虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在公安高等教育教學(xué)實(shí)踐中的運(yùn)用研究

倪紅彪　初凱

摘? 要：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷成熟，讓公安高等教育中一些特殊科目和危險(xiǎn)環(huán)境的學(xué)習(xí)與演練不再局限于理論教育成為可能。以公安專業(yè)教育實(shí)際需要為目的，探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的可行性和適用性，通過(guò)對(duì)專業(yè)的多層梳理和反復(fù)研究在偵查學(xué)專業(yè)方向的模擬現(xiàn)場(chǎng)、模擬勘察等環(huán)節(jié)引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，找到技術(shù)和教學(xué)的最佳結(jié)合點(diǎn)，通過(guò)應(yīng)用實(shí)例分析說(shuō)明虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐中可以起到關(guān)鍵性的作用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)? 公安高等教育? 教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G434 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）12（a）-0133-03

公安高等教育是以培養(yǎng)高素質(zhì)、高水平的應(yīng)用型公安專門人才為方向的教育主體，在公安教育現(xiàn)代化改革的時(shí)代背景下，最大限度地讓學(xué)員理解和掌握公安專業(yè)知識(shí)是教育教學(xué)創(chuàng)新的目標(biāo)。公安技術(shù)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，單憑理論很難滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需求，而公安高等院校學(xué)生眾多，又無(wú)法具有針對(duì)性地為學(xué)生提供現(xiàn)實(shí)的實(shí)踐環(huán)境，為此將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到現(xiàn)場(chǎng)勘查環(huán)節(jié)，讓學(xué)生可以借助VR技術(shù)虛擬重現(xiàn)案件現(xiàn)場(chǎng)按照專業(yè)步驟科學(xué)規(guī)范地完成現(xiàn)場(chǎng)勘查工作，對(duì)于學(xué)生完全掌握專業(yè)知識(shí)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1? 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在公安高等教育教學(xué)實(shí)踐中的可行性和適用性

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）是將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及傳感技術(shù)等融為一體構(gòu)建的具有人機(jī)交互特征的交叉學(xué)科技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過(guò)環(huán)境的模擬讓人類感知器官沉浸到環(huán)境中，達(dá)到視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等感知能力的虛擬體驗(yàn)[1]。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所構(gòu)建的虛擬環(huán)境通過(guò)人類感官的傳輸讓使用者有更加沉浸的體驗(yàn)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、體感系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)、聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)等構(gòu)建的虛擬環(huán)境下，使用者通過(guò)多種感官的相互作用如同身臨其境，完成一系列的動(dòng)作和計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，使用者動(dòng)作觸發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)做出對(duì)應(yīng)的反應(yīng)，讓使用者感覺(jué)如同實(shí)際操作一般[2]。

1.2 可行性與適用性

在20世紀(jì)90年代，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被引入到教育領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)10多年的發(fā)展在人機(jī)交互體驗(yàn)教學(xué)中逐漸被認(rèn)可，并成為教育教學(xué)創(chuàng)新的一種方式成，為教學(xué)領(lǐng)域重點(diǎn)研究的對(duì)象?；赩R技術(shù)的教學(xué)轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)理論知識(shí)灌輸?shù)姆绞?，為學(xué)生構(gòu)建仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生能夠通過(guò)環(huán)境的體驗(yàn)深刻掌握知識(shí)，這對(duì)于一些現(xiàn)實(shí)條件無(wú)法滿足教學(xué)實(shí)踐要求的教學(xué)內(nèi)容具有很好的環(huán)境體驗(yàn)[3]。

公安高等教育是培養(yǎng)公安實(shí)用性技術(shù)人才為目標(biāo)的教育主體，在公安高等教育課程內(nèi)容中很多課題的學(xué)習(xí)無(wú)法讓學(xué)生身臨其境地去體驗(yàn)，例如：偵查學(xué)專業(yè)案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)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(xué)生無(wú)法與實(shí)際工作內(nèi)容充分地結(jié)合，使得學(xué)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(shù)人才[4]。而通過(guò)VR虛擬技術(shù)則可以將已有案例做成虛擬環(huán)境，讓學(xué)生能夠在前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上更快速地掌握專業(yè)技術(shù)，并且不斷地完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，有助于提高人才的培養(yǎng)效率。由此可見(jiàn)，VR技術(shù)對(duì)于公安教育教學(xué)具有一定的可行性，其適用性要針對(duì)課題內(nèi)容具有選擇性地進(jìn)行應(yīng)用，不僅是因?yàn)榧夹g(shù)與專業(yè)的匹配需要，也能夠有的放矢更加合理地利用教育經(jīng)費(fèi)。

2? 偵查學(xué)專業(yè)訓(xùn)練虛擬仿真系統(tǒng)功能分析

偵查學(xué)專業(yè)是公安高等教育院校技術(shù)性專業(yè)之一，其具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。在偵查學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)中犯罪現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別勘查、物證的提取分析、微量物證的鑒定等需要培養(yǎng)學(xué)生很強(qiáng)的操作能力，而現(xiàn)實(shí)條件下很難滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需要，所以針對(duì)偵查學(xué)專業(yè)訓(xùn)練構(gòu)建的虛擬仿真系統(tǒng)需要具備案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的建立、現(xiàn)場(chǎng)勘查的引導(dǎo)、仿真無(wú)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(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，更快速地讓學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)[5]。

