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挑戰：對比便攜式三維掃描儀和攝影測量技術記錄土壤和沙地鞋印時的準確性，同時，探討三維掃描是否可以代替傳統鞋印鑄模法，用于犯罪現場。
解決方案：Artec Space Spider, Artec Studio
效果：不到一分鐘，Artec Space Spider就在犯罪現場完成了立體鞋印的記錄，精度水平高。和鞋印鑄模法不同，這些3D“數字鑄模”牢不可破，便于運輸與儲存，多年后依然可以使用。
為何選擇Artec 3D？現在，鞋印能以亞毫米級彩色3D形式被保存下來，無需再使用臟亂、復雜、漫長（24-48小時干燥時間）的鑄模流程了。有了Space Spider，非專業人士也能順利采集鞋印，還能在現場與其他法證團隊分享掃描結果。
除了DNA，指紋和鞋印是另外兩種可以鎖定嫌疑人的常見證據。但由于犯罪劇和犯罪調查紀錄片熱度上升，很多犯罪分子變得越發狡猾，他們戴上面具遮擋面部，還戴上手套避免留下指紋。
但很少有犯罪分子會想要掩蓋自己的鞋印。因此，犯罪現場幾乎滿是鞋印，可以用來鎖定犯罪嫌疑人。
如果記錄、采集得當，這類證據可以提供除嫌疑人身份之外的海量細節，還有可能重建部分犯罪過程：鞋子的類型、牌子、尺寸和具體型號，現場的嫌疑人數量，他們進出這片區域的路徑，甚至還能推測出事件發生的順序。
從采集到對比
鞋印采集完后，無論是否完整，都可以通過可搜索的數據庫，如SICAR、國家鞋履參考數據庫（NFRC）、EverASM和SoleMate FPX，和幾千雙鞋進行對比。
找到匹配的鞋子后，調查人員就能看到鞋子的全部品類特征，也就是商標、設計、鞋底圖案這些生產制造留下的特征。
另一方面，還有一些“個性化”或“隨機”特征，不會在上述數據庫中發現，因為這類特征都是長期磨損或意外改變造成的。這些特征讓每一只鞋都與眾不同。
這些特征包括刮痕、劃痕、切口、洞、擦傷、小石子，還有卡在鞋底紋路中的其他東西。這些特征對于鎖定犯罪現場的嫌疑人來說，十分關鍵，因為在犯罪現場出現有一處或多處相同隨機特征的鞋印的概率小得驚人。
法證專家正在對比鞋印照片和鞋子
根據聯邦調查局的數據，一只美制鞋碼8.5的鞋子外底表面積約為16000平方毫米。如果鞋子上有一個一毫米的隨機特征，無論是切口、石子還是刮痕，在另一只鞋的同一位置出現的概率只有16000分之一。
這還沒有考慮到鞋的尺寸和鞋底設計，以及隨機特征的朝向、形狀和大小。
如果說兩只鞋在同一位置有兩三處相同的隨機特征，那么這種概率又急劇下降：兩處特征相同的概率是127992000分之一，三處特征相同的概率小到只有6830億分之一。
通過鞋印鎖定鞋與嫌疑人
為了解這些鞋印是如何用于實際犯罪調查的，我們假設鞋履調查員通過可搜索數據庫，確定一個殺人嫌犯當時穿著一雙15碼的耐克Air Jordan XXXVI。
調查員可以縮小搜索范圍，搜尋鞋主，但只有通過隨機特征，找到和犯罪現場鞋印吻合的鞋，才算確定了嫌疑人身份，這類隨機特征就好比鞋子的“指紋”。
不幸的是，盡管鞋印對調查而言很重要，但鞋印是犯罪現場附近脆弱的證據。所以，必須立即記錄采集，特別是如果它們暴露在外，容易受自然因素的影響，更不用說容易被路人和急救人員污染。
法證攝影與鑄模：傳統記錄和采集方法
多年來，拍攝高質量彩色照片記錄鞋印的方式如今已進一步優化：相機必須小心翼翼地放在三腳架上，膠片與鞋印平行，好讓每張照片和鞋印底部的比例尺完全一致。
在證據采集階段，堅硬、平坦表面留下的平面鞋印，無論潛在還是顯化，都需要用靜電、膠粘劑或明膠才能提取。
待法證記錄的平面鞋印
