Análise de Reconstruções Faciais Forenses Digitais: proposta de protocolo piloto baseado em evidências

Forensic Facial Reconstructions analysis: proposal of a evidence-based pilot protocol

Clemente Maia da Silva Fernandes^I; Frederico David Alencar de Sena Pereira^II; Jorge Vicente Lopes da Silva^III; Mônica da Costa Serra^IV

^I Cirurgião-Dentista, Bacharel em Direito, Especialista em Odontologia Legal e CTBMF, Mestre em Prótese Bucomaxilofacial (Fousp), Doutor em Ciências Odontológicas (Fousp), Pós-Doutor em Direito Internacional da Saúde (USP), Pós-Doutorando em Antropologia Forense (Univ. Coimbra), Pesquisador Associado do CTI e Professor de Bioética, Ética e Legislação na ABO, APCD e FAEPO ]]> ^II Engenheiro da Computação e Mestre em Engenharia Mecânica pela Unicamp e Pesquisador do Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer - CTI
^III Engenheiro Eletricista, Mestre em Engenharia Elétrica e Doutor em Engenharia Química pela Unicamp e Chefe da Divisão de Tecnologias Tridimensionais do Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer – CTI
^IV Cirurgiã- Dentista, Advogada e Licenciada em Letras, Especialista em Odontologia Legal, Mestre e Doutora em Odontologia (FOAr/Unesp), Pós-Doutora em Bioética (Univ. Completense de Madri), em Direito Internacional da Saúde (USP) e em Antropologia Forense (Univ. Coimbra), Livre-Docente em Odontologia Legal e Professora Adjunto na FOAr/Unesp

Autor para correspondência

RESUMO

A reconstrução facial forense corresponde à construção facial de um indivíduo, realizada a partir de um crânio não identificado. Pode ser bidimensional ou tridimensional, realizada de forma manual ou digital. Neste último caso, o advento das novas tecnologias da informação em muito contribuiu, sobretudo no que diz respeito ao desenvolvimento de programas de imagem 3D, equipamentos de tomografia computadorizada e scanner 3D. Diferentes técnicas, equipamentos e softwares têm sido empregados com esta finalidade. A caracterização de reconstruções faciais com pelos como cabelo, cílios e sobrancelhas, tem sido questionada, sobretudo quando não há informação sobre tais dados. Este trabalho analisa reconstruções faciais forenses digitais 3D e, com base em evidências, propõe um protocolo piloto para a execução e apresentação das mesmas. Reconstruções faciais digitais, confeccionadas com o software 3ds Max, sem caracterização de pelos foram confeccionadas, utilizando três diferentes tabelas de espessura de tecidos moles, e submetidas a um teste de reconhecimento, por 22 examinadores. Em todos os casos, o sujeito-alvo foi o mais reconhecido, chegando a ser reconhecido por 45,45% dos avaliadores. É apresentada uma proposta de protocolo piloto para a confecção e apresentação de reconstruções faciais forenses. Para a confecção das mesmas, é empregado o software 3ds Max, e recomendado o emprego do software ZBrush para a pós-produção (como aposição de rugas e linhas). É impresso um protótipo da reconstrução facial, que pode facilitar o reconhecimento. Os autores afirmam que não deve ser realizada a caracterização com pelos, o que pode prejudicar o reconhecimento.

Descritores: antropologia forense; odontologia legal; ciências forenses; medicina legal

ABSTRACT

The forensic facial reconstruction corresponds to the rebuilding of the face of an individual, upon an unidentified skull. It can be two-dimensional or three-dimensional, performed manually or digitally. In the latter case, the advent of new information technologies has greatly contributed, especially with regard to the development of 3D image softwares, computed tomography and 3D scanner. Different techniques, equipments and softwares have been employed for this purpose. The characterization of facial reconstructions with hair, as hair, eyelashes and eyebrows, has been questioned, especially when there is no information about such data. This paper analyzes 3D digital forensic facial reconstructions and, based on evidence, proposes a pilot protocol for their confection and presentation. Digital facial reconstructions, made with 3ds Max software, without hair characterization, were made using three different tables of thickness of soft tissues. They were evaluated by 22 examiners, in a recognition test. In all cases, the target-subject was the most recognized subject, reaching the recognition rate of 45.45%. A proposal for a pilot protocol for the confection and presentation of forensic facial reconstructions is presented. The 3ds Max software is used to perform the facial reconstruction, and the ZBrush software to make the post-production (as wrinkles and lines). A prototype of the facial reconstruction is printed - it can facilitate the recognition of the subject. The authors state that the characterization with hair should not be performed, as it can impair the recognition.

