VR與AR技術(shù)在犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程應(yīng)用的構(gòu)想

吳　剛　許泓毅

VR與AR技術(shù)在犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程應(yīng)用的構(gòu)想

吳剛許泓毅

在各大公安、政法院校，犯罪現(xiàn)場勘查都是一門重要的核心課程，這個課程的內(nèi)容主要有理論講授與實驗訓(xùn)練兩個環(huán)節(jié)。作者參加公安部“雙千”計劃到公安院校兼職任教，在講授該門課程的過程中發(fā)現(xiàn)，實訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果不甚理想。本文嘗試運用較先進(jìn)的VR與AR技術(shù)，以突破實訓(xùn)課程的瓶頸，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。

一、犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程的現(xiàn)狀

我國推進(jìn)以審判為中心的司法體制改革以后，刑事訴訟對證據(jù)收集程序合法的要求日趨嚴(yán)格，非法證據(jù)需排除，瑕疵證據(jù)需補正?，F(xiàn)場勘查是公安機(jī)關(guān)（包括交通、鐵路、民航、森林及海關(guān)緝私系統(tǒng)公安機(jī)關(guān)）辦理案件的重要環(huán)節(jié)，是反映人民警察執(zhí)法辦案能力以及案件質(zhì)量高低的一項重要指標(biāo)。公安教育是技能應(yīng)用型教育。因此，犯罪現(xiàn)場勘查的理論性、操作性、應(yīng)用性、綜合性都非常強(qiáng)，要求學(xué)生在掌握一定理論知識的基礎(chǔ)上，在實訓(xùn)課程中培養(yǎng)動手操作的能力。但是，在犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程中，仍存有以下的不足或缺陷：

（一）實訓(xùn)課程內(nèi)容陳舊、單一，缺乏真實性、新鮮感

由于受到各個專業(yè)培養(yǎng)人才計劃不同、實訓(xùn)場地等客觀原因影響，犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程課時量在總課時量中所占比例偏小，這就導(dǎo)致了實訓(xùn)課程的內(nèi)容比較陳舊、單一。通常實訓(xùn)課程只能選取一種或幾種類型的模擬現(xiàn)場，比如兇殺命案、盜竊案等，設(shè)計的案情講了一年又一年，道具用了一屆又一屆，盡管學(xué)生參與實訓(xùn)課程的熱情度較高，但總是一個案情模式的實訓(xùn)課程，仿真程度低就會更加顯得枯燥乏味，讓人感覺缺乏新鮮感。久而久之，犯罪現(xiàn)場勘查的實訓(xùn)課程就會流于形式，教師和學(xué)生都是疲于應(yīng)付，實訓(xùn)課程的質(zhì)量大打折扣。

（二）實訓(xùn)課程使用儀器、試劑損耗大、污染多

在實訓(xùn)課程中，教師與學(xué)生經(jīng)常需要使用一定的儀器、試劑進(jìn)行測量或者各類物理、化學(xué)實驗，就必然造成儀器的損壞或者試劑的損耗，偵查實驗以及部分化學(xué)試劑對人體還有一定潛在的風(fēng)險與危害，實驗使用的道具垃圾、產(chǎn)生的實驗廢棄品都對環(huán)境會造成一定污染。同時，大量使用諸如一次性的頭套、手套、鞋套、提取痕跡、物證的工具或器皿、提取生物檢材的棉簽、紙袋，也是一種嚴(yán)重的資源浪費。

（三）實訓(xùn)課程受安全、時空條件等各種因素限制

雖然犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程要求盡可能為教師和學(xué)生提供一個仿真現(xiàn)場，但是出于人身安全的考慮，教師或者學(xué)生都無法虛擬放火、爆炸、殺人、綁架、槍擊等案件，那么仿真程度必然大大下降。

