虛擬現實交互技術在現場重建中的應用展望

張旭毅 龐展

摘要：隨著科技進步，人類的活動空間也開始向虛擬世界開拓。近十年來，虛擬現實技術急速發展，其利用計算機技術模擬環境，理論上可以達到人所具備的所有感知。本文研究的主要內容是從公安實踐方面，尤其是現場勘查與現場保護方面與虛擬技術的結合應用與新一步拓展，結合現場分析與重建，對現場勘查提出新模式，新思路。結合目前大數據偵查的發展形勢，延伸現場勘查范圍，對犯罪偵查、現場勘查方面的數據化前景進行展望。

關鍵詞：虛擬現實；現場勘查；現場重建

中圖分類號：TP317.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）06-0233-02

現場勘查的過程就是對現場進行破壞的過程，但是不是所有的案件都可以偵破的，而且所有的現場保護封閉都有一定的時限；而今數字技術發展較快虛擬現實技術發展迅速，通過混合現實交互技術（MR）進行現場勘查是目前最好的選擇。可穿戴設備的發展迅速，已經足以支持將虛擬資料投射、加成具象化，在勘查時將現場復刻并數據化，就能很好的保存、傳輸現場數據，方便遠程勘查，也利于在技術再次進步之后對更為精細的現場物證進行檢驗，將刑事技術的工作能力和水平提升到一個新的高度。

1 犯罪現場三維重建

近年來，犯罪現場重建的研究一直在進行，一方面現場重建技術可以將現場的情況還原，提取有用的痕跡和生物物證；另一方向現場重建也是給法庭訴訟提供更直接和生動的案件過程，方便定罪量刑。利用數字圖片進行三維展示的軟件已經在公安領域有所應用，虛擬技術（VR）出現后就已經有公司在現場重建方面開發軟件，而增強現實交互技術（AR）是目前最適合用來進行現場勘查和教學的。因為虛擬技術在游戲等行業已經有一定的基礎，以圖形圖像拼接技術和三維仿真技術為依托，結合公安刑偵現場勘查的工作要求和特點可以設計一套方案。

在技術人員進入現場之前，可以根據情況利用無人機等設備進入現場進行拍攝，將現場盡量無死角的進行全方位的拍攝，同時最大限度的減少對現場的破壞，不僅能保護原始現場而且也可以進行后期制作及重現。現場勘查時也可以先將現場分區分塊進行拍攝，然后將數字圖像拼接成完整的現場模型，以便后期添加交互模塊等操作。現場勘查過程中會拍攝大量細目照片，利用無損格式存儲細目特征，每一處物證信息都會成為一個交互熱點，將所有的物證提取編號，存儲信息，在整個模擬現場中構建交互熱點的離散拓撲，整個結構要求是開放式處理，方便在后期過程中進行處理。對于現場熱點，可以對其添加不同點標簽加以分類，方便利用大數據進行碰撞，同時，不同案件中相同的熱點標簽也有利于串并案以及案件跳轉等工作，對于類似的熱點，也可以通過進一步添加細節標簽加以區分。

現場的立體層次則由增強現實實現，在VR層級構建的拓撲結構上，將現場各個物體掃描記錄，再投射到相應的熱點位置，增強立體感，加深對現場的感知。各個層級數據流相互支持，構成比較完整的現場模型。

犯罪現場勘查的實施和教學一直是個難點，因為現場勘查與現場保護是對矛盾而且不是所有的案件都可以在勘查后偵破，而現場交互重建技術可以很好地彌補這個缺陷。現場一旦解除警戒原始現場將不復存在，進行現場復勘除了照片沒有其他能讓人帶入原來現場的情景了，當然復勘出有價值證據的可能性極大地降低最終導致案件無法偵破。有了現場交互技術則可以將現場的數字模型建成并反復的使用，虛擬的情景也可以使現場勘查人員更好的“沉浸”和感知現場，而這個特點也是目前現場勘查課程講授最好的實訓方法。