Descriptors: forensic anthropology; forensic dentistry; forensic sciences; forensic medicine.

RELEVÂNCIA CLÍNICA

Este trabalho apresenta proposta de protocolo piloto que pode ajudar no reconhecimento e posterior identificação humana.

INTRODUÇÃO

A reconstrução facial consiste na última alternativa em uma investigação forense.^1,11 Uma vez divulgada pela mídia, a reconstrução facial pode ser reconhecida por um membro do público, e isto conduzir à identificação do de cujus. É importante frisar que não se trata de método de identificação, mas sim uma ferramenta para o reconhecimento. Visa à obtenção de uma lista de suspeitos que, uma vez estabelecida, será objeto do emprego de métodos de identificação, como análise de DNA e prontuário odontológico.^1,11,12,13

Pode-se realizar a reconstrução facial forense:
• de forma bidimensional (2D), manualmente – por meio de desenhos em papel;
• de forma bidimensional (2D), digitalmente - por meio de desenhos realizados com o auxílio de programas de imagem 2D;
• de forma tridimensional (3D), manualmente – por meio da escultura, normalmente em argila ou plastilina, sobre cópia do crânio;
• de forma tridimensional (3D), digitalmente – por meio da utilização de programas de imagem 3D.

A possibilidade da realização da reconstrução facial forense tridimensional digital surgiu com o advento das novas tecnologias da informação, em especial dos programas de computador que trabalham com imagens tridimensionais, bem como de equipamentos como tomografia computadorizada e escâner de superfície 3D. Classicamente, existem três diferentes métodos para a confecção de uma reconstrução facial:¹⁴
1. Método Russo, que delineia a estrutura dos músculos da face e realiza a aposição da musculatura facial (criado por Mikhail Gerasimov);
2. Método Americano que, em pontos craniométricos específicos, insere tecidos moles de acordo com uma tabela de espessuras pré-determinadas; e ]]> 3. Método de Manchester (desenvolvido por Richard Neave), que combina os dois anteriores, colocando músculos e considerando a espessura dos pontos craniométricos.

O Método Americano, que considera somente os pontos de espessura de tecidos moles, é menos trabalhoso para ser executado.

Estes métodos podem ser utilizados tanto em reconstruções faciais bidimensionais como tridimensionais.¹⁵

A realização de reconstruções faciais tridimensionais digitais é recente – o primeiro trabalho publicado sobre o assunto data de 1989.¹⁶

Diferentes técnicas, equipamentos e softwares têm sido empregados com esta finalidade. A caracterização de reconstruções faciais com pelos como cabelo, cílios e sobrancelha, tem sido questionada, no sentido de verificar se a realização da mesma é importante, sobretudo quando não há informação sobre tais dados.⁴

Este trabalho teve como objetivo analisar reconstruções faciais forenses digitais 3D e, com base em evidências científicas, propor um protocolo piloto para a execução e apresentação das mesmas.

MATERIAIS E MÉTODOS

Para a realização deste trabalho foi utilizada uma Tomografia Computadorizada (TC) doada por um indivíduo vivo brasileiro adulto branco, do sexo feminino e estado nutricional normal. Os dados DICOM da TC foram convertidos em arquivos de estereolitografia (STL) no Centro de Tecnologia de Informação Renato Archer, Divisão de Tecnologias 3D, com o emprego do software Mimics® (Materialize, Bélgica). Somente os dados relativos ao esqueleto foram fornecidos para o operador, preservando a natureza cega desta pesquisa.

