VR与AR技术在犯罪现场勘查实训课程应用的构想

吴　刚　许泓毅

VR与AR技术在犯罪现场勘查实训课程应用的构想

吴刚许泓毅

在各大公安、政法院校，犯罪现场勘查都是一门重要的核心课程，这个课程的内容主要有理论讲授与实验训练两个环节。作者参加公安部“双千”计划到公安院校兼职任教，在讲授该门课程的过程中发现，实训环节的教学效果不甚理想。本文尝试运用较先进的VR与AR技术，以突破实训课程的瓶颈，进一步提高教学质量。

一、犯罪现场勘查实训课程的现状

我国推进以审判为中心的司法体制改革以后，刑事诉讼对证据收集程序合法的要求日趋严格，非法证据需排除，瑕疵证据需补正。现场勘查是公安机关（包括交通、铁路、民航、森林及海关缉私系统公安机关）办理案件的重要环节，是反映人民警察执法办案能力以及案件质量高低的一项重要指标。公安教育是技能应用型教育。因此，犯罪现场勘查的理论性、操作性、应用性、综合性都非常强，要求学生在掌握一定理论知识的基础上，在实训课程中培养动手操作的能力。但是，在犯罪现场勘查实训课程中，仍存有以下的不足或缺陷：

（一）实训课程内容陈旧、单一，缺乏真实性、新鲜感

由于受到各个专业培养人才计划不同、实训场地等客观原因影响，犯罪现场勘查实训课程课时量在总课时量中所占比例偏小，这就导致了实训课程的内容比较陈旧、单一。通常实训课程只能选取一种或几种类型的模拟现场，比如凶杀命案、盗窃案等，设计的案情讲了一年又一年，道具用了一届又一届，尽管学生参与实训课程的热情度较高，但总是一个案情模式的实训课程，仿真程度低就会更加显得枯燥乏味，让人感觉缺乏新鲜感。久而久之，犯罪现场勘查的实训课程就会流于形式，教师和学生都是疲于应付，实训课程的质量大打折扣。

（二）实训课程使用仪器、试剂损耗大、污染多

在实训课程中，教师与学生经常需要使用一定的仪器、试剂进行测量或者各类物理、化学实验，就必然造成仪器的损坏或者试剂的损耗，侦查实验以及部分化学试剂对人体还有一定潜在的风险与危害，实验使用的道具垃圾、产生的实验废弃品都对环境会造成一定污染。同时，大量使用诸如一次性的头套、手套、鞋套、提取痕迹、物证的工具或器皿、提取生物检材的棉签、纸袋，也是一种严重的资源浪费。

（三）实训课程受安全、时空条件等各种因素限制

虽然犯罪现场勘查实训课程要求尽可能为教师和学生提供一个仿真现场，但是出于人身安全的考虑，教师或者学生都无法虚拟放火、爆炸、杀人、绑架、枪击等案件，那么仿真程度必然大大下降。

在时间上，我们不难假设，如果不同专业的学生需要在同一时间段进行实训课程，必然在时间上造成冲突，就会影响教学进度。在空间上，不少公安院校的实训场地都是固定建筑物，由于受到基础设施建设的影响，实训的空间难以每年进行翻新或改变，几乎都是多年不变的模拟场景布置，而且在每次实训课程中，或多或少对建筑物内的设施（比如门、窗、玻璃等）进行“有意”或无意的破坏。无论室内还是室外，长时间的日晒雨淋，再加之对实训场地的保养维护和使用管理不到位，实训场地就出现残旧、破烂不堪的现象，严重影响师生开展实训课程的积极性。

（四）实训课程难以考核学生现场勘查实操技能

因为犯罪现场勘查综合应用的操作性很强，所以这门课程的学习体会是“听起来容易，做起来困难”，不少学生在实训课程时出现很多诸如忘了现场保护、整体巡视现场、固定拍照时漏放比例尺等错误，未能把所学到的知识要点和操作技巧结合起来。然而，犯罪现场勘查的实训课程多数采取分班、分组进行的形式，老师难以对学生实训课程进行全程跟踪，无法更全面、细致地指导学生，更无法科学、客观地考核学生对实训课程的掌握程度。

以上问题归根结底是犯罪现场勘查受到客观因素的制约太多，难以最大限度地发挥实训课程在犯罪现场勘查课程中的作用和功能。

二、VR与AR技术及其应用

（一）VR与AR技术

1.VR（Virtual Reality），虚拟现实技术，其原理是利用计算机生成一种虚拟的环境，通过多种传感设备，模仿人的视觉、听觉、触觉、平衡觉以及嗅觉，使体验者沉浸在该虚拟环境中，并可以通过佩戴仪器与该虚拟环境进行交互的技术，体验者会有明显的沉浸感。

2.AR（Augmented Reality），增强现实技术，其原理是在VR的基础上，通过计算机系统提供的信息，增强体验者对现实世界感知程度，将虚拟的信息应用到真实的世界，最明显的特点就是将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的增强。