同時(shí)，結(jié)合刑事科學(xué)技術(shù)相關(guān)技術(shù)手段，對(duì)虛擬系統(tǒng)中的各個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)踐手段模擬，相關(guān)環(huán)節(jié)省去中間流程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生后推動(dòng)后繼實(shí)驗(yàn)的線性發(fā)展。

2.1 重建案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)

因?yàn)榉缸铿F(xiàn)場(chǎng)具有很強(qiáng)的復(fù)雜性和多樣性，不同的犯罪現(xiàn)場(chǎng)對(duì)偵查技術(shù)的要求也具有很大的差異性，如爆炸現(xiàn)場(chǎng)、兇殺現(xiàn)場(chǎng)、交通肇事現(xiàn)場(chǎng)等，所以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到偵查學(xué)專業(yè)教學(xué)中需要構(gòu)建多種類型的虛擬案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)。在偵查學(xué)專業(yè)訓(xùn)練虛擬仿真系統(tǒng)中，教師能夠根據(jù)教學(xué)案例布置案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，為學(xué)生提供仿真演練平臺(tái)。

2.2 虛擬仿真現(xiàn)場(chǎng)勘查

學(xué)生通過(guò)偵查學(xué)專業(yè)訓(xùn)練虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)入虛擬案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，系統(tǒng)具有引導(dǎo)勘察模式和模擬演練模式，引導(dǎo)勘察功能可以通過(guò)虛擬指示輔助學(xué)生逐步按照勘察規(guī)范進(jìn)行操作，讓學(xué)生掌握現(xiàn)場(chǎng)勘查的每一個(gè)環(huán)節(jié)和步驟。模擬演練模式則是讓學(xué)生在沒(méi)有輔助條件下進(jìn)行勘察，一方面可以測(cè)試學(xué)生掌握現(xiàn)場(chǎng)勘查的能力，另一方面也可以培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)勘查的主觀能動(dòng)性。依托刑事技術(shù)的理論知識(shí)，指導(dǎo)實(shí)際操作流程。

2.3 虛擬仿真物證分析

在偵查學(xué)專業(yè)中，物證的分析是非常專業(yè)且必要的課程內(nèi)容，現(xiàn)實(shí)環(huán)境警方不會(huì)將重要的物證提供給學(xué)生進(jìn)行分析而通過(guò)理論去分析又缺乏直觀性;即使學(xué)?？梢蕴峁┮恍?shí)物物證供學(xué)生學(xué)習(xí)，但由于使用次數(shù)多，需求量大，也加劇了學(xué)校教學(xué)實(shí)踐的成本。因此，對(duì)物證進(jìn)行3D建模，讓學(xué)生能夠了解物證的每一個(gè)細(xì)節(jié)，可以培養(yǎng)學(xué)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(fù)地多次使用而不出現(xiàn)損耗，還可以滿足所有學(xué)生同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在物證模擬過(guò)程中，遵循刑事科學(xué)技術(shù)中涉及到的專業(yè)內(nèi)容，如法醫(yī)、照相、化驗(yàn)、痕跡等科目進(jìn)行科學(xué)設(shè)置內(nèi)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(yè)的鑒定平臺(tái)進(jìn)行分析，而虛擬環(huán)境下所構(gòu)建的物證是實(shí)際不存在的，為了解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)微量物證鑒定仿真功能可以模擬專業(yè)鑒定設(shè)備對(duì)物證進(jìn)行物理或者化學(xué)的分析，讓學(xué)生能夠以第一視角去觀察物證的物理或者化學(xué)變化，實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練過(guò)程的人機(jī)互動(dòng)，感受物證的提取、檢驗(yàn)、分析及綜合利用的完整過(guò)程。

3? 偵查學(xué)專業(yè)訓(xùn)練虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建

此次構(gòu)建基于虛擬技術(shù)的公安教育教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)以偵查學(xué)專業(yè)教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容為實(shí)例對(duì)象進(jìn)行仿真系統(tǒng)案件場(chǎng)景環(huán)境的搭建。首先搭建硬件環(huán)境架構(gòu)，主要包括基于OpenGL的雙目渲染模塊[6]、基于OpenCV的視覺(jué)姿勢(shì)識(shí)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(yùn)行模塊。硬件環(huán)境架構(gòu)如圖1所示。

教師在設(shè)計(jì)仿真環(huán)境時(shí)可以根據(jù)教學(xué)案例的內(nèi)容布置實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，通過(guò)系統(tǒng)提供的文字、圖片、語(yǔ)言、動(dòng)作等部件建立一個(gè)360°的模擬環(huán)境。再布置大量的現(xiàn)場(chǎng)細(xì)節(jié)物證圖像，如煙頭、腳印、血跡、兇器、擺設(shè)等形成一個(gè)立體的案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)空間環(huán)境布置效果如圖2所示。

