虛擬現(xiàn)實技術(shù)在犯罪現(xiàn)場重建中的應用研究

引 言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)屬于一個全新的研究領(lǐng)域，主要通過鍵盤、鼠標、數(shù)據(jù)手套、頭盔等交互設(shè)備對人類的視覺、觸覺等進行模擬，有效實現(xiàn)三維壞境，達到犯罪現(xiàn)場重建的目的，讓使用者有身臨其境之感。因為收集證據(jù)和線索是現(xiàn)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(xiàn)場是案件獲取證據(jù)和線索的重要前提。在傳統(tǒng)的犯罪現(xiàn)場勘查中，人員勘查完畢后，犯罪現(xiàn)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(xiàn)場情況，所以很難客觀、全面地了解現(xiàn)場。為了能夠讓人員獲取更多現(xiàn)場信息，需對犯罪現(xiàn)場進行保護，因此有必要減少接觸犯罪現(xiàn)場的人員。傳統(tǒng)的做法多為人員在現(xiàn)場進行筆錄、拍照、錄像、鑒定結(jié)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(shù)量存在一定關(guān)系 [1]。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在犯罪現(xiàn)場重建中的應用

犯罪現(xiàn)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(xiàn)場勘察有重要影響。犯罪現(xiàn)場重建的重點是將犯罪現(xiàn)場內(nèi)的相關(guān)要素整理成為一個有序的環(huán)境，并且可以從中演示完整的犯罪過程。應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對犯罪現(xiàn)場進行重建，需以犯罪現(xiàn)場的物證和鑒定作為基礎(chǔ)，采用人機對話的方式，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(fā)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(xiàn)場進行詳細觀察、記錄和重現(xiàn)。

在以往的犯罪現(xiàn)場重建過程中，大多采用拍照、記錄現(xiàn)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(xiàn)場。針對較為復雜的現(xiàn)場，偵查人員不僅要確定犯罪對象的位置、與受害人的關(guān)系，還要還原犯罪對象的樣貌特征等。目前，在犯罪現(xiàn)場重現(xiàn)的過程中，最常采用拍照、攝像和畫圖等技術(shù)。攝像不僅可以有效表現(xiàn)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(xiàn)場的原貌。在犯罪現(xiàn)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(guān)系。為了能夠準確重現(xiàn)犯罪現(xiàn)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(tǒng)方法對犯罪現(xiàn)場進行記錄時，很大程度上會因為勘查人員個體的專業(yè)素質(zhì)和責任感對結(jié)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(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)場地漫游

人機交互是虛擬現(xiàn)實研究中的重點，也是重建犯罪現(xiàn)場的關(guān)鍵。交互性主要體現(xiàn)在以下兩個方面 ：

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

(2) 在虛擬現(xiàn)實場景中，使用者的位置和視角若發(fā)生改變，漫游引擎也能夠根據(jù)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(tài)，重點在于可以對視覺移動進行相應的控制。視點相應參數(shù)不斷變換，連續(xù)生成圖像并輸出至顯示設(shè)備。形成固定漫游的條件為在文件上記錄視點的空間參數(shù)。與此相反，自主漫游的條件為記錄由交互設(shè)備或交互原語確定的時視點的空間參數(shù)。

需要說明的是，實現(xiàn)任意角度的視角或觀測點，都可以通過選擇本系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫設(shè)計

物證主要是犯罪現(xiàn)場留下的作案痕跡和物品信息，可以在犯罪現(xiàn)場通過勘驗技術(shù)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(diào)查和分析。

設(shè)計物證數(shù)據(jù)庫的主要目的在于有效儲存物證，包括現(xiàn)場拍攝的照片、物證細節(jié)，及參數(shù)說明等。為了更方便地實現(xiàn)物證數(shù)據(jù)庫及其擴展，照片的存儲應該設(shè)定相應的地址，之后通過調(diào)用地址來調(diào)用圖片 [4]。

4 犯罪現(xiàn)場重建中的場景建模

在犯罪現(xiàn)場重建的過程中，完善犯罪現(xiàn)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(xiàn)場重建的效果。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要從兩個方面對犯罪現(xiàn)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(xiàn)實技術(shù)主要通過兩種建模技術(shù)進行構(gòu)造，一種是直接通過 OpenGL 圖像對犯罪現(xiàn)場進行建模，從而有效實現(xiàn)對模型的控制，其中在虛擬現(xiàn)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(xiàn)，操作也較為簡單 [5]。

在光柵圖形屏顯器出現(xiàn)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(diào)的，具有真、實性質(zhì)的圖形。正常情況下，具有真、實特質(zhì)的圖形創(chuàng)造大概需要經(jīng)歷四個步驟，分別為幾何結(jié)構(gòu)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(tǒng)意義上不具有實時特質(zhì)的真、實特質(zhì)的圖形創(chuàng)造比較注重圖形的真和實以及更高的質(zhì)量，與之相反，對于創(chuàng)造圖形的速度則要求不高，虛擬現(xiàn)實的推廣使用歸屬于實時圖形學類別，限時的 CP 技術(shù)滿足了實時圖形創(chuàng)造的要求，換言之，就是在規(guī)定的時間內(nèi)用繪制算法完成對場景的創(chuàng)造。當需要創(chuàng)造的場景比較復雜且模型數(shù)量較大時，很可能會因為數(shù)量過大導致實時交換無法實現(xiàn)。如果不采用折中解決的方式，虛擬現(xiàn)實的應用也未必能同時滿足圖形創(chuàng)造時的真實特質(zhì)要求及繪制創(chuàng)造的實時特質(zhì) [6]。

5 虛擬現(xiàn)實場景中的取景變換效果

虛擬物體被成功創(chuàng)建后，需要把創(chuàng)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(zhuǎn)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(jù)三維的定視點和視線方向的特質(zhì)，在二維顯示屏上的折射投影。經(jīng)過一系列坐標的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換則涵蓋了場景坐標與攝像坐標的轉(zhuǎn)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(xiàn)如今、應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)所實現(xiàn)的犯罪現(xiàn)場重建只是初步效果，還存在諸多不足 ：

(1) 在虛擬現(xiàn)實技術(shù)中，人機交互還不夠人性化。在重建犯罪現(xiàn)場的系統(tǒng)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(xiàn)實系統(tǒng)中的 3D模型庫尚未成熟。對犯罪現(xiàn)場重建系統(tǒng)而言，3D 模型庫較為簡單，只能做到基本模型， 在進行犯罪現(xiàn)場重建的過程中存在一定的局限性。

(3) 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中缺少一定的智能推理模塊。一個較為基礎(chǔ)的案發(fā)環(huán)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(xiàn)場重建。如果虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)沒有智能推理模塊則不能根據(jù)環(huán)境進行推理 [8]。

6 結(jié) 語

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