2 虛擬復原框架

在現場勘查過程中，通過攝像頭或其他設備，獲得多張圖像，并進行相應處理。首先，將圖像經過部分處理后，突出其重點部位及信息密集部位，形成關聯度圖像。此獲取過程來源相對廣泛，就需要有能夠統一的格式、壓縮規范，這里引用一種小波變換的引申模式，小波域灰色關聯度算法。

通過二維離散小波變換，我們可以得到四個子圖像ILL，ILH，IHL，IHH，對子圖像ILL進一步應用小波變換，可以更加清楚地獲得目標圖像或目標信息。這四個子圖像中，除了ILL外，均含有圖像的細節特征，且有著極強的相關性，其最大值幾乎出現在同一位置。

首先將小波系數細分， ，我們重點研究水平方向分量和垂直方向分量。

計算其灰色關聯度分別代入最大值最小值。

兩個序列求總體。

可以以此構造出灰度詞典，建立變換模型。

構建一個虛擬環境，首先需要解決的問題就是：我是誰？我在哪？我要干什么？在現場交互模式中，第一項就是要使用者了解自己的角色定位，不同于傳統第三視角的重建模式，混合現實的重建是第一視角的，帶有主觀色彩的重建模式，我們疊加的虛擬空間要與使用者相匹配，如拍攝過程中三腳架的高度與使用者身高之間的關系，相機與使用者視角的關系等。

在使用體驗上，或者說人體工程學設計上，有些參數也很重要，比如IPD，例如我本人身高175cm，IPD65，那么如果我在設置參數過程中將IPD設置為70或更高，就會有頭部放大，物體放大等巨人感。

HoloLens交互也是同樣，我們創造的交互模塊都是虛擬的，并不存在于物理空間的，那么交互的距離、時間以及方式就十分重要，我們不能讓每個交互模塊都需要我們走過去，“握”到它，再發生交互，在佩戴傳感器的過程中，只能采用隔空的方法與其交互，在實驗過程中，能夠較為方便的交互，且沒有較大不適感的距離，縮定在1.25m到2m之間。

在頭部轉動模型的選擇中，經歷了Photoshop→Unity→Oculus DK2→QC，發現Unity和QC相較于另兩種模式，更加適合于頭部模型的建立，DK2在建模過程中，邊緣模糊化較為嚴重。而Unity的即時反應近乎于零，每次都需要建立新的模型app來提供支持。

在空間中，首先需要建立坐標體系，即先確定空間范圍，在第三視角中確定空間中各組分的位置、大小等形態學特征，確定預留輸入模塊、交互模塊的位置。

建立空間概念，內容填充完畢后進行轉化，切換為第一視角，將人物模型確定中心，輸入參數，確定視場，構建視角軸，根據填充物，定下景深。根據預設模式，切分輸出VR環境，疊加處理邊緣效果，預防模糊。

光線模擬應先填充日光，亮度要低，方便體現其他光線主次；補天光，同時打面光，使層次、輪廓分明，能夠較為分明的體現物體的立體形態、空間位置；打藏光補充亮度；通過點光突出重點，如交互位、細目位等。

3 現場模擬

在現場模型中，存在的相互關聯的痕跡熱點，必然存在著某種特定的交互模式，例如血跡的濺射形態，在多個血跡點位上分別建立液體滴落模型，推演出出血點的時空間位置。案件隨著這種交互模式的不斷發展而展開，那么，在模型中不斷還原出各個熱點之間的交互發展，就能比較客觀的反應案發過程，幫助還原和分析。

在現場模型中，存在的相互關聯的痕跡熱點，必然存在著某種特定的交互模式，例如血跡的濺射形態，在多個血跡點位上分別建立液體滴落模型，推演出出血點的時空間位置。案件隨著這種交互模式的不斷發展而展開，那么，在模型中不斷還原出各個熱點之間的交互發展，就能比較客觀的反應案發過程，幫助還原和分析。