在時間上，我們不難假設(shè)，如果不同專業(yè)的學(xué)生需要在同一時間段進(jìn)行實訓(xùn)課程，必然在時間上造成沖突，就會影響教學(xué)進(jìn)度。在空間上，不少公安院校的實訓(xùn)場地都是固定建筑物，由于受到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的影響，實訓(xùn)的空間難以每年進(jìn)行翻新或改變，幾乎都是多年不變的模擬場景布置，而且在每次實訓(xùn)課程中，或多或少對建筑物內(nèi)的設(shè)施（比如門、窗、玻璃等）進(jìn)行“有意”或無意的破壞。無論室內(nèi)還是室外，長時間的日曬雨淋，再加之對實訓(xùn)場地的保養(yǎng)維護(hù)和使用管理不到位，實訓(xùn)場地就出現(xiàn)殘舊、破爛不堪的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響師生開展實訓(xùn)課程的積極性。

（四）實訓(xùn)課程難以考核學(xué)生現(xiàn)場勘查實操技能

因為犯罪現(xiàn)場勘查綜合應(yīng)用的操作性很強(qiáng)，所以這門課程的學(xué)習(xí)體會是“聽起來容易，做起來困難”，不少學(xué)生在實訓(xùn)課程時出現(xiàn)很多諸如忘了現(xiàn)場保護(hù)、整體巡視現(xiàn)場、固定拍照時漏放比例尺等錯誤，未能把所學(xué)到的知識要點和操作技巧結(jié)合起來。然而，犯罪現(xiàn)場勘查的實訓(xùn)課程多數(shù)采取分班、分組進(jìn)行的形式，老師難以對學(xué)生實訓(xùn)課程進(jìn)行全程跟蹤，無法更全面、細(xì)致地指導(dǎo)學(xué)生，更無法科學(xué)、客觀地考核學(xué)生對實訓(xùn)課程的掌握程度。

以上問題歸根結(jié)底是犯罪現(xiàn)場勘查受到客觀因素的制約太多，難以最大限度地發(fā)揮實訓(xùn)課程在犯罪現(xiàn)場勘查課程中的作用和功能。

二、VR與AR技術(shù)及其應(yīng)用

（一）VR與AR技術(shù)

1.VR（Virtual Reality），虛擬現(xiàn)實技術(shù)，其原理是利用計算機(jī)生成一種虛擬的環(huán)境，通過多種傳感設(shè)備，模仿人的視覺、聽覺、觸覺、平衡覺以及嗅覺，使體驗者沉浸在該虛擬環(huán)境中，并可以通過佩戴儀器與該虛擬環(huán)境進(jìn)行交互的技術(shù)，體驗者會有明顯的沉浸感。

2.AR（Augmented Reality），增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，其原理是在VR的基礎(chǔ)上，通過計算機(jī)系統(tǒng)提供的信息，增強(qiáng)體驗者對現(xiàn)實世界感知程度，將虛擬的信息應(yīng)用到真實的世界，最明顯的特點就是將計算機(jī)生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實場景中，從而實現(xiàn)對現(xiàn)實的增強(qiáng)。

（二）VR與AR技術(shù)的特征、應(yīng)用

VR與AR技術(shù)在運行過程中，一般需要經(jīng)歷幾個基本的流程。系統(tǒng)通過攝像機(jī)采集真實場景視頻圖像，系統(tǒng)在對所采集的圖像進(jìn)行分析處理，通過世界坐標(biāo)系、攝像機(jī)坐標(biāo)系、成像平面坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換計算，獲取攝像機(jī)外部參數(shù)數(shù)據(jù)，確定不同位置的姿態(tài)信息，再將虛擬的三維模型、動畫、影像、聲音等虛擬數(shù)字內(nèi)容信息進(jìn)行渲染，通過虛實融合疊加在現(xiàn)實場景中，經(jīng)過顯示設(shè)備進(jìn)行輸出。

