CC BY
581
ПРОКОФЬЕВА Е.В., кандидат физико-математических наук, [email protected] Кафедра криминалистической техники учебно-научного комплекса экспертно-криминалистической деятельности; Волгоградская академия Министерства внутренних дел Российской Федерации, 400089, г. Волгоград, ул. Историческая, 130
БАРИНОВА О.А., [email protected] Учебно-научный комплекс экспертно-криминалистической деятельности; Волгоградская академия Министерства внутренних дел Российской Федерации, 400089, г. Волгоград, ул. Историческая, 130
ПРОКОФЬЕВА О.Ю., [email protected] Волгоградский политехнический колледж им. В.И. Вернадского, 400059, г. Волгоград, ул. 64-й Армии, 14
PROKOFIEVA E.V.,
Candidate of Physical and Mathematical
Sciences, [email protected]
Chair of criminalistic techniques
of the training and scientific complex
of forensic activities;
Volgograd Academy
of the Ministry of the Interior
of the Russian Federation,
Istoricheskaya St. 130, Volgograd, 400089,
Russian Federation
BARINOVA O.A.,
Training and scientific complex
of forensic activities;
Volgograd Academy
of the Ministry of the Interior
of the Russian Federation,
Istoricheskaya St. 130, Volgograd, 400089,
Russian Federation
PROKOFIEVA O.Yu.,
Volgograd Polytechnic College
named after V.I. Vernadsky,
64th Army St. 14, Volgograd, 400059,
Russian Federation
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА 3D МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ОСМОТРЕ МЕСТА СОВЕРШЕНИЯ КРАЖИ
Реферат. В целях установления обстоятельств, проверки имеющейся и получения новой информации проводится следственный эксперимент, который требует значительных затрат времени и труда. Производство и восприятие реального следственного эксперимента в значительной степени упрощается посредством применения компьютерных программ, позволяющих воссоздать обстановку места совершения преступления путем трехмерного моделирования и анимации. Рассмотрен опыт применения программы, предназначенной для создания интерактивных трехмерных моделей (3D моделирование), при осмотре места совершения кражи. С помощью программы были реконструированы негативные обстоятельства (имитация разбития окна), возникающие при осмотре места происшествия по делам о кражах. После подготовки графической части сцены, ее физических свойств и всех остальных взаимодействующих свойств был запущен процесс рендеринга симуляции (процесс расчета). В ходе эксперимента рассмотрены три сцены с различными математическими данными, в том числе скорость полета кирпича, угол, под которым кирпич взаимодействует со стеклом. Проведено экспериментальное моделирование с использованием коммерческого программного продукта Autodesk 3ds Studio max 2014, показавшее, что точность результата зависит от введенных параметров объектов и их свойств. Резюмируется, что с помощью 3D моделирования становятся возможными восстановление или имитация картины преступления с целью установления негативных обстоятельств, которые могут свидетельствовать об инсценировке преступления. Грамотное использование возможностей программного обеспечения позволит в значительной степени облегчить процесс осмотра места происшествия как в реальном, так и в виртуальном восприятии. Умелое обнаружение, использование и оценка негативных обстоятельств версий способствуют полному, всестороннему и объективному расследованию и раскрытию преступлений.
Ключевые слова: моделирование; 3D модель; криминалистика; негативные обстоятельства; кража.
USE OF 3D MODELING DURING CRIME SCENE EXAMINATION
IN CASES OF THEFT
Abstract. Investigative experiment is carried out in order to establish the circumstances, check the existing information and obtain the new one. It requires a considerable investment of time and labor. carrying out the real investigative experiment is greatly simplified by the use of computer programs allowing to recreate the environment of the crime scene by three-dimensional modeling and animation. The experience of using the program designed to create interactive three-dimensional models (3D-modeling) during crime scene examination in cases of theft is analyzed. With the help of this program the negative circumstances (imitation of breaking a window), arising in such cases, were reconstructed. After preparing the graphic part of the scene, its physical properties and all other interactive properties, the rendering process (calculation process) was started. Three scenes with different mathematical data were considered during the experiment: brick's flying speed, the angle at which the brick interacts with the glass, etc. Experimental modeling involving the use of commercial software product Autodesk 3ds Studio max 2014 was conducted. It showed that the accuracy of the result depends on the entered parameters and properties of the objects. It's summarized that using 3D modeling makes possible to reconstruct or simulate the crime scene for the purpose of establishing the negative circumstances that may indicate staging a crime. Proper use of software would greatly facilitate the process of crime scene search in both real and virtual perception. Skillful discovery, use and evaluation of negative circumstances of versions contribute to comprehensive and objective investigation and detection of crimes.
