基于三維激光掃描的虛擬仿真技術(shù)在教學中的應(yīng)用
——以浙江警察學院虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心為例

劉 猛,王斌杰,殷克華,王啟超

(1.浙江警察學院,浙江 杭州 310053)(2.浙江省公安廳,浙江 杭州 310009)(3.桐鄉(xiāng)市公安局,浙江 桐鄉(xiāng) 314500)

為學習貫徹落實習近平總書記關(guān)于強化實踐育人工作的重要指示精神和全國高校思想政治工作會議精神,以及《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》《教育信息化“十三五”規(guī)劃》和《教育部關(guān)于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設(shè)工作的通知(教高函〔2018〕5號)》等一系列與教育信息化相關(guān)文件的要求,高校教師應(yīng)樹立教育信息化的理念,將教育信息化擺在支撐引領(lǐng)教育現(xiàn)代化的戰(zhàn)略地位,寫好教育“奮進之筆”,探索現(xiàn)代信息技術(shù)與教育的全面深度融合,以信息化引領(lǐng)教育理念和教育模式的創(chuàng)新,充分發(fā)揮教育信息化在教育改革和發(fā)展中的支撐與引領(lǐng)作用,增強學生在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下提出問題、分析問題和解決問題的能力。

2018年,公安部下發(fā)了有關(guān)加強公安院校公安專業(yè)人才現(xiàn)場勘查能力建設(shè)的相關(guān)文件,文件強調(diào),要加強公安院校公安專業(yè)人才現(xiàn)場勘查能力的建設(shè),要求凡是公安院校公安專業(yè)學生都要學習犯罪現(xiàn)場勘查課程。這不僅為公安院校犯罪現(xiàn)場勘查課程帶來了新的挑戰(zhàn),也給本就緊張的現(xiàn)場勘查實訓場地帶來了更大的壓力。

根據(jù)黨中央的決策部署和教育部、公安部的要求,結(jié)合公安院校犯罪現(xiàn)場勘查教學、實訓等實際情況,將基于三維激光掃描的虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到犯罪現(xiàn)場勘查課程的教學實訓中,努力創(chuàng)新信息化教學與學習方式,提升個性化互動教學水平,積極探索信息技術(shù)與教育教學的深度融合,依靠信息技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)對犯罪現(xiàn)場勘查課程相關(guān)教學資源進行數(shù)字化建設(shè)、對教學實訓進行改革創(chuàng)新,成為了全面提升公安院校公安專業(yè)人才現(xiàn)場勘查能力、解決學校實訓場地緊張的一條切實可行的路徑。

一、技術(shù)原理與實踐應(yīng)用

將三維建模應(yīng)用到犯罪現(xiàn)場分析重建的案例屢見不鮮,特別是在彈道分析、[1]血跡分析[2]上的應(yīng)用,依靠的主要技術(shù)包括基于圖象建模、計算機模擬建模等。三維激光掃描技術(shù)在三維建模領(lǐng)域的應(yīng)用越來越常見,該技術(shù)又稱“實景復制技術(shù)”,它提供了一種快速、直接、高精度獲取高密度、點云式三維空間信息的技術(shù)手段,三維激光掃描技術(shù)在犯罪現(xiàn)場分析重建中的應(yīng)用成為了近年來國內(nèi)外研究的熱點。