Foram realizadas três reconstruções faciais, baseadas em três tabelas de espessura de tecidos moles da face: um padrão internacional, correspondente à tabela proposta por Rhine e Moore¹⁷, e dois padrões brasileiros, recentemente propostos por Santos¹⁸ e Tedeschi-Oliveira¹⁹ (Figura 1). Foram considerados os dados para sujeito branco, do sexo feminino e estado nutricional normal. O Método Americano foi utilizado para produzir as reconstruções faciais, realizadas com o emprego do software 3ds Max (Autodesk, Califórnia, Estados Unidos). Não foi realizado trabalho de pós-produção nas reconstruções confeccionadas. As reconstruções faciais realizadas não receberam caracterizações de cabelo, cílios ou sobrancelhas. Vinte e dois voluntários atuaram como examinadores, comparando as fotografias do sujeito-alvo e de outros nove sujeitos (do mesmo sexo, faixa etária, ancestralidade e estado nutricional) com as reconstruções faciais. Neste trabalho foi empregado método utilizado por Fernandes.¹⁴

O sujeito-alvo foi reconhecido por 45,45% dos examinadores, quando avaliada a reconstrução feita com o emprego dos dados do Padrão nacional de Ressonância Magnética, por 36,36% no Padrão nacional de Cadáveres Frescos, e por 45,45% no Padrão Internacional (Tabela 1). Em todos os casos, foi o sujeito mais reconhecido.

Fernandes et al.⁵ realizaram, utilizando o software 3ds Max, três reconstruções faciais forenses digitais caracterizadas (com cabelo, cílios e sobrancelha), utilizando as mesmas três tabelas de espessura de tecidos moles faciais empregadas neste trabalho. O sujeito-alvo foi reconhecido por 26,67% dos examinadores na reconstrução feita com o emprego dos dados do Padrão nacional de Ressonância Magnética, por 23,33% no Padrão nacional de Cadáveres Frescos, e por 20,00% no Padrão Internacional. Nos dois primeiros casos, foi o sujeito mais reconhecido.

Com o emprego do software 3ds Max, Fernandes et al.⁴ confeccionaram três reconstruções faciais forenses digitais sem cabelos, e submeteram- nas à avaliação de reconhecimento. Obtiveram, respectivamente, 31,8% de acerto no reconhecimento do sujeito-alvo com o emprego do Padrão nacional de Ressonância Magnética, 31,80% no Padrão nacional de Cadáveres Frescos, e 40,90% no Padrão Internacional.

Quando comparados os resultados aqui obtidos com os resultados obtidos por Fernandes et al. (2012)⁵ e Fernandes et al. (2013)⁴, verificou-se que a maior percentagem de reconhecimento obtida foi sem caracterização, com o uso das tabelas de ressonância magnética e internacional (45,45%). Não obstante, em todos os trabalhos, na reconstrução facial digital 3D realizada com o mesmo protocolo, empregando o software 3ds Max, o sujeito-alvo foi o mais reconhecido.

Foi desenvolvida proposta de protocolo piloto para a realização de reconstrução facial forense digital 3D com o emprego do 3ds Max.

Protocolo para a confecção de Reconstrução Facial Forense Digital 3D com o software 3ds Max

O arquivo com a imagem do crânio deve ser inicialmente importado para o software 3ds Max. Os pontos craniométricos a serem utilizados são a seguir localizados, e sobre os mesmos são colocados cilindros com a altura correspondente à espessura de cada ponto, de acordo com a tabela de espessura de tecidos moles que estiver sendo utilizada (Figura 2).

Os globos oculares são confeccionados a partir de uma esfera, e inseridos, na órbita, respeitando-se o proposto por Wilkinson e Mautner (2003)¹², tangentes a uma linha que fica ancorada na mediana superior e inferior na orbita, com aproximadamente 25 mm de diâmetro, e a íris com 12 mm¹³(Figura 3).

