虛擬現實技術在犯罪現場重建中的應用研究

白 冰

（陜西警官職業學院，陜西 西安 710043）

0 引 言

虛擬現實技術屬于一個全新的研究領域，主要通過鍵盤、鼠標、數據手套、頭盔等交互設備對人類的視覺、觸覺等進行模擬，有效實現三維壞境，達到犯罪現場重建的目的，讓使用者有身臨其境之感。因為收集證據和線索是現場勘察的主要手段，因此在各類案件的偵查過程中，完整的犯罪現場是案件獲取證據和線索的重要前提。在傳統的犯罪現場勘查中，人員勘查完畢后，犯罪現場的情形只存在于當時勘查人員的頭腦中，在進行案情分析和分工合作的過程中，因為并非每個工作者都可以獲取詳細的現場情況，所以很難客觀、全面地了解現場。為了能夠讓人員獲取更多現場信息，需對犯罪現場進行保護，因此有必要減少接觸犯罪現場的人員。傳統的做法多為人員在現場進行筆錄、拍照、錄像、鑒定結論和口頭描述等，但這些方法在表達信息的同時存在一定的局限性，同時采取的信息量也與勘察人員的數量存在一定關系[1]。

1 虛擬現實技術在犯罪現場重建中的應用

犯罪現場是一個整體，其中不僅包含有實體狀況，還包含了犯罪的主要器件，這些因素對后期現場勘察有重要影響。犯罪現場重建的重點是將犯罪現場內的相關要素整理成為一個有序的環境，并且可以從中演示完整的犯罪過程。應用虛擬現實技術對犯罪現場進行重建，需以犯罪現場的物證和鑒定作為基礎，采用人機對話的方式，利用虛擬現實技術的程序和動畫效果進行模擬。重建過程不僅可以展示整個案發詳情，還有利于辦案人員對案情作出正確判斷。同時也方便偵查人員對部分無法長時間保留的犯罪現場進行詳細觀察、記錄和重現。

在以往的犯罪現場重建過程中，大多采用拍照、記錄現場信息等方式，具有較大的局限性，無法適用于較為復雜的犯罪現場。針對較為復雜的現場，偵查人員不僅要確定犯罪對象的位置、與受害人的關系，還要還原犯罪對象的樣貌特征等。目前，在犯罪現場重現的過程中，最常采用拍照、攝像和畫圖等技術。攝像不僅可以有效表現概貌、方向和重點部位等，還可以通過單項拍攝和多向拍攝還原犯罪現場的原貌。在犯罪現場勘查過程中，無論采用哪種方法，拍攝也只是將三維物體成像在感光平面，無法準確表達、確定物體和空間位置的具體關系。為了能夠準確重現犯罪現場，勘查人員一般會在拍攝的照片上附加一些文字說明，但這也僅僅是簡單的文字表述，有時還可能存在歧義。偵察人員使用傳統方法對犯罪現場進行記錄時，很大程度上會因為勘查人員個體的專業素質和責任感對結果造成影響，同時也在一定程度上影響專家對案件的判斷[2]。

2 虛擬現實技術實現場地漫游

人機交互是虛擬現實研究中的重點，也是重建犯罪現場的關鍵。交互性主要體現在以下兩個方面：

（1）使用者可以在虛擬現實場景中進行操作，而在虛擬現實場景中的對象也根據使用者的操作做出反應；

（2）在虛擬現實場景中，使用者的位置和視角若發生改變，漫游引擎也能夠根據具體情況生成新的畫面，并提供給使用者。使用者不僅可以進行有效控制，還可以切換狀態，重點在于可以對視覺移動進行相應的控制。視點相應參數不斷變換，連續生成圖像并輸出至顯示設備。形成固定漫游的條件為在文件上記錄視點的空間參數。與此相反，自主漫游的條件為記錄由交互設備或交互原語確定的時視點的空間參數。

需要說明的是，實現任意角度的視角或觀測點，都可以通過選擇本系統上不同的按鈕來控制。同一場景在不同的角度下觀察會得到不同的圖像[3]。

3 物證管理和數據庫設計

物證主要是犯罪現場留下的作案痕跡和物品信息，可以在犯罪現場通過勘驗技術取證并記錄。物證管理主要是將提取的物證進行妥善保存，在需要時將物證取出用以配合調查和分析。

設計物證數據庫的主要目的在于有效儲存物證，包括現場拍攝的照片、物證細節，及參數說明等。為了更方便地實現物證數據庫及其擴展，照片的存儲應該設定相應的地址，之后通過調用地址來調用圖片[4]。