國外的研究不僅對三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場勘查的場景和方法進行了探討,而且還對該技術(shù)應(yīng)用的法律適應(yīng)性、使用成本等進行了深入研究。2010年,波蘭的Krzysztof探究了利用三維激光掃描技術(shù)進行犯罪現(xiàn)場重建的可能性,還探討了該技術(shù)在證據(jù)收集中的法律基礎(chǔ),他在論文中總結(jié)了三維激光掃描技術(shù)具有精確、客觀、非接觸、無損檢測等優(yōu)點,并得出了三維激光掃描技術(shù)適用于犯罪現(xiàn)場重建分析,并且符合相關(guān)法律規(guī)定要求的結(jié)論。[3]2012年,意大利的Barazzetti L比較了三維激光掃描和攝影測量兩種用于快速記錄事故或犯罪等復雜場景的技術(shù)。三維激光掃描技術(shù)允許通過密集的點云對復雜場景進行快速幾何重建,并且根據(jù)區(qū)域大小使用不同種類的掃描儀器進行數(shù)據(jù)采集,以達到所需的詳細程度;攝影測量技術(shù)既可以用于幾何重建,也可以達到激光掃描的真實感紋理。攝影測量更注重小細節(jié),激光掃描提供了更全面的整個現(xiàn)場的幾何視圖。最后還在論文中分享了兩種技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗。[4]瑞士的Ursula在2013年的論文中列舉了借助三維激光掃描技術(shù)用于確定案件性質(zhì)的兩起案件。一起槍擊案件和一起汽車撞擊案件,作案人是否主觀故意成為法庭上的爭辯焦點,案件性質(zhì)無法確定,給法庭審判帶來了困難。最后利用三維激光掃描技術(shù)和真實的現(xiàn)場數(shù)據(jù)成功地對犯罪現(xiàn)場進行了分析與重建,為案件定性做出了重大貢獻。[5]三維激光掃描技術(shù)也被應(yīng)用于交通肇事現(xiàn)場的分析重建中,2020年英格蘭的Waltraud利用三維激光掃描技術(shù)分析重建了一起致命的行人車輛碰撞事故,成功地還原了交通事故現(xiàn)場,確定了事故性質(zhì)。[6]

近年來,三維成像技術(shù)功能愈發(fā)強大,幫助現(xiàn)場勘查人員突破了許多傳統(tǒng)方法無法實現(xiàn)的瓶頸制約,越來越多的重大案事件開始應(yīng)用該技術(shù)進行現(xiàn)場分析重建。作為一種相對較新的法庭科學技術(shù),2018年澳大利亞的Domenic從不同角度論證了該技術(shù)的有效性以及法律適用性,以指導和促進三維成像技術(shù)在犯罪現(xiàn)場分析重建等法庭科學領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。[7]同時，隨著全球越來越多的犯罪現(xiàn)場勘查部門采用三維激光掃描技術(shù)協(xié)助案件勘查,該技術(shù)居高不下的使用成本成為了一個令人詬病的話題。2019年,美國的Tredinnick開發(fā)了一種三維激光掃描的成本效益分析算法對該問題進行了深入研究。該算法基于真實三維掃描結(jié)果和一個由犯罪現(xiàn)場勘查人員組成的小組對這項技術(shù)的討論結(jié)果,對開發(fā)的成本效益算法進行了10萬計數(shù)的蒙特卡羅模擬,得出的結(jié)果可以更好解釋三維激光掃描技術(shù)在犯罪現(xiàn)場調(diào)查中的成本效益問題。[8]

國內(nèi)對三維激光掃描技術(shù)的研究也是先從實戰(zhàn)應(yīng)用出發(fā),再不斷深入研究，提升應(yīng)用效果，拓展應(yīng)用場景。蔡能斌于2011年就提出了利用三維激光掃描技術(shù)進行現(xiàn)場重建的技術(shù)方法。該方法首先使用三維激光掃描儀對犯罪現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集,獲取現(xiàn)場三維點云數(shù)據(jù),然后根據(jù)點云數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場建模和動畫模擬,可以精確地還原重現(xiàn)犯罪過程,具有較強的交互性和沉浸感。[9]2017年,劉晉對基于三維激光掃描技術(shù)的犯罪現(xiàn)場重建進行了研究,介紹了三維激光掃描設(shè)備的分類和具體的三維激光掃描技術(shù)流程,并根據(jù)個人經(jīng)驗按照犯罪現(xiàn)場的范圍大小提出了不同的三維重建方案。[10]

