虛擬現實技術在公安高等教育教學實踐中的運用研究

倪紅彪　初凱

摘? 要：隨著虛擬現實技術的不斷成熟，讓公安高等教育中一些特殊科目和危險環境的學習與演練不再局限于理論教育成為可能。以公安專業教育實際需要為目的，探討虛擬現實技術的可行性和適用性，通過對專業的多層梳理和反復研究在偵查學專業方向的模擬現場、模擬勘察等環節引入虛擬現實技術，找到技術和教學的最佳結合點，通過應用實例分析說明虛擬現實技術在教育教學創新實踐中可以起到關鍵性的作用。

關鍵詞：虛擬現實技術? 公安高等教育? 教學實踐

中圖分類號：G434 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（a）-0133-03

公安高等教育是以培養高素質、高水平的應用型公安專門人才為方向的教育主體，在公安教育現代化改革的時代背景下，最大限度地讓學員理解和掌握公安專業知識是教育教學創新的目標。公安技術具有很強的實踐性，單憑理論很難滿足學生學習的需求，而公安高等院校學生眾多，又無法具有針對性地為學生提供現實的實踐環境，為此將虛擬現實技術引入到現場勘查環節，讓學生可以借助VR技術虛擬重現案件現場按照專業步驟科學規范地完成現場勘查工作，對于學生完全掌握專業知識具有非常重要的現實意義。

1? 虛擬現實技術應用在公安高等教育教學實踐中的可行性和適用性

1.1 虛擬現實技術

虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）是將計算機圖形學、多媒體技術、網絡技術及傳感技術等融為一體構建的具有人機交互特征的交叉學科技術。虛擬現實技術可以通過環境的模擬讓人類感知器官沉浸到環境中，達到視覺、聽覺、觸覺、力覺等感知能力的虛擬體驗[1]。隨著網絡技術、計算機技術的不斷發展，虛擬現實技術所構建的虛擬環境通過人類感官的傳輸讓使用者有更加沉浸的體驗，在計算機系統、體感系統、視覺系統、聽覺系統等構建的虛擬環境下，使用者通過多種感官的相互作用如同身臨其境，完成一系列的動作和計算機進行交互，使用者動作觸發計算機系統做出對應的反應，讓使用者感覺如同實際操作一般[2]。

1.2 可行性與適用性

在20世紀90年代，虛擬現實技術被引入到教育領域，經過10多年的發展在人機交互體驗教學中逐漸被認可，并成為教育教學創新的一種方式成，為教學領域重點研究的對象。基于VR技術的教學轉變了傳統理論知識灌輸的方式，為學生構建仿真實驗環境，讓學生能夠通過環境的體驗深刻掌握知識，這對于一些現實條件無法滿足教學實踐要求的教學內容具有很好的環境體驗[3]。

公安高等教育是培養公安實用性技術人才為目標的教育主體，在公安高等教育課程內容中很多課題的學習無法讓學生身臨其境地去體驗，例如：偵查學專業案發現場的勘查、物證的分析與微量物證的鑒定等，這類課題單憑理論學生無法與實際工作內容充分地結合，使得學生走向工作崗位后還需要多年的工作積累才能成為一名合格的公安技術人才[4]。而通過VR虛擬技術則可以將已有案例做成虛擬環境，讓學生能夠在前人經驗的基礎上更快速地掌握專業技術，并且不斷地完善知識結構，有助于提高人才的培養效率。由此可見，VR技術對于公安教育教學具有一定的可行性，其適用性要針對課題內容具有選擇性地進行應用，不僅是因為技術與專業的匹配需要，也能夠有的放矢更加合理地利用教育經費。

2? 偵查學專業訓練虛擬仿真系統功能分析

偵查學專業是公安高等教育院校技術性專業之一，其具有很強的實踐性。在偵查學專業學習中犯罪現場識別勘查、物證的提取分析、微量物證的鑒定等需要培養學生很強的操作能力，而現實條件下很難滿足學生學習需要，所以針對偵查學專業訓練構建的虛擬仿真系統需要具備案發現場的建立、現場勘查的引導、仿真無證的提取與分析和微量物證鑒定仿真等功能，以便于完成理論教學與實踐教學相結合，更快速地讓學生掌握專業知識[5]。

同時，結合刑事科學技術相關技術手段，對虛擬系統中的各個模塊進行實踐手段模擬，相關環節省去中間流程，實驗結果產生后推動后繼實驗的線性發展。

2.1 重建案發現場

因為犯罪現場具有很強的復雜性和多樣性，不同的犯罪現場對偵查技術的要求也具有很大的差異性，如爆炸現場、兇殺現場、交通肇事現場等，所以虛擬現實技術應用到偵查學專業教學中需要構建多種類型的虛擬案發現場。在偵查學專業訓練虛擬仿真系統中，教師能夠根據教學案例布置案發現場環境，為學生提供仿真演練平臺。

2.2 虛擬仿真現場勘查

學生通過偵查學專業訓練虛擬仿真系統進入虛擬案發現場進行勘察，系統具有引導勘察模式和模擬演練模式，引導勘察功能可以通過虛擬指示輔助學生逐步按照勘察規范進行操作，讓學生掌握現場勘查的每一個環節和步驟。模擬演練模式則是讓學生在沒有輔助條件下進行勘察，一方面可以測試學生掌握現場勘查的能力，另一方面也可以培養學生現場勘查的主觀能動性。依托刑事技術的理論知識，指導實際操作流程。