VR與AR技術(shù)最明顯的特征是“3I”，第一是沉浸性（Immersion），體驗者在進(jìn)入虛擬環(huán)境后，會有一種完全投入并沉浸在虛擬環(huán)境中的感受，比如隨著體驗者自己轉(zhuǎn)頭向左看，在虛擬環(huán)境中就會相應(yīng)地向左旋轉(zhuǎn)同樣的角度，并看到左側(cè)的景象；第二是感知性（Imagination），隨著虛擬環(huán)境的變化，體驗者的肢體動作隨之會相應(yīng)發(fā)生改變。曾經(jīng)有體驗者以站立姿勢進(jìn)入了虛擬乘坐過山車的環(huán)境，當(dāng)過山車從最高點滑落至最低點的時候，測試者一下就坐在了地面上；第三是交互性（Interactivity），人與儀器設(shè)備可以有交互感。

1957年，Sensorama Machine出現(xiàn)，預(yù)示著AR概念的誕生，20世紀(jì)70年代，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)正式從軍事實驗室、高校實驗室中發(fā)展起來；經(jīng)歷40多年的探索，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)與移動端不斷結(jié)合；2012年，Google Class正式發(fā)布，搭載增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的智能硬件成為大趨勢，蘋果、英特爾、高通、Facebook等科技巨頭相繼加入該領(lǐng)域；2015年，微軟正式發(fā)布Hololens，增強(qiáng)現(xiàn)實再次站在風(fēng)口浪尖。這種綜合運用了聲、光、電等物理元素，將立體觀看、三維交叉、聲音輸入/輸出以及觸覺信息處理融為一體的技術(shù)，讓體驗者戴上特制的頭盔或者眼鏡，就能直觀地進(jìn)入虛擬世界，并被廣泛地運用在動漫、娛樂與藝術(shù)創(chuàng)造領(lǐng)域。VR與AR的發(fā)展，讓神秘叵測的黑科技變成了生活中奇幻的體驗，可以讓體驗者樂此不疲去感受身臨其境的新奇刺激。

（三）VR與AR技術(shù)虛擬現(xiàn)場場景的搭建

1.虛擬現(xiàn)場場景來源于現(xiàn)實。虛擬現(xiàn)場場景的搭建，離不開公安機(jī)關(guān)實務(wù)部門提供的圖片、視頻或監(jiān)控錄像等資料，這些資料能直接反映案件現(xiàn)場，是虛擬現(xiàn)場場景中最直觀、最立體、最實用也是最經(jīng)濟(jì)的元素材料，可以通過公安機(jī)關(guān)刑事科學(xué)技術(shù)部門利用現(xiàn)場勘查系統(tǒng)，錄入圖片、視頻或監(jiān)控錄像，建立虛擬場景素材數(shù)據(jù)庫，并不斷豐富數(shù)據(jù)庫內(nèi)容。

2.虛擬現(xiàn)場場景來源于動漫游戲等軟件開發(fā)。動漫游戲最大的特點就是給人一種虛幻的場景，這就可以在軟件設(shè)計與開發(fā)過程中，加入互動性質(zhì)的應(yīng)用，可以通過不同的道具進(jìn)行交互，使虛擬場景的內(nèi)容和環(huán)節(jié)不斷豐富，同時交互體驗也會更富有真實感。

（四）三維模型建立法在虛擬場景中的應(yīng)用

1.三維模型建立法的原理。基于幾何模型的場景建模。該方法主要是借助各種造型、建模技術(shù)來構(gòu)造虛擬場景，然后在進(jìn)行紋理映射、光亮度計算，最后對幾何模型進(jìn)行渲染繪制。

2.三維模型建立法的流程。第一步：我們可以應(yīng)用3ds Max軟件和Open GL軟件，建立起一個場景模型。建模師通過對犯罪現(xiàn)場的平面圖、現(xiàn)場照片等分析研究，全面了解犯罪現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)、分布等建筑學(xué)知識，創(chuàng)立出一個接近犯罪現(xiàn)場環(huán)境的三維場景模型。第二步：根據(jù)現(xiàn)場照片、現(xiàn)場人員提供的資料來創(chuàng)造各種組成元素模型（現(xiàn)場物品模型），最終將所有的元素模型和場景模型有條理的疊加在一起，就能創(chuàng)造出一個接近于現(xiàn)實犯罪現(xiàn)場的虛擬犯罪現(xiàn)場三維模型。第三步：在得到這個完整的虛擬犯罪現(xiàn)場三維模型后，我們可以運用相關(guān)技術(shù)將這個模型通過VR引擎和計算機(jī)硬件，在一定條件上呈現(xiàn)出來。