也有國內(nèi)外研究人員將三維激光掃描技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的融合進行了研究,并取得了不錯的效果。2018年,Ren Pu利用包括三維激光掃描、基于圖像的建模和軟件建模等各種流行的技術(shù),構(gòu)建了室內(nèi)犯罪現(xiàn)場的三維模型集合,綜合運用計算機圖形學、基于草圖的建模和虛擬現(xiàn)實技術(shù),開發(fā)了一種成本低、速度快，適用于現(xiàn)場分析與重建的三維犯罪現(xiàn)場呈現(xiàn)方法和交互式實時虛擬漫游應(yīng)用程序,并通過實例驗證了該方法的可行性和有效性。[11]左倪娜于2019年將三維激光掃描技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)融合應(yīng)用于犯罪現(xiàn)場分析與重建,提出了利用三維激光掃描進行犯罪場景重建和利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)場景漫游的設(shè)計思路,并結(jié)合實例探討了對小范圍、中型規(guī)模和大型規(guī)模的犯罪現(xiàn)場重建的技巧和經(jīng)驗。[12]2019年,Wang Jinming利用不同的三維激光掃描設(shè)備對犯罪現(xiàn)場進行多角度、全方位的三維空間數(shù)據(jù)采集,并使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對掃描現(xiàn)場進行沉浸式的呈現(xiàn),通過專家經(jīng)驗和計算機輔助工具相結(jié)合對現(xiàn)場的各項證據(jù)進行解釋,從而實現(xiàn)犯罪現(xiàn)場的分析重建,取得了令人滿意的效果。論文還通過一起真實案件的具體應(yīng)用,證明了基于激光掃描的三維成像技術(shù)的應(yīng)用有助于對案件進行更加深刻的現(xiàn)場分析與調(diào)查。[13]

三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于交通事故現(xiàn)場分析重建也是國內(nèi)研究的一個熱點。2017年,孫杰運用三維激光掃描技術(shù)結(jié)合多剛體動力學和遺傳算法優(yōu)化,對一起汽車與自行車碰撞的交通事故進行了分析與重現(xiàn),為法醫(yī)學死因鑒定提供了生物力學依據(jù),在交通事故責任認定、致傷和死因分析鑒定上具有應(yīng)用價值。[14]李勝東、章雪團隊于2018年利用三維激光掃描技術(shù)對交通事故現(xiàn)場掃描記錄后進行分析重建,成功還原了事故發(fā)生過程。[15]其團隊后續(xù)于2020年還開展了三維激光掃描和計算機技術(shù)在還原事故現(xiàn)場、事故過程重建及駕乘關(guān)系鑒定中的應(yīng)用研究,使用三維激光掃描技術(shù)對一起交通事故現(xiàn)場進行記錄,再結(jié)合計算機技術(shù)、人體損傷對事故現(xiàn)場分析重建,確定了事故過程和車內(nèi)人員運動軌跡。[16]2021年,繆啟鋒利用三維激光掃描設(shè)備對標記后的事故現(xiàn)場掃描記錄,運用計算機技術(shù)對采集的高精度點云數(shù)據(jù)進行建模,準確、高效地還原了特定瞬間的事故現(xiàn)場,為事故現(xiàn)場重現(xiàn)提供了一種科學有效的方法。[17]

從目前了解的情況來看,全國公安院校少有將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用到犯罪現(xiàn)場勘查課程的教學過程中。浙江警察學院犯罪現(xiàn)場勘查課程教學團隊與校局合作實戰(zhàn)部門于2018年就開始研究將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于犯罪現(xiàn)場勘查實戰(zhàn),在研究過程中發(fā)現(xiàn)三維激光掃描獲取的點云數(shù)據(jù)難以體現(xiàn)犯罪現(xiàn)場豐富的紋理細節(jié),生成的現(xiàn)場數(shù)據(jù)可視化效果達不到犯罪現(xiàn)場勘查的要求。為解決這個問題,團隊一方面從算法上對生成的三維點云數(shù)據(jù)進行優(yōu)化,另一方面進行重點技術(shù)攻關(guān),提出了運用數(shù)據(jù)融合的方法解決三維模型傳統(tǒng)頂點著色渲染存在數(shù)據(jù)體量大、渲染效果差等問題。