Keywords: modeling; 3d model; criminalistics; negative circumstances; theft.
В ходе осмотра места происшествия субъектам расследования часто приходится сталкиваться с ситуациями, требующими быстрого профессионального анализа совершенного события и его оценки. Так, следователь на основе собранной информации выдвигает версии об обстоятельствах произошедшего события, которые играют важную роль в определении направленности расследования дела. При выдвижении предположительных суждений большое значение имеют негативные обстоятельства, которые встречаются при расследовании многих категорий уголовных дел. Наличие негативных обстоятельств на месте происшествия, их невыявление могут способствовать получению недостоверной информации о совершенном преступлении или о неточной оценке собранных доказательств, что, в свою очередь, может ввести следственные органы в заблуждение.
В целях установления негативных обстоятельств, проверки имеющейся и получения новой информации, как правило, проводится следственный эксперимент. однако, как показывает практика расследования преступлений, эксперимент, проводимый в реальности, требует значительных затрат времени и труда. В связи с этим применение компьютерных программ, позволяющих воссоздать обстановку места совершения преступления, эмулируя различные обстоятельства, способствует быстрому анализу совершенного преступления (обстановки на месте преступления, действий преступников, способа соверше-
ния преступления и пр.), проверке имеющейся и получению новой информации с минимальными затратами времени, сил и средств, что в значительной степени упрощает производство и восприятие реального следственного эксперимента.
При расследовании преступлений, а также проведении оперативно-розыскных мероприятий было бы целесообразно использовать технологии трехмерного моделирования и анимации, которые широко применяются в современной игрострои-тельной индустрии и киноиндустрии. Так, например, инструментарий, разработанный специалистами из Управления мультимедийной судебно-медицинской экспертизы (Multimedia Forensic unit) в глазго, позволяет с высокой точностью реконструировать место преступления, а также моделировать тела жертв для демонстрации ранений, нанесенных огнестрельным или холодным оружием. Благодаря современным 3D технологиям можно мгновенно «перенестись» на место преступления и увидеть происходящее собственными глазами. Предлагаемое решение обеспечивает возможность наглядного представления вещественных доказательств [1].
На сегодняшний день в мире создано разнообразное программное обеспечение, позволяющее работать в трехмерном измерении. одним из наиболее известных приложений в сфере фотограмметрического программного обеспечения является пакет PhotoModeler, предназначенный для получения трехмерных моделей-эскизов на основе фотографий. Пакет позволя-
ет работать с любым количеством фотографий, полученных при съемке разными камерами, в том числе и одновременно в одном проекте. При необходимости можно создать модель даже по единственной фотографии, хотя качество, конечно, будет хуже. Если в ходе работы над проектом появится новый исходный материал, то в любой момент можно добавить новые снимки [2].
Программы, позволяющие воссоздать условия нанесения следов преступления, наглядно оценить и сравнить признаки с исследуемым объектом, также широко используются при производстве судебных экспертиз, например пожарно-технических [3].
В случаях, когда по каким-либо причинам эксперт не может работать с реальным объектом или следом (объект утрачен, разрушен, опасен), может прийти на помощь 3Э принтер. Конструкция из прозрачного материала позволяет увидеть работу механизма «изнутри», что, в частности, можно использовать при проведении взрывотехнических, баллистических и других экспертиз. Вместе с тем для получения объемной компьютерной модели исследуемого объекта необходимо использовать специальные сканирующие устройства, так называемые 3Э сканеры. Трехмерное, или 3Э сканирование, - это процесс перевода физической формы реального объекта в цифровую форму, то есть получение трехмерной компьютерной модели объекта.
