公安院校法医三维虚拟仿真实验教学的建设与应用

2022-03-11陈瑶清李剑波欧阳常青吴婷朱密

科教导刊 2022年2期

陈瑶清李剑波欧阳常青吴婷朱密

摘要法医学是公安院校学生必修的通识课程，是培养学生现场勘查能力的重要环节。文章分析了当前公安院校法医学实验教学的现状与不足，介绍了三维虚拟仿真技术在公安院校法医学实验教学中的建设与应用，提出了三维虚拟仿真技术在法医学实验教学中的应用前景与不足。

关键词法医学；三维虚拟技术；实验教学

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2022.02.041

虚拟仿真技术，又称虚拟现实技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，通过计算机、仿真、人工智能等多种技术，给使用者创造一个三维虚拟世界，并可通过头盔显示器、数据手套等辅助传感设备，让使用者沉浸于一个观测与该虚拟世界交互的三维界面，可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，达到身临其境的效果。三维虚拟仿真技术在教育、工业、医学等多个领域都得到了广泛的运用，教育部《关于开展国家级虚拟现实实验教学中心建设工作的通知》（教高司函〔2013〕94号）提出：虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。近年来，全国各个高校根据本学科及本专业特色，建设了贴合专业的虚拟仿真实验中心，法医学是公安院校刑事技术专业的主干课，是一门对专业与实践要求都很高的学科，学生的动手操作能力与专业知识在培养目标中都非常重要，公安院校重点培养专业的应用型人才，为此，我们利用虚拟仿真技术，建立了法医三维虚拟仿真实验教学平台，本文将从三维虚拟仿真技术在法医学教学中的必要性、建设内容与应用、建设前景等几个方面进行阐述。

1虚拟仿真技术在法医实验教学中应用的必要性

目前，公安院校传统的教学模式与实训方法在培养学生的动手能力，尤其是现场勘验能力方面有着明显缺陷，既往的教学方法主要通过教师课堂讲授知识，检验学生学习效果也是以试卷考试方式为主，侧重学生专业理论知识的掌握情况，虽然也开设一定的实验操作课，但因实验场地、设备等条件的限制，实验内容简单、过时，无法与公安实战紧密结合，且一般情况下，实验教学要求在规定场所规定时间内完成，制约了实验教学的深度与广度；法医学专业课的学习场地局限于校园，而如命案、强奸杀人、交通事故、灾难事件等真实犯罪现场的实验实训场景难以模拟，学生在实训中不能体验真实现场的现场勘验和尸体检验过程，实训教学缺乏生动性；再加上任课教师自身常年从事单纯的教学工作，并非实战部门的法医，缺乏实战经验，实训教学效果不太理想；在实习阶段，因为公安实践中案件的突发性以及现场勘查的及时性等特殊要求，学生所能获得的实践锻炼机会也十分有限。因此，学生毕业走上工作岗位后面对真实案件时，难以迅速担任现场勘查等专业任务，一般需要经过较长时间的学习、摸索才能胜任。三维虚拟仿真实验突破传统实验教学模式的限制，将传统的学习变成直观展示、动态可变的虚拟仿真的沉浸式体验学习，使学生可以沉浸于虚拟的案件现场，模拟勘查员或者法医进行现场勘查与尸体检验，提高学生学习的积极性和主动性，也给教师的教学提供了方便，大大提高了教学质量。同时，搭载智慧教学系统的三维虚拟仿真实训平台也可打破时间与空间的限制，最大限度地利用碎片化时间反复进行模拟操作，从而达到熟练掌握操作步骤的目的，虚拟仿真实验教学建设顺应了教育信息化的发展趋势和现实需要，更符合公安院校学生学习法医学的需求。

2法医三维虚拟仿真实验教学系统的建设内容

2.1虚拟仿真实验教学管理平台的建设

在学院智慧校园的基础上建设三维虚拟仿真实验教学管理与共享平台，通过此平台可以进行实验教学开课、选课管理、实验教学过程化管理（课前预习、课中考勤、实验过程考核、线上实验报告、实验成绩评分）、在线学习（视频课件学习、在线练习、在线考核、在线答疑、虚拟仿真实验、课程导读）、实验教学资源开放共享、实验室仪器设备管理、开放实验管理等，同时可根据学院的需要对接云平台上第三方虚拟实验课程资源或自建课程资源，为学院虚拟实验教学环境提供应用平台。另外，此平台可以与学校已经建设完成的校级实验室开放管理平台、远程视频管理系统无缝对接，实现虚拟仿真实验教学管理与共享管理平台的智能管控，实现实验教学的“虚实结合”，“智能、智慧型”管理。如图1。