全景影像數(shù)據(jù)是由一系列多視角圖像構(gòu)成,可記錄場景全視角下完整且真實的影像信息,能夠為用戶提供身臨其境的視覺體驗,彌補了三維點云數(shù)據(jù)可視化效果不佳的缺陷,而且三維激光掃描設(shè)備可以同時采集點云數(shù)據(jù)和全景影像數(shù)據(jù)。因此,團隊提出了將激光點云和全景影像數(shù)據(jù)融合生成清晰紋理的方法。該方法利用全景球模型將多站全景影像在空間上運用反距離加權(quán)方法進行顏色域融合,同時計算紋理像素點的空間映射點到全景球中心的通視遮擋,并進行紋理圖像空白填充,完成三維點云與全景影像的數(shù)據(jù)融合,實現(xiàn)三維點云與全景影像快速結(jié)合生成高清紋理圖像,減小最終整體數(shù)據(jù)的體量,提升視覺效果,更加符合犯罪現(xiàn)場勘查實戰(zhàn)應(yīng)用的要求。[18]

使用三維激光掃描設(shè)備同步采集現(xiàn)場的點云和全景影像數(shù)據(jù),利用開發(fā)建設(shè)的平臺軟件將海量三維點云信息與超高分辨率的全景影像數(shù)據(jù)有機融合,集成三維激光掃描技術(shù)超高的精密度和全景數(shù)據(jù)優(yōu)異的可視化效果,能夠更加準確、客觀地對犯罪現(xiàn)場進行記錄和展示,滿足犯罪現(xiàn)場勘查的要求,也為后續(xù)虛擬仿真實訓項目的開發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)。在國內(nèi)公安院校相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的實踐應(yīng)用中,浙江警察學院是目前少有的將此研究成果應(yīng)用到犯罪現(xiàn)場勘查課程理論和實訓教學中的高校。

二、浙江警察學院虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心的建設(shè)及應(yīng)用

犯罪現(xiàn)場勘查是一門集偵查學、刑事科學技術(shù)學、訴訟法學等多學科于一體的交叉學科,不但理論性強,而且具有極強的操作性和實戰(zhàn)性。目前全國公安院校普遍存在犯罪現(xiàn)場勘查實驗實訓場地不足的困境,而浙江警察學院根據(jù)教育信息化發(fā)展的要求,結(jié)合學校具體情況,利用三維激光掃描虛擬仿真技術(shù)對犯罪現(xiàn)場勘查課程進行數(shù)字化建設(shè)和虛擬仿真教學改革創(chuàng)新,開發(fā)建設(shè)了虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心。

(一)虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心的建設(shè)

1.建設(shè)理念。傳統(tǒng)的犯罪現(xiàn)場勘查實訓場地是以實物為主的實體模擬現(xiàn)場,利用有限的場地資源最大可能地還原最常見的犯罪現(xiàn)場類型,用于教師教學和學生實訓。傳統(tǒng)的模擬犯罪現(xiàn)場具有一定的局限性,例如受限于場地原因,涵蓋的犯罪現(xiàn)場類型有限,模擬犯罪現(xiàn)場更新繁瑣,更新周期長且成本高,無法緊跟犯罪形勢的變化,對犯罪現(xiàn)場勘查教學的設(shè)計更新有一定的影響,教師無法與時俱進地更新模擬現(xiàn)場進行相關(guān)的實訓教學,學校也沒有更多的場地供教師去布置、更新模擬現(xiàn)場。近年市面上的虛擬仿真實訓產(chǎn)品基本都是公司搭建的固定的犯罪現(xiàn)場模型,更新模型又要增加投入,不是一個綠色、可持續(xù)的發(fā)展道路。

