져온 후 먼저 스캔 그룹에 대해 전역 정합을 실행한 다음 각 그룹에 대해 특이값 제거(Outlier Removal)를 실행하고 나서 정렬합니다.

2014년형 Dodge Charger의 Leo 스캔을 처리 중인 Rothwell

그러고 나서 유리 조각, 먼지, 아스팔트 등과 같은 빗나간 향상 데이터를 정리합니다. 원시 데이터를 정합, 정렬 및 정리하면 스캔 방향을 조정하여 접지면을 설정하고 물체를 회전시켜 우측은 차량의 우측이 되도록 합니다."라고 설명했습니다.

Rothwell은 이어서 "그런 다음 Sharp Fusion을 실행하고, 이어서 Fast Mesh Simplification을 실행했습니다. 차량의 경우 작업하려면 약 2백만에서 5백만 개의 삼각망 밀도가 필요합니다. 거기에서 내보낼 텍스처 정보를 적용하고 눈부심 감소를 선택합니다. 보통 8K 텍스처 맵을 사용하여 더 작은 디테일을 유지합니다. 그러면 일반적으로 .PNG 텍스처가 있는 .OBJ 형식으로 모델을 내보낼 준비가 됩니다.”라고 덧붙였습니다.

실제보다 훤씬 뛰어난 차량의 3D 디지털 트윈

Carter와 그의 팀이 다루는 대부분의 사건은 법정 밖에서 해결되거나 기각되어 재판까지 가지는 않지만, 그들은 재판에 갈 경우 Leo를 통해 항상 꿈꿔왔던 것을 할 수 있었습니다. 그것은 바로 배심원단 앞에서 차의 실제와 같이 가상으로 보여줄 수 있는 능력입니다.

Carter는 “디지털 트윈을 사용하면 차량 자체를 가까이에서 보는 것보다 훨씬 낫습니다. 디지털 트윈을 사용하면 원하는 대로 확대하고 회전할 수 있으며 원하는 각도나 배율로 모든 사람에게 손상 부위를 보여줄 수 있기 때문입니다. 그리고 이 모든 증거는 생생하게 사고에서 얻어진 것이므로 제가 조사하면서 본 것을 그대로 나타냅니다.“라고 말했습니다.

Artec Studio에서 검사 준비 중: Charger 스캔을 동일한 차량의 전형적인 3D 모델과 병합

Carter는 "그리 머지않은 미래에 그런 증거물이 제출되면 배심원단이 자신만의 모니터를 갖거나 VR 고글을 착용하는 것이 흔한 일이 될 수 있으며, 이는 Leo 스캔 데이터의 영향을 더욱 잊을 수 없게 만들 것입니다. 우리는 필요에 따라 배심원단이 주요 측면에 주의를 기울이도록 안내하며 차량 내부 또는 주변을 보여줄 수 있습니다.

과거에 우리는 실제 차를 법원으로 가져와 배심원들을 데리고 가서 그것을 보게 해야 했습니다. 이는 법원에서 허용한다는 보장도 없는 비용이 많이 드는 작업이었습니다. 이제는 Leo에서 생성한 데이터를 사용하여 차를 법정에 가져와 배심원들이 가상으로 그 주위를 돌아다니게 할 수 있습니다.“라고 귀띔했습니다.

Artec Studio의 표면 거리 매핑을 사용하여 충돌한 Charger의 손상을 시각적으로 검사

그렇다면 Carter가 Artec Leo를 선택한 이유는 무엇일까요? 시중에 나와 있는 모든 휴대용 3D 스캐너를 온라인으로 검색하고 비교하면서 Carter는 Artec 홍보대사인 Digitize Designs의 유튜브 채널을 발견했습니다. 거기서부터 Carter는 그 회사에 연락하여 3D 스캐닝 전문가인 Bo Helmrich와 이야기를 나눴고, Bo Helmrich는 스캔 과정을 보여주는 비디오와 차량 스캔의 예제 데이터를 그에게 보내 Artec Leo를 소개했습니다.

그들에게 레오가 그들의 요구를 얼마나 효과적으로 충족시킬 수 있는지를 보여주기 위해, Helmrich는 시연을 위해 Leo로 자신의 Toyota Highlander 전체 외관을 스캔했으며, 이 작업은 처음부터 끝까지 32분이 걸렸습니다. 90분 후 스캔이 처리되어 사용할 준비가 되었습니다. Carter는 자신이 받은 3D 모델에 대한 첫인상을

"저는 제가 보고 있던 기하학적 디테일과 텍스처에 놀랐습니다. 그것들은 우리가 하는 작업에서 매우 중요하기 때문입니다. 기본 3D 데이터의 품질이 그렇게 높지 않다면 텍스처가 거의 효과적이지 못할 것입니다. 텍스처와 3D 데이터 모두 서로 맥락화하기 때문입니다.“라고 기억했습니다.