（二）VR与AR技术的特征、应用

VR与AR技术在运行过程中，一般需要经历几个基本的流程。系统通过摄像机采集真实场景视频图像，系统在对所采集的图像进行分析处理，通过世界坐标系、摄像机坐标系、成像平面坐标系与图像坐标系之间的转换计算，获取摄像机外部参数数据，确定不同位置的姿态信息，再将虚拟的三维模型、动画、影像、声音等虚拟数字内容信息进行渲染，通过虚实融合叠加在现实场景中，经过显示设备进行输出。

VR与AR技术最明显的特征是“3I”，第一是沉浸性（Immersion），体验者在进入虚拟环境后，会有一种完全投入并沉浸在虚拟环境中的感受，比如随着体验者自己转头向左看，在虚拟环境中就会相应地向左旋转同样的角度，并看到左侧的景象；第二是感知性（Imagination），随着虚拟环境的变化，体验者的肢体动作随之会相应发生改变。曾经有体验者以站立姿势进入了虚拟乘坐过山车的环境，当过山车从最高点滑落至最低点的时候，测试者一下就坐在了地面上；第三是交互性（Interactivity），人与仪器设备可以有交互感。

1957年，Sensorama Machine出现，预示着AR概念的诞生，20世纪70年代，增强现实技术正式从军事实验室、高校实验室中发展起来；经历40多年的探索，随着移动互联网的高速发展，增强现实技术与移动端不断结合；2012年，Google Class正式发布，搭载增强现实技术的智能硬件成为大趋势，苹果、英特尔、高通、Facebook等科技巨头相继加入该领域；2015年，微软正式发布Hololens，增强现实再次站在风口浪尖。这种综合运用了声、光、电等物理元素，将立体观看、三维交叉、声音输入/输出以及触觉信息处理融为一体的技术，让体验者戴上特制的头盔或者眼镜，就能直观地进入虚拟世界，并被广泛地运用在动漫、娱乐与艺术创造领域。VR与AR的发展，让神秘叵测的黑科技变成了生活中奇幻的体验，可以让体验者乐此不疲去感受身临其境的新奇刺激。

（三）VR与AR技术虚拟现场场景的搭建

1.虚拟现场场景来源于现实。虚拟现场场景的搭建，离不开公安机关实务部门提供的图片、视频或监控录像等资料，这些资料能直接反映案件现场，是虚拟现场场景中最直观、最立体、最实用也是最经济的元素材料，可以通过公安机关刑事科学技术部门利用现场勘查系统，录入图片、视频或监控录像，建立虚拟场景素材数据库，并不断丰富数据库内容。

2.虚拟现场场景来源于动漫游戏等软件开发。动漫游戏最大的特点就是给人一种虚幻的场景，这就可以在软件设计与开发过程中，加入互动性质的应用，可以通过不同的道具进行交互，使虚拟场景的内容和环节不断丰富，同时交互体验也会更富有真实感。

（四）三维模型建立法在虚拟场景中的应用

1.三维模型建立法的原理。基于几何模型的场景建模。该方法主要是借助各种造型、建模技术来构造虚拟场景，然后在进行纹理映射、光亮度计算，最后对几何模型进行渲染绘制。

2.三维模型建立法的流程。第一步：我们可以应用3ds Max软件和Open GL软件，建立起一个场景模型。建模师通过对犯罪现场的平面图、现场照片等分析研究，全面了解犯罪现场的结构、分布等建筑学知识，创立出一个接近犯罪现场环境的三维场景模型。第二步：根据现场照片、现场人员提供的资料来创造各种组成元素模型（现场物品模型），最终将所有的元素模型和场景模型有条理的叠加在一起，就能创造出一个接近于现实犯罪现场的虚拟犯罪现场三维模型。第三步：在得到这个完整的虚拟犯罪现场三维模型后，我们可以运用相关技术将这个模型通过VR引擎和计算机硬件，在一定条件上呈现出来。

三、VR与AR技术在犯罪现场勘查实训课程应用的构想

我国公安院校的受教育对象主要是18至22岁年龄段的青少年，结合青少年学生喜欢创新探索、猎奇刺激的特点，利用VR与AR的先进技术，结合犯罪现场勘查实训课程要求，可以研发一款关于实训课程练习或考核的游戏。

1.寓实训于游戏。在传统的犯罪现场勘查课程教学过程中，教师难以用语言或平面图、立体图向学生阐明某类犯罪案件现场的空间结构，加之学生的社会实践较少，对某一类或几类案件犯罪现场的感性认识不强，只能靠想象，但想象就必然出现偏差。如前所述，由于VR与AR技术可以将虚拟的信息叠加到真实场景之中，我们可以以学生最喜闻乐见的游戏为载体，虚拟某一类或几类案件的犯罪现场的数据模型进行可视化，并增强现实情景，可以整合法医学、痕迹检验学等课程的知识点，设计无限多的犯罪现场情景，让学生在游戏中进行勘查。以命案现场为例，我们尝试设计出表格：命案现场勘查实训（考核）评分表（表1）。