三、VR與AR技術(shù)在犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程應(yīng)用的構(gòu)想

我國公安院校的受教育對象主要是18至22歲年齡段的青少年，結(jié)合青少年學(xué)生喜歡創(chuàng)新探索、獵奇刺激的特點，利用VR與AR的先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程要求，可以研發(fā)一款關(guān)于實訓(xùn)課程練習(xí)或考核的游戲。

1.寓實訓(xùn)于游戲。在傳統(tǒng)的犯罪現(xiàn)場勘查課程教學(xué)過程中，教師難以用語言或平面圖、立體圖向?qū)W生闡明某類犯罪案件現(xiàn)場的空間結(jié)構(gòu)，加之學(xué)生的社會實踐較少，對某一類或幾類案件犯罪現(xiàn)場的感性認(rèn)識不強(qiáng)，只能靠想象，但想象就必然出現(xiàn)偏差。如前所述，由于VR與AR技術(shù)可以將虛擬的信息疊加到真實場景之中，我們可以以學(xué)生最喜聞樂見的游戲為載體，虛擬某一類或幾類案件的犯罪現(xiàn)場的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行可視化，并增強(qiáng)現(xiàn)實情景，可以整合法醫(yī)學(xué)、痕跡檢驗學(xué)等課程的知識點，設(shè)計無限多的犯罪現(xiàn)場情景，讓學(xué)生在游戲中進(jìn)行勘查。以命案現(xiàn)場為例，我們嘗試設(shè)計出表格：命案現(xiàn)場勘查實訓(xùn)（考核）評分表（表1）。

比如參與實訓(xùn)體驗的學(xué)生在進(jìn)入一個陌生的犯罪現(xiàn)場環(huán)境時，如何做到先排險后勘驗，如何打開通道進(jìn)行整體巡視現(xiàn)場，對于現(xiàn)場的尸體、傷者應(yīng)當(dāng)如何處理，如何從尸體的表征看不同顏色、形狀的尸斑、尸體發(fā)出不同的尸臭氣味，判斷死亡原因、死亡時間等，學(xué)生可以用手去“觸摸”各種物品或冰冷的尸體，對在殺人案件如何勘驗中心現(xiàn)場，在爆炸案件如何分析、還原起火爆炸裝置，提取遺留在現(xiàn)場的指紋、足跡、工具等等，根據(jù)難度系數(shù)由低至高變化，在勘查的過程中又會隨機(jī)出現(xiàn)各種不同的氛圍或變幻莫測的情景，增加的元素越多，難度系數(shù)越大，操作越復(fù)雜，學(xué)生得分就越高，讓學(xué)生在升級、通關(guān)等游戲過程中練習(xí)，挑戰(zhàn)，達(dá)到完成實訓(xùn)課程的目標(biāo)。

表1　　命案現(xiàn)場勘查實訓(xùn)（考核）評分

2.寓考核于實訓(xùn)。犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程中，如果學(xué)生離開了教師的指導(dǎo)和考核，這就僅僅只是一款游戲軟件。犯罪現(xiàn)場勘查的實訓(xùn)課程要求既強(qiáng)調(diào)學(xué)生是虛擬犯罪現(xiàn)場認(rèn)識的主體，又要突出教師在實訓(xùn)課程中的主導(dǎo)和評價作用。在學(xué)生參與實訓(xùn)課程時，教師也應(yīng)該處于同樣的虛擬環(huán)境，可以設(shè)計“練習(xí)—不計時—教師參與”和“考試—計時—教師不參與”兩種游戲模式，供教師針對不同的需要作出選擇。

四、VR與AR技術(shù)在犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程應(yīng)用的必要性與可行性