Некоторые технологические решения уже сейчас имеются у отдельных производителей программного обеспечения для экспертных исследований. Так, автоматизированная баллистическая идентификационная система «Арсенал» (ЗАО «Системы Папилон») обладает функцией просмотра трехмерного изображения дна гильзы при кодировании, что позволяет точно описать конструктивные особенности бойка ударника и отражателя, а также особенности обработки поверхности патронного упора. Однако существуют и 3Э сканеры, которые используются при решении задач ре-инжиниринга, проектирования приспособлений, оснастки, запасных частей при отсутствии оригинальной компьютерной документации на изделие, а также при необходимости перевода в цифровой вид поверхностей сложной формы, в том числе художественных
форм и слепков. 3Э сканирование может использоваться и в целях решения задач судебной экспертизы. Образцом такого оборудования может служить лазерный самопозиционирующийся ручной 3Э сканер ZScanner800 и высокоточный оптический 3Э сканер Breuckmann stereoSCAN 5МР. Подобное оборудование позволяет сканировать различные объекты в широком размерном диапазоне: от нескольких десятков миллиметров до нескольких метров (автомобили). Погрешность измерения на длине 0,5 м не превышает 0,05 мм. Максимальное разрешение сканирования (размер минимально различимого элемента) - 0,04 мм.
Современные технологии формирования трехмерного изображения и придания ему реалистичности чрезвычайно сложны, поэтому мы лишь кратко опишем базовые технологии, которые фигурируют в качестве характеристик современных видеокарт. Прежде всего, введем основные понятия трехмерной графики. К таким понятиям относятся вершина, полигон и текстура. Любой трехмерный объект, каким бы сложным он ни был, можно представить в виде набора простейших полигонов, которыми являются треугольники. Поскольку речь идет о трехмерной графике, то любой объект представляется в виде набора точек, называемых вершинами, в трехмерном пространстве. Каждая вершина в трехмерном пространстве характеризуется тремя координатами, а система координат определяется тремя осями: горизонтальной (X), вертикальной (У) и глубины Соединяя вершины между собой, можно любую трехмерную поверхность аппроксимировать набором полигонов (многоугольников), простейшими из которых являются треугольники. Положение этих полигонов и задается вершинами. Очевидно, что для формирования изображения полигоны необходимо закрасить. Для этого часто прибегают к текстурам. Текстура - это двухмерное изображение, которое может «натягиваться» на трехмерные объекты с учетом их формы и положения.
Текстурирование трехмерных поверхностей - это самый распространенный метод закрашивания. Если бы мы попробовали смоделировать кирпичную стену без технологии наложения текстур, нам потребовалось бы прорисовывать множе-
ство отдельных граней для моделирования множества кирпичей. Текстура дает больше реализма и требует меньше вычислительных ресурсов, позволяя оперировать со всей стеной как с единой поверхностью. Все текстуры хранятся в памяти, обычно установленной на видеокарте. Чтобы придать реалистичность формируемому изображению, необходимо рассчитать, какие именно объекты должны выводиться на экран, а какие не должны попасть в поле зрения. Например, если один объект находится спереди, а второй позади, то часть второго объекта должна быть невидимой.
Для решения этой задачи применяется метод, называемый 7-буферизацией. В так называемом 7-буфере (буфере глубины) хранятся значения глубины всех пикселов ^-координаты). Когда рассчитывается новый пиксел, его глубина сравнивается со значениями глубин уже рассчитанных пикселов с теми же координатами X и У. Если новый пиксел имеет значение глубины больше какого-либо значения в 7-буфере, то новый пиксел не записывается в буфер для отображения, если меньше - записывается. Процесс обработки текстур и информации кадрового буфера называется рендерингом (или процессом закраски). Аппаратная реализация 7-буферизации значительно увеличивает производительность графической подсистемы. Главная характеристика 7-буфера - это его разрешающая способность. Она критична для высококачественного отображения сцен с большой глубиной. Чем выше разрешающая способность, тем выше дискретность 7-координат и точнее выполняется рендеринг удаленных объектов. Если при рендеринге разрешающей способности не хватает, может случиться, что два перекрывающихся объекта получат одну и ту же координату 7, что вызовет искажение изображения. как правило, видеокарты имеют 32-разрядный 7-буфер.