比如参与实训体验的学生在进入一个陌生的犯罪现场环境时，如何做到先排险后勘验，如何打开通道进行整体巡视现场，对于现场的尸体、伤者应当如何处理，如何从尸体的表征看不同颜色、形状的尸斑、尸体发出不同的尸臭气味，判断死亡原因、死亡时间等，学生可以用手去“触摸”各种物品或冰冷的尸体，对在杀人案件如何勘验中心现场，在爆炸案件如何分析、还原起火爆炸装置，提取遗留在现场的指纹、足迹、工具等等，根据难度系数由低至高变化，在勘查的过程中又会随机出现各种不同的氛围或变幻莫测的情景，增加的元素越多，难度系数越大，操作越复杂，学生得分就越高，让学生在升级、通关等游戏过程中练习，挑战，达到完成实训课程的目标。

表1　　命案现场勘查实训（考核）评分

2.寓考核于实训。犯罪现场勘查实训课程中，如果学生离开了教师的指导和考核，这就仅仅只是一款游戏软件。犯罪现场勘查的实训课程要求既强调学生是虚拟犯罪现场认识的主体，又要突出教师在实训课程中的主导和评价作用。在学生参与实训课程时，教师也应该处于同样的虚拟环境，可以设计“练习—不计时—教师参与”和“考试—计时—教师不参与”两种游戏模式，供教师针对不同的需要作出选择。

四、VR与AR技术在犯罪现场勘查实训课程应用的必要性与可行性

（一）必要性

1.将VR与AR技术应用于犯罪现场勘查实训课程，是公安教育改革和科技强警的一次新的尝试。公安教育改革需要接受新思维、新技术，应该把先进的科学技术手段应用于公安教育，进一步推动技术创新发展，加强研、学、用的系统性和持续性，为公安教育事业培养更多实践能力强的技术专业人才。

2.将VR与AR技术应用于犯罪现场勘查实训课程，是提高实训课程质量和学生实训操作能力的一次新的尝试。犯罪现场勘查课程要提高实训课程的质量，就必须创新实训课程的形式，丰富实训课程的内容，提高实训课程的学生参与度和教师指导与评价。提高实训课程质量，就必然提高学生实训操作能力，强化先进技术能力的应用。

（二）可行性

纵观VR与AR技术的特点、功能与犯罪现场勘查实训课程的目的、要求，两者有高度的契合性。研发实训课程的游戏产品，是可行的。在理论上，VR与AR技术在国外的研究起步较早，并得到较为成熟的发展；在实践上，VR与AR技术逐渐运用到影视娱乐、动漫产业之中，这就充分说明，将VR与AR技术为犯罪现场勘查实训课程所用也是指日可待了。

在2016年CES国际消费电子展上，观众可以体验三星的新款Gear VR眼镜，同时尼康、蚁视、3Glasses等国内外公司也展出了最新的VR应用产品及设备，预计准备推出冒险游戏《Lucky’s Tale》及太空射击主题游戏《EVE：Valkyrie》，HTC公司推出的VIVE PRE在设计与功能上都有调整及升级，这套设备包括高清头戴显示器、耳机、两个虚拟空间定位器和一对VR专用无线控制手柄，新增了前置摄像头，可实现采集世界图像与虚拟出来的画面相叠加，实现AR体验。从这次展示上看出，无论是业界巨头还是创业公司，在VR与AR技术方面，已经面向消费市场作出新的尝试。

五、不足与展望

任何一项技术应用在具体某一领域，最初都会有一定的不足。VR与AR技术尚未能应用于犯罪现场勘查，主要原因有：一是对VR与AR技术不甚了解，重视程度不够。二是VR与AR技术本身的交互性较差，体验者的体验感觉还存有不足，比如佩戴头盔或者眼镜出现眩晕感的不舒适感，画面清晰度未能达到高清，虚拟场景迟延，受网络通信技术的影响等。三是对电脑配置的要求比较高，据调查数据显示，全球符合VR与AR技术标准的电脑仅1300万台，不足整体数量的1%。四是成本价格比较高。

不难想象，这些不足都不能阻挡VR 与AR技术的更新、升级与进步。随着三维跟踪注册技术、显示技术、交互技术、虚拟场景渲染技术和网络通信技术的发展，相信暂时存在的技术问题很快就得以解决。公安院校应顺势而动，主动积极与科技产品开发公司联系，研发出新产品，普及应用到犯罪现场勘查实训课程之中，使犯罪现场勘查实训课程更科学、更规范。

（吴刚/广东省肇庆市公安局森林分局国家林业局森林公安局2015年“双千计划”教官许泓毅/广东警官学院）

（编辑 赵文清）