在沙子或土壤等柔軟、不均勻質地中形成的立體鞋印，由于深度原因，需要用硅或石膏基的鑄模方案，例如牙科人造石，幾十年來一直是首選材料。
鞋印證據鑄造方式的掙扎
鑄模方式的一個明顯弊端就是這是一個需要大量接觸且具破壞性的過程，也就是說，他們只有一次機會，一旦鞋印遭到破壞，就不能再作為證據使用了。
鑄造材料一旦混合完成，就必須按合理的速度均勻倒入模具中。否則，傾倒的沖擊力在鑄模還沒變硬前，就會輕易破壞模具。成功與否，很大程度上，取決于犯罪現場技術人員的能力。
還有其他可能出現的問題，包括混合比例不對，或者混合材料中混入空氣，從調查角度而言，這都可能導致最后鑄件無效，因為最后的硬化鑄件可能出現縫隙。
這種方式還有一個弊端，就是鑄模材料可能粘上石子、石頭、泥土、草、樹枝等碎片，并最終成為鑄件的一部分。但是，在取出這些異物前，必須先等材料硬化，否則，鑄模會遭到嚴重破壞。
犯罪現場制作的立體鞋印鑄模（牙科人造石）
在犯罪現場，鑄模固化時間需要45分鐘到1小時。然后才能安全地將其運走并儲存起來，再過24-48小時，才能完全硬化，然后根據需要清理碎片。
如果需要在雪地里采集立體鞋印，就需要采取另一套方法，因為石膏基鑄模干燥的同時會釋放熱量，足以融化雪。
為防止這種情況的發生，可以將Snow Print Wax®這種雪蠟噴涂在雪地中的鞋印上，但同時，又不能噴涂太近或太多，否則都有可能讓原始圖案變形。噴霧干燥后，就能把鑄模材料小心翼翼地倒到鞋印上。
雪地中的鞋印
只有當鑄模完全干燥后，才能處理并用于調查。鑄模將作為證據使用，無論是近期的審判還是未來重審，因此還需考慮鑄模龐大的尺寸和重量，特別是掉落或處理不當，鑄模很容易破碎。
三維掃描——輕松簡單、非破壞性證據采集
一個多世紀前，法證學之父Edmond Locard曾表示“任何接觸都會留下痕跡”，可能他也暗指證據采集的方式，這種方式即便不會完全摧毀證據，也會多少造成一些改變。
如今，越來越多的執法部門和調查人員開始采用三維掃描儀來完成證據的記錄和采集，包括鞋印。從本質來看，三維掃描儀無需接觸，無破壞力，使之成為掃描任務的理想之選。掃描過程輕松安全，沒有任何損害證據的風險。
不同于過去，鑄模干燥需要等上幾個小時，現在掃描儀制成的3D模型可以在采集后幾分鐘內立刻在犯罪現場呈現出來，還能和其他地點、城市、省份等地的調查人員、技術人員與機構共享。
有些三維掃描儀還能用于雪地鞋印的采集，請看下方埃太科金牌授權合作商Patrick Thorn提供的兩張截圖。這是Artec Leo在英格蘭雪地掃描靴子鞋印一分鐘后的效果。
Artec Studio截圖：Leo掃描的雪地鞋印。供圖：Patrick Thorn
如前所述，即便在鑄模過程中噴涂特殊噴霧避免損壞，許多法證團隊很難在調查現場獲得這些工具，或者實在沒有時間等上24-48小時。
Artec Studio截圖：Leo掃描的雪地鞋印（帶紋理）。供圖：Patrick Thorn
衡量證據：對比三維掃描與攝影測量、鑄模法
最近，有一項研究深入探討了是否可以用三維掃描來代替鑄造鞋印法，同時，對比了掃描效果同現代數字攝影測量法的效果。
這項名為“使用便攜式三維掃描技術恢復鞋印證據”的研究由安大略理工大學法證科學研究員/學生Julia Harvey負責，這是她的學士榮譽研究論文，以攻讀法證科學教育項目認證委員會（FEPAC）認證的法證學士學位。
Harvey與ai2-3D Forensics專業工程師Eugene Liscio、安大略理工大學博士Theresa Stotesbury、當地警局合作，完成了她的研究目標。這項研究離不開一款手持式專業三維掃描儀Artec Space Spider，多年來，和Artec Studio軟件一道，受到法醫、古生物學、醫學等諸多領域的青睞。