Кроме буфера глубины, позволяющего отсекать невидимые поверхности, для создания реалистичных трехмерных изображений необходимо учитывать, что объекты могут быть полупрозрачными. Эффект полупрозрачности создается путем объединения цвета исходного пиксела с пикселом, уже находящимся в буфере. В результате цвет точки является комбина-
цией цветов переднего и заднего планов. Для учета прозрачности объектов используется так называемый альфа-коэффициент прозрачности, который имеет значение от 0 до 1 для каждого цветового пиксела.
Очевидно, что для создания реалистичной картины происходящего на экране необходимо частое обновление его содержимого. При формировании каждого следующего кадра 3D акселератор проходит весь путь подсчета заново, поэтому он должен обладать немалым быстродействием. Но в 3D графике применяются и другие методы придания плавности движению. Наиболее распространенный - метод двойной буферизации (Double Buffering). Для двойной буферизации требуется наличие двух областей, зарезервированных в буфере кадров. Метод Double Buffering использует два буфера кадров для получения изображения: один для отображения картинки, другой для рендеринга. В то время как отображается содержимое одного буфера, в другом происходит рендеринг. Когда очередной кадр обработан, буферы переключаются (меняются местами). Без применения двойной буферизации изображение не будет иметь требуемой плавности, то есть будет прерывистым [4].
В целях установления возможности использования программных продуктов для 3D моделирования отдельных (негативных) обстоятельств механизма преступления при осмотре места происшествия нами было проведено экспериментальное моделирование с использованием коммерческого программного продукта Autodesk 3ds Studio max 2014. Данный программный продукт имеет широкий спектр применения в разных специализациях (строительство, интерьер и экстерьер, кинематография и т.д.). Модульное строение позволяет программе насыщаться дополнительными возможностями, которые могут в полной мере реализовать моделируемую картину места происшествия.
Как известно, для негативных обстоятельств (НО) характерно наличие противоречащих признаков: с одной стороны, налицо картина какого-то определенного события, с другой - отсутствуют признаки, которые неизбежно должны сопровождать это событие. Иногда же, наоборот, на месте происшествия могут быть при-
знаки, наличие которых не оправдывается логикой происшествия.
В качестве примера, иллюстрирующего НО при осмотре места происшествия (ОМП), мы выбрали отдельные (негативные) обстоятельства механизма преступления, а именно кражи. НО при данном виде преступления могут свидетельствовать о ложном сообщении о краже либо об инсценировке иного преступления. При этом одним из важных НО в данном случае является имитация разбития окна, балконного стеклопакета и т.п., так как большое распространение, особенно в летнее время, получает способ проникновения в квартиру через окно или балконную дверь. Рассмотрим, какие следы, предметы и признаки свидетельствуют о наличии негативных обстоятельств на месте происшествия, связанного с кражей, при проникновении через окно. Например, могут быть использованы следующие способы:
1. Проникновение в квартиру через открытую форточку. Покидать обворованную квартиру преступник может либо тем же путем, либо через входную дверь, открыв ее изнутри. В этом случае на входной двери не остается никаких повреждений.
2. Простое разбитие окна и т.д. При осмотре места происшествия в этом случае необходимо обращать внимание на негативные обстоятельства, свидетельствующие об инсценировке кражи.
Именно негативные обстоятельства являются особенно ценными для разоблачения этих инсценировок преступлений, то есть искусственного создания лицом, заинтересованным в соответствующем (желательном для него) завершении расследования, обстановки, не соответствующей событию, которое фактически произошло на этом месте [5; 6].
Нам необходимо было симулировать НО - разбитие оконного стекла в помещении, свидетельствующее об инсценировке кражи, для рассмотрения разброса осколков этого стекла, учитывая скорость, угол падения, направление взаимодействия и предмет взаимодействия со стеклом. Симуляция дала информацию о реакции используемых нами предметов.
Далее под компьютерной симуляцией мы будем понимать максимально приближенную к реальности имитацию
процессов и принятия решений. Для нашей симуляции использовались три основных модуля: (плагин, р^дт) RayFire - дает возможность имитировать разрушительные действия с объектами: фраг-ментировать, взрывать, расстреливать, разбивать, детонировать, ломать и т.п.; MassFX - движок* для симуляции физики твердотельных объектов; ReactorX -движок, дополняющий функции и свойства MassFX, использующийся как корректировщик взаимодействий предметов, мягких и твердых тел. Для выполнения нашей задачи была создана графическая сцена места происшествия, состоящая из помещения с тремя комнатами, окном, стеклом и непосредственно самим орудием взаимодействия (кирпичом) (см. рис. 1).