（一）必要性

1.將VR與AR技術(shù)應(yīng)用于犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程，是公安教育改革和科技強(qiáng)警的一次新的嘗試。公安教育改革需要接受新思維、新技術(shù)，應(yīng)該把先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段應(yīng)用于公安教育，進(jìn)一步推動技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，加強(qiáng)研、學(xué)、用的系統(tǒng)性和持續(xù)性，為公安教育事業(yè)培養(yǎng)更多實踐能力強(qiáng)的技術(shù)專業(yè)人才。

2.將VR與AR技術(shù)應(yīng)用于犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程，是提高實訓(xùn)課程質(zhì)量和學(xué)生實訓(xùn)操作能力的一次新的嘗試。犯罪現(xiàn)場勘查課程要提高實訓(xùn)課程的質(zhì)量，就必須創(chuàng)新實訓(xùn)課程的形式，豐富實訓(xùn)課程的內(nèi)容，提高實訓(xùn)課程的學(xué)生參與度和教師指導(dǎo)與評價。提高實訓(xùn)課程質(zhì)量，就必然提高學(xué)生實訓(xùn)操作能力，強(qiáng)化先進(jìn)技術(shù)能力的應(yīng)用。

（二）可行性

縱觀VR與AR技術(shù)的特點、功能與犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程的目的、要求，兩者有高度的契合性。研發(fā)實訓(xùn)課程的游戲產(chǎn)品，是可行的。在理論上，VR與AR技術(shù)在國外的研究起步較早，并得到較為成熟的發(fā)展；在實踐上，VR與AR技術(shù)逐漸運用到影視娛樂、動漫產(chǎn)業(yè)之中，這就充分說明，將VR與AR技術(shù)為犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程所用也是指日可待了。

在2016年CES國際消費電子展上，觀眾可以體驗三星的新款Gear VR眼鏡，同時尼康、蟻視、3Glasses等國內(nèi)外公司也展出了最新的VR應(yīng)用產(chǎn)品及設(shè)備，預(yù)計準(zhǔn)備推出冒險游戲《Lucky’s Tale》及太空射擊主題游戲《EVE：Valkyrie》，HTC公司推出的VIVE PRE在設(shè)計與功能上都有調(diào)整及升級，這套設(shè)備包括高清頭戴顯示器、耳機(jī)、兩個虛擬空間定位器和一對VR專用無線控制手柄，新增了前置攝像頭，可實現(xiàn)采集世界圖像與虛擬出來的畫面相疊加，實現(xiàn)AR體驗。從這次展示上看出，無論是業(yè)界巨頭還是創(chuàng)業(yè)公司，在VR與AR技術(shù)方面，已經(jīng)面向消費市場作出新的嘗試。

五、不足與展望

任何一項技術(shù)應(yīng)用在具體某一領(lǐng)域，最初都會有一定的不足。VR與AR技術(shù)尚未能應(yīng)用于犯罪現(xiàn)場勘查，主要原因有：一是對VR與AR技術(shù)不甚了解，重視程度不夠。二是VR與AR技術(shù)本身的交互性較差，體驗者的體驗感覺還存有不足，比如佩戴頭盔或者眼鏡出現(xiàn)眩暈感的不舒適感，畫面清晰度未能達(dá)到高清，虛擬場景遲延，受網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的影響等。三是對電腦配置的要求比較高，據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全球符合VR與AR技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的電腦僅1300萬臺，不足整體數(shù)量的1%。四是成本價格比較高。

不難想象，這些不足都不能阻擋VR 與AR技術(shù)的更新、升級與進(jìn)步。隨著三維跟蹤注冊技術(shù)、顯示技術(shù)、交互技術(shù)、虛擬場景渲染技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，相信暫時存在的技術(shù)問題很快就得以解決。公安院校應(yīng)順勢而動，主動積極與科技產(chǎn)品開發(fā)公司聯(lián)系，研發(fā)出新產(chǎn)品，普及應(yīng)用到犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程之中，使犯罪現(xiàn)場勘查實訓(xùn)課程更科學(xué)、更規(guī)范。

（吳剛/廣東省肇慶市公安局森林分局國家林業(yè)局森林公安局2015年“雙千計劃”教官許泓毅/廣東警官學(xué)院）

（編輯 趙文清）