浙江警察學院犯罪現(xiàn)場勘查課程教學團隊基于前期的研究成果,創(chuàng)新虛擬仿真的理念和思路,提出將常見的犯罪現(xiàn)場、物證利用三維激光掃描技術(shù)進行數(shù)據(jù)的采集、建模,建立一個常見的數(shù)字化的虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心,內(nèi)設(shè)常見犯罪現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫和物證數(shù)據(jù)庫,包括一些經(jīng)典案件的現(xiàn)場和物證。由于基于三維激光掃描建立的數(shù)字化虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心僅由數(shù)據(jù)構(gòu)成,只會占據(jù)硬盤的空間,不會占據(jù)真實空間,因此，對于實訓場地緊張的學校來說是個絕佳的選擇,完美地解決了實訓場地不足、模擬犯罪現(xiàn)場更新不及時的問題,對傳統(tǒng)實體模擬現(xiàn)場是很好的補充。而且浙江越來越多的公安基層單位開始將三維激光掃描技術(shù)運用到一些重特大案件的現(xiàn)場勘查中去,為數(shù)字化的犯罪現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫的持續(xù)建設(shè)提供了便捷條件。教學團隊將實戰(zhàn)部門采集到的數(shù)據(jù)加工處理后充實到虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心數(shù)據(jù)庫中,模擬真實現(xiàn)場將會給犯罪現(xiàn)場勘查教學和實訓項目設(shè)計帶來巨大幫助,真正做到依托校局合作模式,實現(xiàn)實戰(zhàn)促教學、教學助實戰(zhàn)的效果。將數(shù)字化虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心和傳統(tǒng)模擬犯罪現(xiàn)場有機結(jié)合,可以更有效地提升學生的犯罪現(xiàn)場勘查能力。同時，為了貫徹綠色、可持續(xù)發(fā)展的虛擬仿真項目建設(shè)理念,團隊提出開發(fā)具有自由創(chuàng)建犯罪現(xiàn)場、線上布置現(xiàn)場、勘驗現(xiàn)場功能的平臺。教師可以根據(jù)教學需求在數(shù)字化的虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心創(chuàng)建新的犯罪現(xiàn)場、線上布置現(xiàn)場并向?qū)W生發(fā)布勘驗任務(wù),而不是再增加投入進行現(xiàn)場模型更新,開發(fā)建設(shè)的不單純是某一個虛擬犯罪現(xiàn)場勘查的實訓項目,而是創(chuàng)作虛擬仿真實訓項目的工具,有利于真正實現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展。

2.建設(shè)情況。根據(jù)相關(guān)文件要求,依托教學改革項目,積極開展虛擬仿真實驗實訓項目的開發(fā)建設(shè)。目前，浙江警察學院已經(jīng)完成了虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心一期三維犯罪現(xiàn)場分析重建平臺的建設(shè)。平臺具有測量、痕跡物證標注、拍照、漫游以及一鍵生成現(xiàn)場圖等功能,可以實現(xiàn)對犯罪現(xiàn)場信息的加工和處理。平臺提供了便捷的人機交互手段,可流暢地在三維實景中以VR和第一人稱視角自由漫游,提供更強的代入感,使學生猶如身在現(xiàn)場,有利于增強對犯罪現(xiàn)場的認知,更好地為犯罪現(xiàn)場勘查課程的教學和實訓服務(wù)。目前,團隊已經(jīng)將學校的所有實體模擬現(xiàn)場、校史館、教師辦公室和一些真實案件現(xiàn)場等24個場景采集添加到平臺犯罪現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫中。(詳見圖1)

圖1 浙江警察學院三維犯罪現(xiàn)場分析重建平臺

浙江警察學院虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心二期項目初步完成,并將一期項目中的功能進行融合,可實現(xiàn)真實案件教學、在線勘查教學和線下實訓教學三種不同場景的教學模式任意切換。二期項目建設(shè)核心是開發(fā)一套可自由進行虛擬仿真實訓項目創(chuàng)作的綠色、可持續(xù)發(fā)展的工具平臺,建立基于真實場景的虛擬仿真線上實訓系統(tǒng)。教師可根據(jù)教學需求,基于上傳的三維實景或自定義繪制的場景,自主搭建烘焙出純仿真場景,實現(xiàn)線上自建犯罪現(xiàn)場、布置現(xiàn)場和發(fā)布勘驗任務(wù)。系統(tǒng)提供了教師端現(xiàn)場布置工具和學生端模擬勘驗的全流程服務(wù),并具有基于三維實景“邊看邊勘”的現(xiàn)場勘查功能,以及教師在線查看、批閱、評分等教學模塊功能,真正做到虛實結(jié)合,完全實現(xiàn)線上虛擬仿真犯罪現(xiàn)場勘查實訓。(詳見圖2)

圖2 浙江警察學院虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心

(二)虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心的教學應(yīng)用

教師既可以直接利用虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心的真實經(jīng)典犯罪現(xiàn)場進行課堂案例教學,也可以利用數(shù)字化平臺中基于真實場景的虛擬犯罪現(xiàn)場和物證,根據(jù)教學需要在線布置犯罪現(xiàn)場進行線上實訓教學。