4 犯罪現場重建中的場景建模

在犯罪現場重建的過程中，完善犯罪現場的逼真效果十分重要，不僅可以讓使用者有身臨其境之感，還可以提高勘察人員的積極性和破案效率，并完善犯罪現場重建的效果。虛擬現實系統主要從兩個方面對犯罪現場進行重建，一是利用三維建模工具，二是利用OpenGL圖形接口。虛擬現實技術主要通過兩種建模技術進行構造，一種是直接通過OpenGL圖像對犯罪現場進行建模，從而有效實現對模型的控制，其中在虛擬現實中還包括幾何變換、顏色等。另一種是先通過3DMAX建模，之后用OpenGL讀取和控制。3DMAX作為目前較為廣泛應用的一種建模工具，雖然可以讓建造的模型更加逼真，但相對而言控制不便。應用OpenGL建模雖然整體畫面效果缺乏真實感，但更容易控制、實現，操作也較為簡單[5]。

在光柵圖形屏顯器出現之前，圖形在計算機上的顯示都由線畫出，而在光柵圖形屏顯器興起后，計算機圖形學研究的主流則是具有連綿色調的，具有真、實性質的圖形。正常情況下，具有真、實特質的圖形創造大概需要經歷四個步驟，分別為幾何結構繪型、景點獲取和光柵的交替、光明亮值的計算以及撞碰實驗。顯而易見，傳統意義上不具有實時特質的真、實特質的圖形創造比較注重圖形的真和實以及更高的質量，與之相反，對于創造圖形的速度則要求不高，虛擬現實的推廣使用歸屬于實時圖形學類別，限時的CP技術滿足了實時圖形創造的要求，換言之，就是在規定的時間內用繪制算法完成對場景的創造。當需要創造的場景比較復雜且模型數量較大時，很可能會因為數量過大導致實時交換無法實現。如果不采用折中解決的方式，虛擬現實的應用也未必能同時滿足圖形創造時的真實特質要求及繪制創造的實時特質[6]。

5 虛擬現實場景中的取景變換效果

虛擬物體被成功創建后，需要把創建好的虛擬物體安放在三維空間中合適的位置，更重要的是要尋求合適的視角進行觀察、檢測。而具有不同坐標之間互相轉換的取景變幻功能，則能幫助正確檢測場景中的模型。立體幾何均建立在所對應的某個場景的坐標系中，但我們了解的顯示屏上的二維圖像只是根據三維的定視點和視線方向的特質，在二維顯示屏上的折射投影。經過一系列坐標的轉換變動才能將三維坐標投影變換成顯示屏的像素坐標，上述坐標的轉換則涵蓋了場景坐標與攝像坐標的轉換，攝像坐標到顯示屏坐標的互換，這些變換即我們所說的變換取景[7]。

現如今、應用虛擬現實技術所實現的犯罪現場重建只是初步效果，還存在諸多不足：

（1）在虛擬現實技術中，人機交互還不夠人性化。在重建犯罪現場的系統中，只運用了鼠標、鍵盤手套等作為輸入工具，應當加強對虛擬場景的拖動操作。

（2）虛擬現實系統中的3D模型庫尚未成熟。對犯罪現場重建系統而言，3D模型庫較為簡單，只能做到基本模型，在進行犯罪現場重建的過程中存在一定的局限性。

（3）虛擬現實系統中缺少一定的智能推理模塊。一個較為基礎的案發環境里，需要載入的3D模型較多，同時對于各種模型的操作也較多，如此才能夠全方位完成犯罪現場重建。如果虛擬現實系統沒有智能推理模塊則不能根據環境進行推理[8]。

6 結 語

虛擬現實技術在犯罪現場重建的過程中有效結合了計算機圖形學、人機交互和犯罪心理學等技術，有效為勘察人員提供了犯罪現場的原貌，同時還可以通過虛擬現實技術演示整個案件發生的過程，方便勘查人員通過虛擬現實系統體驗真實的犯罪現場和犯罪過程，提高我國整體破案率。