法證研究員Julia Harvey借助Artec Space Spider記錄立體鞋印。供圖：ai2-3D Forensics專業工程師Eugene Liscio
Space Spider每秒可采集多達100萬個數據點，精度高達0.05毫米（相當于人類頭發的寬度），讓用戶能夠在短短一分鐘內采集復雜的鞋印，還不需要標記點等記號。
一步一步，推進研究
在研究關鍵階段，Harvey制作了兩種不同基質中（土壤和沙子）的四個獨立鞋印（靴子和運動鞋），并在CloudCompare中進行距離計算，來確定Space Spider掃描與攝影測量法制作的3D模型的精度。攝影測量法使用了尼康24.1 MP D7100單反相機。
3D證據躍然眼前：法證研究員Julia Harvey用Artec Space Spider記錄立體鞋印。供圖：ai2-3D Forensics專業工程師Eugene Liscio
研究結論如下：以三腳架三維掃描儀制作的高分辨率3D模型作為基準，距離計算表明，97%的Artec Space Spider點云絕對距離小于等于0.492毫米，97%的攝影測量點絕對距離小于等于0.512毫米。
熱圖對比顯示Space Spider（上）的精度顯著高于攝影測量法（下）記錄的立體鞋印。供圖：ai2-3D Forensics專業工程師Eugene Liscio
Harvey說道：“就像我們的研究結論所顯示，在犯罪現場采集鞋印證據時，完全可以用Artec Space Spider這類便攜式三維掃描儀來取代鑄模法。三維掃描的效果類似平面圖，但有一個好處就是可以從各個角度近距離查看所有細節。”
但這不代表任何三維掃描儀都能滿足要求。通常，專業三維掃描儀要比低成本產品的精度高，噪點低。Harvey的研究結論表明，如果掃描噪點過多，就必須進行二次掃描，那么，證據復原時間就會成倍增加。
Artec Studio截圖：Space Spider掃描的靴子鞋印。供圖：ai2-3D Forensics專業工程師Eugene Liscio
此外，對于大部分三維掃描而言，由于反光或其他原因，土壤、泥土等不同基質上的鞋印都很難采集。所以在用于犯罪現場前，需要先測試這些場景，確保所選設備可以采集鞋印，包括所有關鍵的細微特征和隨機特征。
Artec Studio截圖：Space Spider掃描的靴子鞋印（紋理已去除）。供圖：ai2-3D Forensics專業工程師Eugene Liscio
除了對比三維掃描和攝影測量法的精度，對法證專家與機構而言，還有以下幾項好處：
· 采集速度（每個鞋印不到一分鐘）；
· 能在犯罪現場進行分析（外底和隨機特征之間的距離計算）；
· 各部門、各機構間輕松保存、分享3D數據；
· 能3D打印出逼真紋理，用于法庭或調查需要。
3D打印的等比例鞋印模型，用于展示。供圖：ai2-3D Forensics專業工程師Eugene Liscio
Harvey希望未來的研究可以關注不完整鞋印的采集，以及不同基質、不同天氣下的采集效果。將已知鞋印和未知鞋印進行3D對比，對執法機構而言也很有幫助。
Harvey表示：“除了犯罪現場采集鞋印外，專業三維掃描儀能實現的還有很多——記錄血跡圖案、彈孔、人體和遺體、武器、工具等各類物體，甚至整個犯罪現場。我相信，三維掃描在法證等領域的本領只露出了冰山一角。”
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