1.理論教學應(yīng)用。課堂案例教學中,借助浙江警察學院虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心,通過三維激光掃描和全景影像技術(shù)采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息,還原犯罪現(xiàn)場,大大提升影像數(shù)據(jù)的利用價值,實現(xiàn)讓學生身臨其境感受犯罪現(xiàn)場并理解掌握犯罪現(xiàn)場勘查的教學目的。將基于三維激光掃描的虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到課堂教學中去,教師可以更好地介紹犯罪現(xiàn)場,學生可以更直觀地理解、感受犯罪現(xiàn)場。將新科技、新手段應(yīng)用于課堂教學中去,豐富教學手段、創(chuàng)新教學模式,不僅可以將課堂變得生動有趣,而且還可以讓學生在校期間“親身”體驗經(jīng)典的犯罪現(xiàn)場,培養(yǎng)學生對犯罪現(xiàn)場的掌控和理解能力。

2.實訓教學應(yīng)用。創(chuàng)新實訓教學模式,將三維激光掃描和全景影像記錄的犯罪現(xiàn)場應(yīng)用到實訓教學中去,教師可以根據(jù)教學需要,選用浙江警察學院虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心犯罪現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫中的場景環(huán)境,插入常見的痕跡物證在線布置犯罪現(xiàn)場,學生在線即可進行虛擬仿真實訓。在2020年線上教學期間,教師通過平臺線上布置虛擬犯罪現(xiàn)場,學生在家就可以登陸學校三維犯罪現(xiàn)場分析重建平臺體驗三維犯罪現(xiàn)場并進行相關(guān)實訓。虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心二期項目可以更好地滿足師生線上實訓的需求,實現(xiàn)從教師在線布置現(xiàn)場,包括選擇合適的現(xiàn)場去布置現(xiàn)場痕跡物證以及一鍵送檢后的檢驗鑒定結(jié)果,到學生在線勘驗現(xiàn)場,尋找發(fā)現(xiàn)固定提取送檢勘驗取得的痕跡物證,根據(jù)現(xiàn)場勘驗情況制作三錄材料,①根據(jù)現(xiàn)場物證送檢鑒定結(jié)果和其他的線索進行現(xiàn)場分析,運用辯證法和偵查思維對現(xiàn)場進行重建,結(jié)合三維實景和思維導圖對現(xiàn)場勘驗情況、分析重建結(jié)果進行展示匯報,最后教師對學生作業(yè)和展示匯報結(jié)果進行點評。(詳見圖3)

圖3 基于三維激光掃描的虛擬仿真實訓建設(shè)思路

三、教學改革與實踐效果

將基于三維激光掃描的虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于犯罪現(xiàn)場勘查教學中,能夠做到知識、能力、素質(zhì)的有機融合,更好地鍛煉學生的邏輯推理思維、總結(jié)匯報能力,著重培養(yǎng)學生解決復雜犯罪現(xiàn)場的綜合能力和高級思維,全面提升學生犯罪現(xiàn)場勘查能力與水平。特別是作為教學難點和重點的犯罪現(xiàn)場分析重建內(nèi)容,對學生的綜合能力和邏輯思維有較高的要求。利用三維激光掃描技術(shù)可以幫助學生高效地提升現(xiàn)場分析的能力和水平。在三維激光掃描記錄的犯罪現(xiàn)場中插入通過實地勘驗尋找發(fā)現(xiàn)固定提取的與犯罪相關(guān)的痕跡、物證,并貫徹落實“全時空全要素動態(tài)勘查快采、快錄、快比、快研”的理念,結(jié)合勘驗過程中第一時間送檢的痕跡物證反饋的檢驗鑒定結(jié)果,借助已掃描的三維實景進行犯罪行為重建,可以幫助學生對犯罪現(xiàn)場進行系統(tǒng)梳理,對犯罪行為進行分析、推導。最后，通過邏輯推理重現(xiàn)作案人的犯罪過程,完成對犯罪現(xiàn)場的分析與重建,可以培養(yǎng)學生偵查思維,提升分析、解決復雜問題的能力,從而全面提升犯罪現(xiàn)場勘查水平。游戲感十足的三維場景展示符合年輕人的興趣和習慣,更容易被學生所接受。通過學生實訓及作業(yè)情況,可以看出，基于三維激光掃描的虛擬仿真技術(shù)全面地提升了學生犯罪現(xiàn)場勘查的能力和水平。