2.2三维虚拟仿真命案现场勘查系统的建设

通过虚拟仿真引擎工具为技术开发平台，结合3D建模、计算机网络、动画模拟、人机交互等手段，结合二维和三维多种方式，仿真模拟一个现代小区场景，提供一整套三维场景，包含犯罪现场场景（外景、中心现场场景）、指挥中心场景、法医解剖室、讯问室场景、痕迹实验室场景、声像实验室场景、专案组场景、物证技术室内场景等场景，虚拟仿真还原真实案件的全过程，包括接报案、立案、现场勘查、尸体检验、现场走访、案情分析、物证技术检验、侦查措施与侦查技术的应用、抓捕、讯问、结案等环节的案件侦查综合实验。通过三维仿真技术，以第一人称的形式模拟现场勘查的整个过程，包括现场外围巡视、拍照、获取现场视频资料、寻找案发中心现场，在现场勘查时，对现场勘查箱里的常见工具、设备、试剂进行三维建模，通过对这些工具、试剂和设备仿真模拟操作，模拟在现场勘查中的发现、固定、提取、包装并记录现场生物物证以及足迹、手印等痕迹物证，通过虚拟命案现场的仿真操作，选择不同的提取方法来实现物证的发现提取方法，从而掌握现场检材的正确勘验方法，系统根据学生的操作流程及规范，对操作错误的地方进行启发性指导，并在后台进行记录、扣分等处理方式，加强学生对易错环节的记忆。打造不同性质不同类别的案件虚拟仿真勘查操作系统，具有紧贴公安实战、案件现场高度还原、操作深度参与的特点。通过对虚拟物证的反复操作训练，让学生对各类物证的发现、固定、提取及包装能更规范、更全面，進而掌握案件现场勘查的基本技能与勘查思维。如图2。

2.3建设三维虚拟仿真尸体检验系统

通过三维虚拟仿真技术，操作者以第一人称的形式，进入现场内，完成案发现场的初步尸体检验，模拟办案的常规步骤，进入虚拟仿真的法医病理解剖实验室（如图3），并通过对解剖工具进行三维建模，模拟法医分别对尸体进行衣着检验、尸表检验及尸体解剖，模拟检验、记录衣着情况，衣服损伤情况等，尸表检验则对建模的尸体进行常规尸体外表检验、创伤检验、尸体现象等的模拟检验，尸体解剖则模拟选用不同解剖工具对人体体腔、器官进行解剖检验，模拟检验还需记录各种阳性发现和阴性结果，并尽可能全面提取组织、体液、毛发、指甲等生物检材以备检。通过虚拟操作尸体解剖检验了解人体的基本结构以及损伤特征，三维虚拟仿真的尸体检验系统能将抽象的人体结构与损伤逼真地呈现出来，通过虚拟操作，加深了无医学基础知识的公安院校学生对法医学知识的理解，提高学生规范保护、处理尸体以及物证的能力。

上述的现场勘查系统与尸体检验系统在虚拟操作时分为教学模式和考核模式。在教学模式下，让学生重复实验操作练习，并提供实验操作流程的详细指导，学生能够根据操作提示一步一步进行练习，如果学生操作错误，系统会根据学生的操作流程及规范，对操作错误的地方进行启发性指导，并在后台进行记录、扣分等处理。考核模式下则不提供指导，系统统计学生错误点自行扣分，老师可导出成绩到指定的虚拟实验管理平台，在操作实验的过程中，对带有摄像头的电脑，可间断性的采集正在做实验的同学头像并进行存档，用以监控学生的整个实验过程。虚拟勘验结束之后学生可进入现场调查访问、实验室物证检验、办案人员案情分析等场景，物证检验环节则将学生在现场勘查、尸体检验过程中提取的物证进行检验分析，包含手印分析、足迹检验、生物物证的DNA检验等，学生需根据检验结果、调查访问情况等对案情进行综合分析与研判，对案件性质、死者死亡原因、致伤物等作出判断。最后，系统根据学生的操作和答题情况给出得分和成绩分析，实现整个虚拟实验过程性评价。