4 現場細目標簽

現場重建過程中，對于部分物體，由于其特殊性，不易保存，且極易遭受損壞，那么我們可以采集其多種信息進行數字存儲。類似于現場細目照片一樣的小物證信息，可以變成標簽式的數字模型。由于技術的發展可以采集的信息越來越多，不僅是照片還有其他許多信息都可以有用。現場勘查中已開始采集的是形象痕跡如指印、掌印和足跡等；隨著技術的發展生物物證例如DNA也成為現場勘查采集的重點，目前視頻人像采集也變得更為重要。

近年來，大數據偵查急速發展，以其獨特的技術優勢替代了以往慣有的摸排蹲點等偵查手段，而大數據的優點在于數據碰撞，在多組數據之間互相碰撞，產生重合信息，加之目前社會發展進程，每次交互都會產生數據，在大密度的碰撞下很容易產生嫌疑點。但是大數據的缺點仍然在于“大”，較大的信息儲量使得人工解讀近乎不可能，一般的計算機算法也不具備時效性，那么智能算法，或者說更為細致的標簽化索引方式就是接下來需要解決的重點。在大數據背景下，我們就可以對現場物證添加屬性標簽，在人工智能環境下，可以對物體盡可能多的添加特征標簽，那么對于某一類特征物體，就可以對其可能出現的所有特征定義標簽，再根據現實情況選擇添加，盡可能多的標簽也能夠在一定程度上提高同一認定的準確度。

建立現場細目標簽當然是越多越好，只要是可以數字化的物證或信息都可以進行建模，也充分發揮了現實交互技術的優勢，同時更直接的將現場的活動和變化進行展示，也為庭審階段給法官展示犯罪過程方便定罪量刑。

5 現場交互模式展望

移動互聯時代的到來，人們的工作生活方式被改變；現場勘查技術也慢慢的向技術主流靠近，目前除了數字化的聲音和圖像可以直接對接互聯網的平臺，而例如人體的氣味和生物信息和觸覺等指標仍然在建立標準和數字化的路上。近年來人工智能已經開始發揮重要作用，同時虛擬現實技術在各個領域開始應用現場交互模式也會發展很迅速。同時在大數據背景下，我們就可以對現場物證添加屬性標簽，在人工智能環境下，可以對物體盡可能多的添加特征標簽，那么對于某一類特征物體，就可以對其可能出現的所有特征定義標簽，再根據現實情況選擇添加，盡可能多的標簽也能夠在一定程度上提高同一認定的準確度。

在這種現場勘查、重建模式下，我們可以將現有的偵查人員分為兩類，技術員和分析員。技術人員負責進入現場復制、提取整個現場信息，分析人員在特定的地點接收現場信息，綜合整理，利用后方技術優勢進行研判、分析，將整個勘查過程分為兩部分，相互協同，提高效率，同時整個勘查過程全部虛擬化、數據化，將現場的破壞程度降到最低，同時，案件信息也可以即時提取匯報，或用于公安院校教學研究。

面對錯綜復雜的各種刑事犯罪活動，時代對刑事技術建設提出了新的希望和要求。刑事技術理應擔當起時代所賦予的責任和使命，確保公安改革政策措施精準落地，促進中國司法體制改革，推動全面依法治國的步伐更加沉穩地向前邁進！

Abstract：With the advancement of science and technology， human activity space has begun to open up to the virtual world. In the past decade， virtual reality technology has developed rapidly. Using computer technology to simulate the environment， it can theoretically achieve all the perceptions that people have. The main content of this paper is the combination of public security practice， especially the field exploration and on-site protection and virtual technology and a new step to expand， combined with on-site analysis and reconstruction， put forward new modes and new ideas for on-site survey. Combining with the current development situation of big data investigation， we will extend the scope of field surveys and look into the prospects for dataization in crime investigation and site investigation.

Key words：virtual reality； site survey； site reconstruction