2.3 虛擬仿真物證分析

在偵查學專業中，物證的分析是非常專業且必要的課程內容，現實環境警方不會將重要的物證提供給學生進行分析而通過理論去分析又缺乏直觀性;即使學校可以提供一些實物物證供學生學習，但由于使用次數多，需求量大，也加劇了學校教學實踐的成本。因此，對物證進行3D建模，讓學生能夠了解物證的每一個細節，可以培養學生的洞察力，并掌握物證分析的方法和技能。并且虛擬物證可以反復地多次使用而不出現損耗，還可以滿足所有學生同時進行實驗。在物證模擬過程中，遵循刑事科學技術中涉及到的專業內容，如法醫、照相、化驗、痕跡等科目進行科學設置內容。

2.4 微量物證鑒定仿真

在物證分析中一些物證需要專業的鑒定平臺進行分析，而虛擬環境下所構建的物證是實際不存在的，為了解決這一問題，設計微量物證鑒定仿真功能可以模擬專業鑒定設備對物證進行物理或者化學的分析，讓學生能夠以第一視角去觀察物證的物理或者化學變化，實現訓練過程的人機互動，感受物證的提取、檢驗、分析及綜合利用的完整過程。

3? 偵查學專業訓練虛擬仿真系統應用實例

3.1 實驗環境搭建

此次構建基于虛擬技術的公安教育教學實踐系統以偵查學專業教學實踐內容為實例對象進行仿真系統案件場景環境的搭建。首先搭建硬件環境架構，主要包括基于OpenGL的雙目渲染模塊[6]、基于OpenCV的視覺姿勢識別模塊[7]、基于OpenAL的3D音效模塊、基于XDisplay的通信模塊和基于FreeGLUT程序運行模塊。硬件環境架構如圖1所示。

教師在設計仿真環境時可以根據教學案例的內容布置實驗場景，通過系統提供的文字、圖片、語言、動作等部件建立一個360°的模擬環境。再布置大量的現場細節物證圖像，如煙頭、腳印、血跡、兇器、擺設等形成一個立體的案發現場空間環境布置效果如圖2所示。

教師所布置的每一個元素都有編號，教師可以編排正確的勘查步驟，以便于學生選擇引導勘查模式時能夠按照教師的引導規范地完成勘查任務。

3.2 現場勘查

學生通過系統進入教師布置的環境中，帶上VR眼鏡以第一視角進入虛擬環境，可選擇引導模式或演練模式，在引導模式下系統會按照教師設定的步驟引導學生逐步地進行環境的勘查，選擇演練模式則需要學生自主分析案發現場進行自由勘查。學生勘查的每一步都記錄在系統信息中，學生可對有用的信息進行拍照，作為勘查的記錄。

3.3 物證提取與分析

學生對整個現場勘查完成后對有用的證物進行提取，將證物放入虛擬的證物袋中，并對證物進行編號。這一系列過程都是由系統虛擬感知完成的，在識別學生動作后完成虛擬物證與學生虛擬手臂的結合。學生可以對所提取的證物進行放大，觀察證物的細節并進行記錄。可以對證物進行分析給出證物的定性。

3.4 微量物證仿真鑒定

需要進行專業設備分析的微量物證，學生可以進入系統提供的虛擬物證實驗室，利用物理或者化學設備進一步進行物證的鑒定追求事實真相。利用虛擬物證實驗室進行工作如圖3所示。

虛擬物證實驗室提供如虛擬顯微鏡、血清檢驗設備、光譜儀等，學生在虛擬環境下通過虛擬設備檢驗虛擬物證，讓學生能夠充分掌握微量物證鑒定的完整步驟及過程。如血清的檢驗可以讓學生模擬血液分離，查看相關抗體蛋白等操作。

考慮到公安學科知識的交叉性，虛擬現實技術應用可以在刑事偵查、刑事技術等專業中建立虛擬實訓場地的分析等，結合該文實際應用完全可以實現公安網絡虛擬仿真，解決教學條件無法滿足教學要求的問題，學生使用虛擬仿真系統進行標準化、科學化的演練，體驗真正的實施感，提升學生學習的興趣和對知識的理解能力。在未來的公安等教育教學實踐中不斷地豐富虛擬現實環境的內容，具有非常廣闊的應用空間。

4? 結語

將虛擬現實技術引入公安高等教育教學實踐中是現代化教育發展的創新之路，通過分析虛擬現實技術的特點和其應用在公安高等教育教學中的可行性與適用性，發現要結合教學的實際需求具有選擇性地構建虛擬仿真系統，結合偵查學專業實踐性強地特點進行了偵查學專業訓練虛擬仿真系統功能分析，一方面是教師通過系統能夠為學生構建虛擬的實驗環境，另一方面學生可以通過系統進行虛擬仿真現場勘查、物證提取和物證鑒定等一系列操作，該系統的功能對提升學生學習興趣和夯實學生技術知識具有非常重要的作用，可以提升公安技術人才的培養效率。

參考文獻

[1] 廖斯羽.虛擬現實技術的特點及應用[J].科技傳播，2018，10（21）：144-145.

[2] 王曉玥.虛擬現實技術的發展與展望[J].環球市場信息導報，2017（42）：128-129.

[3] 李平.推進虛擬現實技術應用 提高高校教育教學質量[J].實驗室研究與探索，2018，37（1）：1-4.

[4] 史航宇.VR技術在未來刑事法庭調查程序中的應用[J]. 公安學刊：浙江警察學院學報，2018，170（6）：58-62.

[5] 歐三任.現代教育技術在偵查學專業綜合實訓中的應用[J].湖南警察學院學報，2016，28（4）：29-34.

[6] 易湘舟，李永，李敏.OpenGL使用可編程管線實現屏幕空間環境光遮蔽[J].電腦知識與技術，2018，14（7）：173-175.

[7] 郭瑞峰，袁超峰，楊柳，等.基于OpenCV的機器視覺尺寸測量研究[J].計算機工程與應用，2017，53（9）：253-257.