Uma cabeça é modelada, com o auxílio de um desenho-guia. Uma vez confeccionada, sobre o crânio, com o auxílio da ferramenta transparência, faz-se o ajuste da malha de acordo com os pontos de espessura de tecidos moles previamente inseridos (Figura 4). No final deste processo, a face apresenta-se facetada, por causa da utilização de polígonos. Por isso, aplica-se o modificador turbosmooth, que suaviza a malha. Para a confecção do nariz, foram seguidas as orientações do estudo de Rynn e Wilkinson (2006)²⁰. A orelha é modelada separadamente, e inserida no modelo (Figura 5).

A utilização do 3ds Max permite a realização de reconstruções faciais digitais 3D, seguindo critérios científicos – como a determinação dos pontos craniométricos, da espessura de tecidos moles, a confecção de estruturas como olhos, boca e nariz. Não obstante, consideramos importante a realização de um trabalho de pós-produção, para a caracterização, por exemplo, de rugas e linhas de expressão (a serem estabelecidos de acordo com a idade previamente estimada). Para tal, o software ZBrush (Pixologic, California, Estados Unidos) é uma boa opção.

Protocolo para a apresentação de Reconstrução Facial Forense Digital 3D

A reconstrução facial digital confeccionada é impressa em impressora 3D, e gerado um protótipo da mesma, que pode ser colorido ou monocromático. O protótipo pode ser impresso em diferentes materiais, dependendo das características da impressora 3D utilizada. O material colorido utilizado é gesso (que permite a impressão em cores), e o material monocromático corresponde a SLS – poliamida nylon (plástico). As figuras 7 e 8 apresentam protótipos impressos, respectivamente, em gesso e em SLS.

DISCUSSÃO

O reconhecimento de reconstrução facial forense sem pelos, realizada neste estudo, bem como o estudo do reconhecimento de reconstruções faciais confeccionadas por Fernandes et al. (2013)⁴ somente sem cabelo, foi percentualmente mais alto do que as reconstruções confeccionadas com pelos – cabelos, cílios e sobrancelhas (Fernandes et al., 2012)⁵ utilizando a mesma metodologia. Os melhores resultados – de quase 50% de acerto ocorreram com as reconstruções sem caracterização (sem cabelo, cílios e sobrancelhas). Isto pode ser um indicativo de que a caracterização (colocação de cabelo, cílios e sobrancelhas) pode não somente ser dispensável, como também, desnecessária.

Stephan and Henneberg (2006)²¹ realizaram duas reconstruções faciais do mesmo indivíduo – uma com cabelo e a outra sem cabelo. Submetidas a um teste para avaliação de semelhança com o sujeito-alvo, ambas as reconstruções obtiveram bons resultados, mas a confeccionada sem cabelo apresentou tendência a ser mais bem avaliada do que a confeccionada com cabelo. A seguir, a reconstrução sem cabelo foi submetida a teste de reconhecimento. Foi avaliada por 20 examinadores, tendo sido comparada com 10 fotografias (uma do sujeito-alvo e nove de outros indivíduos). Com a apresentação sequencial das fotografias (método que foi utilizado neste trabalho e nos trabalhos de Fernandes et al. 2012⁵ e Fernandes et al. 2013⁴), o sujeito-alvo foi o mais reconhecido, tendo sido reconhecido por 15% dos examinadores, resultado inferior aos obtidos neste trabalho, bem como aos encontrados por Fernandes et al. 2012⁵ e Fernandes et al. 2013⁴.

A avaliação da ancestralidade não determina tipo, cor, comprimento de cabelos e pelos em geral. Por exemplo, uma pessoa do sexo feminino, branca, pode apresentar cabelo liso ou crespo, louro, ruivo, castanho ou preto (e suas diferentes nuances), curto, médio ou comprido etc. Pode, inclusive, variar, ao longo da vida, tais características, colorindo e/ou alisando o cabelo, por exemplo. Assim, sem tal conhecimento, se for inserido na reconstrução facial cabelo em um padrão diferente do utilizado pelo (a) de cujus, esta característica equivocada poderá mesmo atrapalhar o reconhecimento da pessoa. O mesmo aplica-se a outros pelos, como barba, bigode etc.