教師所布置的每一個(gè)元素都有編號(hào)，教師可以編排正確的勘查步驟，以便于學(xué)生選擇引導(dǎo)勘查模式時(shí)能夠按照教師的引導(dǎo)規(guī)范地完成勘查任務(wù)。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)勘查

學(xué)生通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)入教師布置的環(huán)境中，帶上VR眼鏡以第一視角進(jìn)入虛擬環(huán)境，可選擇引導(dǎo)模式或演練模式，在引導(dǎo)模式下系統(tǒng)會(huì)按照教師設(shè)定的步驟引導(dǎo)學(xué)生逐步地進(jìn)行環(huán)境的勘查，選擇演練模式則需要學(xué)生自主分析案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行自由勘查。學(xué)生勘查的每一步都記錄在系統(tǒng)信息中，學(xué)生可對(duì)有用的信息進(jìn)行拍照，作為勘查的記錄。

3.3 物證提取與分析

學(xué)生對(duì)整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)勘查完成后對(duì)有用的證物進(jìn)行提取，將證物放入虛擬的證物袋中，并對(duì)證物進(jìn)行編號(hào)。這一系列過(guò)程都是由系統(tǒng)虛擬感知完成的，在識(shí)別學(xué)生動(dòng)作后完成虛擬物證與學(xué)生虛擬手臂的結(jié)合。學(xué)生可以對(duì)所提取的證物進(jìn)行放大，觀察證物的細(xì)節(jié)并進(jìn)行記錄。可以對(duì)證物進(jìn)行分析給出證物的定性。

3.4 微量物證仿真鑒定

需要進(jìn)行專業(yè)設(shè)備分析的微量物證，學(xué)生可以進(jìn)入系統(tǒng)提供的虛擬物證實(shí)驗(yàn)室，利用物理或者化學(xué)設(shè)備進(jìn)一步進(jìn)行物證的鑒定追求事實(shí)真相。利用虛擬物證實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行工作如圖3所示。

虛擬物證實(shí)驗(yàn)室提供如虛擬顯微鏡、血清檢驗(yàn)設(shè)備、光譜儀等，學(xué)生在虛擬環(huán)境下通過(guò)虛擬設(shè)備檢驗(yàn)虛擬物證，讓學(xué)生能夠充分掌握微量物證鑒定的完整步驟及過(guò)程。如血清的檢驗(yàn)可以讓學(xué)生模擬血液分離，查看相關(guān)抗體蛋白等操作。

考慮到公安學(xué)科知識(shí)的交叉性，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用可以在刑事偵查、刑事技術(shù)等專業(yè)中建立虛擬實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地的分析等，結(jié)合該文實(shí)際應(yīng)用完全可以實(shí)現(xiàn)公安網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真，解決教學(xué)條件無(wú)法滿足教學(xué)要求的問(wèn)題，學(xué)生使用虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化的演練，體驗(yàn)真正的實(shí)施感，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和對(duì)知識(shí)的理解能力。在未來(lái)的公安等教育教學(xué)實(shí)踐中不斷地豐富虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的內(nèi)容，具有非常廣闊的應(yīng)用空間。

4? 結(jié)語(yǔ)

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入公安高等教育教學(xué)實(shí)踐中是現(xiàn)代化教育發(fā)展的創(chuàng)新之路，通過(guò)分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)和其應(yīng)用在公安高等教育教學(xué)中的可行性與適用性，發(fā)現(xiàn)要結(jié)合教學(xué)的實(shí)際需求具有選擇性地構(gòu)建虛擬仿真系統(tǒng)，結(jié)合偵查學(xué)專業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)地特點(diǎn)進(jìn)行了偵查學(xué)專業(yè)訓(xùn)練虛擬仿真系統(tǒng)功能分析，一方面是教師通過(guò)系統(tǒng)能夠?yàn)閷W(xué)生構(gòu)建虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，另一方面學(xué)生可以通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬仿真現(xiàn)場(chǎng)勘查、物證提取和物證鑒定等一系列操作，該系統(tǒng)的功能對(duì)提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和夯實(shí)學(xué)生技術(shù)知識(shí)具有非常重要的作用，可以提升公安技術(shù)人才的培養(yǎng)效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 廖斯羽.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用[J].科技傳播，2018，10（21）：144-145.

[2] 王曉玥.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與展望[J].環(huán)球市場(chǎng)信息導(dǎo)報(bào)，2017（42）：128-129.

[3] 李平.推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用 提高高校教育教學(xué)質(zhì)量[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018，37（1）：1-4.

[4] 史航宇.VR技術(shù)在未來(lái)刑事法庭調(diào)查程序中的應(yīng)用[J]. 公安學(xué)刊：浙江警察學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，170（6）：58-62.

[5] 歐三任.現(xiàn)代教育技術(shù)在偵查學(xué)專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用[J].湖南警察學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，28（4）：29-34.

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

[7] 郭瑞峰，袁超峰，楊柳，等.基于OpenCV的機(jī)器視覺(jué)尺寸測(cè)量研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2017，53（9）：253-257.