Carter는 이어서 “어떤 이유로든 다각형 메시가 아주 적게라도 정리가 안 되거나, 일그러지거나, 뒤틀려져 있다면, 놀라운 텍스처가 아무리 많아도 그것을 살릴 수 없을 것입니다. 다행히 Leo는 두 범주 모두에서 뛰어난 결과를 제공합니다. 우리는 그때 그것을 보았고 오늘날 우리가 사용하는 모든 단일 프로젝트에서 그것을 볼 수 있습니다.”라고 설명했습니다.

언박싱에서 스캔까지 몇 분 만에 Leo 사용법 배우기

Leo를 구매한 후 Carter와 그의 팀은 스캐너와 Artec Studio 소프트웨어 사용 방법에 대한 원격 교육을 받았습니다. Rothwell은 이에 대한 경험에 대해

"펠리컨 케이스와 같은 소형 물체에 Leo를 사용하는 방법을 배우는 것은 즐거웠습니다. Leo는 상자에서 꺼내자마자 몇 분 만에 세부적인 모델을 생성할 준비가 되었습니다. 처음에는 대형 물체를 스캔하는 것이 좀 더 어려웠기 때문에 다른 접근 방식을 찾았습니다.“라고 말했습니다.

그는 “프로젝트를 더 작은 덩어리로 나눌 때 가장 효과적이라는 것을 알았습니다. 그것은 각 차량을 부분별로 스캔한 다음 Artec Studio에 하나씩 로드하는 것이었습니다. 이제 우리는 매번 일관되고 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.”라고 설명했습니다.

Rothwell은 Leo를 사용한 작업의 차이점에 대해 질문을 받자, "Leo를 사용하기 전에 우리가 스캔하던 방식을 되돌아보면 정말 비교가 되지 않습니다."라고 말했습니다.

Artec Leo로 스캔 중인 포렌식 기술자 Kyle Rothwell

그는 이어서 “Leo의 수준은 완전히 다릅니다. 조작상 Leo를 절대적으로 차별화하는 것은 스캔하는 동안 받는 피드백(실시간 검토), 미세한 디테일을 캡처하는 기능 및 색상 텍스처 정보의 품질입니다.”라고 말했습니다.

광범위한 엔지니어링 배경과 재구성 경험을 가진 Carter와 그의 팀은 충돌에 관련된 물리학에 관한 깊은 이해가 필요한 사고에 작업해 달라는 요청을 정기적으로 받고 있습니다. 또한, 차량 탑승자가 입은 부상을 평가하는 데까지 자주 분석 범위를 넓히고 있습니다.

이것이 바로 Chrysler, Ford Motors, Honda, Jeep, Nissan, Progressive, Safeco, Toyota와 같은 유명 기업과 미국 전역의 다른 기업들과 기관들이 정기적으로 Origin Forensics를 찾는 이유입니다. Origin Forensic은 심층 조사, 상세한 보고서 및 정직한 상담을 통해 기존 고객이 자사를 다시 찾고 신규 고객에게 자주 추천하도록 만듭니다.

Origin Forensics의 좌우명은 „Veritas, Fidelitas, Claritas“(진실성, 성실성, 명확성)입니다. 이 회사의 좌우명은 진실을 밝혀내는 동시에 최신 기술과 최고 기술을 사용하여 증거를 충실히 표현하고 나서 자사의 조사 결과를 고객, 판사, 그리고 배심원단에게 가장 명확하게 제시한다는 자사의 임무를 정의합니다.

Carter는 "저는 포렌식 사고 재구성에서 가능한 것의 경계를 넓히고 싶으며, 이를 위해서는 고객에게 탁월한 서비스와 솔루션을 제공할 수 있도록 항상 최고의 기술을 추구해야 합니다. 그것이 제가 Artec Leo를 선택한 이유입니다. Leo은 시중에 나와 있는 그 어떤 것보다 우리가 경쟁에서 우위를 점할 수 있게 해 줍니다.”라고 Leo가 그들의 임무에 꼭 필요한 이유를 설명했습니다.