Рис. 1. Сцена места происшествия
От правильного размещения объектов напрямую зависела наша симуляция. В целях более точного восприятия нами варьировалось освещение. После подготовки графической сцены по необходимости создавалась ручная анимация для имитирования падающего объекта (полета кирпича в направлении стекла). В качестве объекта взаимодействия мы выбрали твердотельный предмет - кирпич, а в качестве объекта, подвергающегося реакции, - стекло. Выбранные объекты были максимально детализированы (рис. 2, 3).
В программе 3D max вызываем плагин MassFX. Данный инструмент имеет 4 основных действия (World parameters «Общие параметры», Simulation tools «Инструменты для симуляции», Multi-object
* Движок — это выделенная часть программного кода для реализации конкретной прикладной задачи.
editor «Множественные свойства объектов», Display option «Дисплей, или Отображение»). Каждое действие имеет подпараметры, такие как Scene Settings, Advance Settings Engine, Simulator, Utilities, Simulation Settings, Rigid Body Properties, Physical material properties, Physical Mesh, Physical Mesh parameters, Force, Advanced. Кроме того, подпараметр имеет подсвойства, где мы вводим и устанавливаем параметры гравитации, трения, тяжести, гибкости и эластичности. В плагине RayFire вводим параметры стекла, силы влияющего на него объекта, массу, объем, коллизию взаимодействия объектов (в данном случае - момент столкновения и точка крушения материала). В плагине ReactorX задаем параметры свойств материи, такие как хрупкость, излом, свойства эмерджент-ности и т.д.
Рис. 2. Симуляция двух основных предметов: стекла и кирпича
Рис. 3. Задание параметров предметов (симуляция «Физика»)
После подготовки графической части сцены, ее физических свойств и всех остальных взаимодействующих свойств был запущен процесс рендеринга симу-
ляции (процесс расчета) (см. рис. 4 (а, б, в). В процессе эксперимента нами было рассмотрено три сцены с различными математическими данными: скорость полета кирпича, угол, под которым кирпич взаимодействует со стеклом, и т.д. При этом следует заметить, что точность результата зависит от введенных параметров объектов и их свойств.
Рис. 4 в
Рис. 4 (а, б, в). Момент столкновения и разброс осколков
Таким образом, с помощью 3Э моделирования становятся возможными восстановление или имитация картины преступления, с целью установления негативных обстоятельств, которые могут свидетельствовать об инсценировке преступления. грамотное использование возможностей подобного программного обеспечения по-
зволит в значительной степени облегчить процесс осмотра места происшествия как в реальном, так и в виртуальном восприятии. Кроме того, умелое обнаружение, использование и оценка негативных обстоятельств версий способствуют полному, всестороннему и объективному расследованию и раскрытию преступлений.
Список литературы
1. Демин К.Е. Электронные носители как источники информации о личности [Интернет-портал]. URL: http://zhenilo.narod.ru/main/ips/2011_criminalistics.pdf (дата обращения: 1 марта 2015 г).
2. Ярмак К.В. О возможностях использования 3D технологий в судебной экспертизе [Интернет-портал]. URL: http://zhenilo.narod.ru/main/ips/2011criminalistics.pdf (дата обращения: 1 марта 2015 г.).
3. Попов С.И. Использование свидетельских показаний при производстве пожарно-технических экспертиз [Интернет-портал]. URL: http://expfire.narod.ru/Ctatji/modeli.htm (дата обращения: 1 марта 2015 г.).
4. Лекция. Устройство современной видеокарты [Интернет-портал]. URL: http://www.webkursovik.ru/ kartgotrab.asp?id=-140921 (дата обращения: 1 марта 2015 г).
5. Прокофьева Е.В. Однослойные углеродные нанотрубки и некоторые композиты на их основе: строение и электронные свойства: дис. ... канд. физ.-мат. наук. Саратов, 2010. 198 с.
6. URL: http://jurisprudence-konspect.org/?content=2047 (дата обращения: 1 марта 2015 г.).