Porém, uma vez reconhecido o sujeito, pode-se colocar, na reconstrução facial digital, as características do indivíduo a quem se suspeita pertencer o crânio. Este trabalho de colocação de pelos é realizado de forma mais rápida e objetiva em reconstruções faciais tridimensionais digitais. Na reconstrução manual, realizada em argila ou plastilina, é muito mais demorada e trabalhosa tal inclusão.

Richard et al. (2014)⁷ discutem diferentes formas de apresentação de reconstruções faciais. Os autores confeccionaram reconstruções faciais digitais tridimensionais sem quaisquer caracterizações de pelos; os mesmos propõem que, na apresentação, sejam apresentadas imagens frontal e de perfil. Sugerem ainda a apresentação de reconstruções realizadas com variação de peso (magro, normal e obeso), e de idade (10 anos a menos do que a idade estimada, idade estimada e 10 anos a mais do que a idade estimada). Isto significa realizar diversas reconstruções faciais – o que demandaria muito tempo, se realizadas manualmente. Não obstante, os autores não mencionam a possibilidade de imprimir (confeccionar protótipos) a reconstrução facial confeccionada virtualmente.

A impressão de protótipos das reconstruções faciais feitas digitalmente pode ser realizada em diferentes tipos de material, dependendo da impressora 3D utilizada. Por exemplo, o protótipo pode ser impresso em gesso, o que permite a impressão colorida; porém, o gesso é bastante frágil, o que demanda cuidados para se evitar a quebra do protótipo. Materiais plásticos como SLS são mais resistentes, mas têm a desvantagem da impressão monocromática. A impressão colorida é mais realista; a impressão monocromática perde em realismo.

Observações preliminares dos autores deste trabalho sugerem que a impressão e apresentação de protótipos pode facilitar o processo de reconhecimento. Parece que a percepção das pessoas pode ser mais acurada quando estiverem diante de algo tangível (como um protótipo), e não totalmente virtual (como uma imagem). Porém, estudos são necessários para analisar esta questão.

Assim, apresentamos um protocolo não somente para a realização de reconstruções faciais forenses digitais 3D, com o emprego do software 3ds Max e pós-produção utilizando o ZBrush, mas também sugerimos, para a apresentação das reconstruções realizadas, a impressão 3D das mesmas.

CONCLUSÃO

Os resultados encontrados nos testes de reconhecimento realizados em reconstruções faciais forenses digitais 3D confeccionadas, neste trabalho, sem a caracterização de pelos, foram melhores do que os obtidos em outros trabalhos em que foram realizadas e testadas reconstruções faciais com a presença de pelos. Não é recomendável a colocação de cabelo nas reconstruções faciais, sobretudo quando não se tem conhecimento, por exemplo, sobre o tipo, coloração, comprimento do cabelo do de cujus. A caracterização pode ser inserida a posteriori, quando houver um reconhecimento, de acordo com informações dos familiares.

O software 3ds Max pode ser utilizado para a confecção de reconstruções faciais forenses digitais, seguido de pós-produção

realizada com o software ZBrush. Trata-se do emprego de um software internacionalmente conhecido e reconhecido, inclusive utilizado para análises tridimensionais em perícias realizadas por Instituições internacionais conceituadas, como a Universidade suíça, sede do Projeto Virtopsy.

Para a apresentação das reconstruções, pode-se imprimir as mesmas. Dados preliminares sugerem que o reconhecimento pode ser facilitado com o emprego de protótipos, que são tangíveis, diferentemente de imagens virtuais. Porém, mais estudos são necessários.

AGRADECIMENTOS

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes). Edital Programa Ciências Forenses Nº 25/2014 "PRÓ-FORENSES". Ao Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer - CTI.

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Autor para correspondência:
Clemente Maia da Silva Fernandes
Faculdade de Odontologia de Araraquara - Unesp
Rua Humaitá, 1680
Centro - Araraquara - SP
14801-903
e-mail: c.face@terra.com.br

Recebido: abr/2015 ]]> Aceito: mai/2015