將基于三維激光掃描的虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于犯罪現(xiàn)場勘查課程,受到了教師和學生的一致好評。課程結(jié)束后,為檢驗教學改革的實施效果,對參加教學改革區(qū)隊的36名學生進行了網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查,回收有效問卷36份,有效率為100%。問卷數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果主要如下:97.22%的學生對“基于三維激光掃描的虛擬仿真技術(shù)”在犯罪現(xiàn)場勘查理論和實訓教學上的應(yīng)用表示滿意;91.67%的學生對于教學改革的成效表示滿意;94.44%的學生認同基于三維激光掃描的虛擬仿真的教學方式,并認為相較于傳統(tǒng)的照片展示和模擬現(xiàn)場教學,這種教學方式更有助于加強對犯罪現(xiàn)場的認識和理解;77.78%的學生認為基于三維激光掃描的犯罪現(xiàn)場分析更加直觀,更有利于進行犯罪現(xiàn)場重建,通過此類技術(shù)的應(yīng)用全面提升了自己的犯罪現(xiàn)場勘查能力;25%的學生提出實訓作業(yè)過多,希望可以減少作業(yè)量。上述問卷數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果表明,教學改革基本達到了預(yù)期的效果。

利用三維激光掃描和全景影像對犯罪現(xiàn)場進行記錄和展示,可以讓學生更加直觀地體驗教學案例中的犯罪現(xiàn)場,更容易理解犯罪現(xiàn)場勘查的重點和難點,身臨其境的體驗感增強了學生的學習興趣。虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心極大地豐富了教師的教學素材,實現(xiàn)了全面線上實訓的目標,在減輕教師工作量的同時也提升了教師教學效果,給場地緊張的學校帶來了新的發(fā)展空間。研究成果還成功地應(yīng)用到《刑事影像技術(shù)》《痕跡檢驗》《刑事科學技術(shù)》等有案例教學、現(xiàn)場勘驗、現(xiàn)場照相需求的課程中。授課教師根據(jù)教學需求,選擇虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心內(nèi)合適的案件、場景進行案例教學或者在線實訓教學,特別是在線實訓教學的應(yīng)用,授課教師課前在線布置現(xiàn)場,提出訓練要求,發(fā)布實訓作業(yè),學生課上在線完成實訓任務(wù),很大程度上避免了學校排課時出現(xiàn)實訓場地沖突、學生實訓無法多次訓練的痛點,得到了教師和學生的一致好評。

四、結(jié)語

隨著科技的進步,信息技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)將在教育領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。為響應(yīng)黨中央的號召，貫徹落實教育部和公安部的要求,浙江警察學院提出了將基于三維激光掃描的虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于犯罪現(xiàn)場勘查教學,特別是打造的基于真實場景的自主創(chuàng)建仿真場景的虛擬犯罪現(xiàn)場實驗中心,符合將教育信息化作為教育系統(tǒng)性變革的內(nèi)生變量,支撐引領(lǐng)教育現(xiàn)代化發(fā)展的思路,真正做到了信息技術(shù)與教育教學的深度融合。團隊還將不斷研究基于實景的虛擬仿真技術(shù),繼續(xù)探索多元數(shù)據(jù)的融合交互,并結(jié)合元宇宙的理念,基于擴展現(xiàn)實技術(shù)增強沉浸式體驗,基于數(shù)字孿生技術(shù)生成現(xiàn)實世界的鏡像,[19]打造屬于犯罪現(xiàn)場勘查教學的“元宇宙”,持續(xù)賦能課程建設(shè)和專業(yè)發(fā)展。

注釋:

①三錄材料:犯罪現(xiàn)場勘查記錄的形式主要包括現(xiàn)場筆錄、現(xiàn)場繪圖和現(xiàn)場照相,通常稱為三錄材料。