3虚拟仿真技术在法医学实验教学中的应用前景与不足

三维虚拟仿真技术在法医学实验教学中的应用主要借助于计算机、传感器等设备构建的虚拟案件场景与角色，让学生在虚拟仿真的场景中进行实验操作，不仅可以突破现实实验时间与空间条件的限制，开设一些在现实实验室中无法进行的实验操作，大大拓展实验内容，还可以通过沉浸体验式的操作练习，激发学生的学习兴趣，提升学生实验操作技能。学生还可以依托网络教学平台，不限时间与场地，从而实现学生无边界的学习，对提升教学效率，加大实验教学改革具有重大意义。因此，三维虚拟仿真技术应用于法医学的实践教学中，对于法医学专业发展有较大的影响，发展潜力巨大，同时应用前景也较广阔。近年来，全国各地公安院校在实验教学中逐步引入了三维虚拟仿真技术，已成为实验教学改革的新趋势，在提高公安专业学生现勘能力和培养合格的公安实战型人才等方面，虚拟仿真技术的重要性将越来越凸显。我们将在今后的工作中，不断完善我校的法医学虚拟仿真实验教学新模式，逐渐实现法医病理、法医物证、法医毒物、痕迹检验等多门刑事技术学科的融合，为该技术在公安教育中推广普及提供支持。

三维虚拟仿真实验教学虽然解决了传统教学方式中的场地与部分内容无法实现等问题，但仍只是在法医学实验教学中起到一定作用，并不能完全代替真实的实验操作，尤其是一些精细的动手操作的实验步骤，三维虚拟仿真实验尚不能完全达到效果，还需要在真实的实际操作中进行训练，尽量做到“虚实结合，能实不虚”，让三维虚拟仿真技术既能有效补充实体实验的不足，同时又做到不依赖，不盲从。三维虚拟仿真技术的真实性尚不能满足实际运用的要求，要模拟真实性达到与真实人体接近，不仅要升级硬件，更需优化软件，将实验设计能力要求降低，让教师能根据课程及教学的实际需要，实现设计自主化、智能化。另外，虚拟图像易使使用者眼睛疲劳，导致头晕恶心，尤其是在使用VR头盔时，易失去平衡和方向感，容易出现摔跌现象，因此三维虚拟技术的人机界面也需持续改进，提升画面质量。

基金项目：2019年教育部第二批产学合作协同育人项目“法医病理物证三维虚拟仿真实训建设”（项目编号：201902044055）；湖南省教育厅普通高等学校教学改革一般研究项目“三维虚拟仿真技术在刑事科学技术专业教学中的应用研究”。

参考文献

[1]夏水秀，顾芝亚，李永生.虚拟现实技术在法医物证实验教学中的应用[J].法医学杂志，2019，35（6）：759-761.

[2]郑卫红，汤桂成，吴杰.推进基础医学虚拟仿真实验室建设探析[J].基础医学教育，2017，19（4）：310-313.

[3]周亦武，邓伟年，罗桑等，法医病理学虚拟仿真教学实验室的建设与展望[J].基础医学教育，2019，21（3）：231.234.

[4]洪亮，余结根，徐文根.法医专业刑事科学技术虚拟仿真实验教学建设与探索[J].信息与电脑，2019，11：249.250.

[5]俞尤嘉，李開，陈鹏，等.命案现场勘验虚拟仿真教学项目设计与开发[J].基础医学教育，2019，21（6）：477.480.

[6]王乐，贾宗平，李双双.刑事科学技术课程的实践教学研究[J].法制博览，2018，（2）：65-66.

[7]陈学国.虚拟现实技术在刑事毒物分析实验课程教学中的应用[J].广州化工，2012，40（11）：205-206.

[8]肖坚，张会霞，刘良.虚拟现实技术在法医病理学中的应用[J].法医学杂志，2005，21（2）：146-148.

[9]刘亚丰，苏莉，吴元喜，等.虚拟仿真教学资源开放共享策略探索[J].实验技术与管理，2016，33（12）：137-141，145.

[10]白冰.虚拟现实技术在犯罪现场重建中的应用研究[J].物联网技术，2018，11：81-82.