虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)在現(xiàn)場重建中的應(yīng)用展望

張旭毅 龐展

摘要：隨著科技進(jìn)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(xiàn)實(shí)技術(shù)急速發(fā)展，其利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬環(huán)境，理論上可以達(dá)到人所具備的所有感知。本文研究的主要內(nèi)容是從公安實(shí)踐方面，尤其是現(xiàn)場勘查與現(xiàn)場保護(hù)方面與虛擬技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用與新一步拓展，結(jié)合現(xiàn)場分析與重建，對現(xiàn)場勘查提出新模式，新思路。結(jié)合目前大數(shù)據(jù)偵查的發(fā)展形勢，延伸現(xiàn)場勘查范圍，對犯罪偵查、現(xiàn)場勘查方面的數(shù)據(jù)化前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；現(xiàn)場勘查；現(xiàn)場重建

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

現(xiàn)場勘查的過程就是對現(xiàn)場進(jìn)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(xiàn)場保護(hù)封閉都有一定的時限；而今數(shù)字技術(shù)發(fā)展較快虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展迅速，通過混合現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)（MR）進(jìn)行現(xiàn)場勘查是目前最好的選擇?？纱┐髟O(shè)備的發(fā)展迅速，已經(jīng)足以支持將虛擬資料投射、加成具象化，在勘查時將現(xiàn)場復(fù)刻并數(shù)據(jù)化，就能很好的保存、傳輸現(xiàn)場數(shù)據(jù)，方便遠(yuǎn)程勘查，也利于在技術(shù)再次進(jìn)步之后對更為精細(xì)的現(xiàn)場物證進(jìn)行檢驗(yàn)，將刑事技術(shù)的工作能力和水平提升到一個新的高度。

1 犯罪現(xiàn)場三維重建

近年來，犯罪現(xiàn)場重建的研究一直在進(jìn)行，一方面現(xiàn)場重建技術(shù)可以將現(xiàn)場的情況還原，提取有用的痕跡和生物物證；另一方向現(xiàn)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(shù)字圖片進(jìn)行三維展示的軟件已經(jīng)在公安領(lǐng)域有所應(yīng)用，虛擬技術(shù)（VR）出現(xiàn)后就已經(jīng)有公司在現(xiàn)場重建方面開發(fā)軟件，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)（AR）是目前最適合用來進(jìn)行現(xiàn)場勘查和教學(xué)的。因?yàn)樘摂M技術(shù)在游戲等行業(yè)已經(jīng)有一定的基礎(chǔ)，以圖形圖像拼接技術(shù)和三維仿真技術(shù)為依托，結(jié)合公安刑偵現(xiàn)場勘查的工作要求和特點(diǎn)可以設(shè)計(jì)一套方案。

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

現(xiàn)場的立體層次則由增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)，在VR層級構(gòu)建的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，將現(xiàn)場各個物體掃描記錄，再投射到相應(yīng)的熱點(diǎn)位置，增強(qiáng)立體感，加深對現(xiàn)場的感知。各個層級數(shù)據(jù)流相互支持，構(gòu)成比較完整的現(xiàn)場模型。

犯罪現(xiàn)場勘查的實(shí)施和教學(xué)一直是個難點(diǎn)，因?yàn)楝F(xiàn)場勘查與現(xiàn)場保護(hù)是對矛盾而且不是所有的案件都可以在勘查后偵破，而現(xiàn)場交互重建技術(shù)可以很好地彌補(bǔ)這個缺陷。現(xiàn)場一旦解除警戒原始現(xiàn)場將不復(fù)存在，進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)勘除了照片沒有其他能讓人帶入原來現(xiàn)場的情景了，當(dāng)然復(fù)勘出有價值證據(jù)的可能性極大地降低最終導(dǎo)致案件無法偵破。有了現(xiàn)場交互技術(shù)則可以將現(xiàn)場的數(shù)字模型建成并反復(fù)的使用，虛擬的情景也可以使現(xiàn)場勘查人員更好的“沉浸”和感知現(xiàn)場，而這個特點(diǎn)也是目前現(xiàn)場勘查課程講授最好的實(shí)訓(xùn)方法。

2 虛擬復(fù)原框架

在現(xiàn)場勘查過程中，通過攝像頭或其他設(shè)備，獲得多張圖像，并進(jìn)行相應(yīng)處理。首先，將圖像經(jīng)過部分處理后，突出其重點(diǎn)部位及信息密集部位，形成關(guān)聯(lián)度圖像。此獲取過程來源相對廣泛，就需要有能夠統(tǒng)一的格式、壓縮規(guī)范，這里引用一種小波變換的引申模式，小波域灰色關(guān)聯(lián)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(jìn)一步應(yīng)用小波變換，可以更加清楚地獲得目標(biāo)圖像或目標(biāo)信息。這四個子圖像中，除了ILL外，均含有圖像的細(xì)節(jié)特征，且有著極強(qiáng)的相關(guān)性，其最大值幾乎出現(xiàn)在同一位置。

首先將小波系數(shù)細(xì)分， ，我們重點(diǎn)研究水平方向分量和垂直方向分量。

計(jì)算其灰色關(guān)聯(lián)度分別代入最大值最小值。

兩個序列求總體。

可以以此構(gòu)造出灰度詞典，建立變換模型。

構(gòu)建一個虛擬環(huán)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(xiàn)場交互模式中，第一項(xiàng)就是要使用者了解自己的角色定位，不同于傳統(tǒng)第三視角的重建模式，混合現(xiàn)實(shí)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(guān)系，相機(jī)與使用者視角的關(guān)系等。

在使用體驗(yàn)上，或者說人體工程學(xué)設(shè)計(jì)上，有些參數(shù)也很重要，比如IPD，例如我本人身高175cm，IPD65，那么如果我在設(shè)置參數(shù)過程中將IPD設(shè)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(chuàng)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(fā)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(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)動模型的選擇中，經(jīng)歷了Photoshop→Unity→Oculus DK2→QC，發(fā)現(xiàn)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(yán)重。而Unity的即時反應(yīng)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(biāo)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(tài)學(xué)特征，確定預(yù)留輸入模塊、交互模塊的位置。

建立空間概念，內(nèi)容填充完畢后進(jìn)行轉(zhuǎn)化，切換為第一視角，將人物模型確定中心，輸入?yún)?shù)，確定視場，構(gòu)建視角軸，根據(jù)填充物，定下景深。根據(jù)預(yù)設(shè)模式，切分輸出VR環(huán)境，疊加處理邊緣效果，預(yù)防模糊。

光線模擬應(yīng)先填充日光，亮度要低，方便體現(xiàn)其他光線主次；補(bǔ)天光，同時打面光，使層次、輪廓分明，能夠較為分明的體現(xiàn)物體的立體形態(tài)、空間位置；打藏光補(bǔ)充亮度；通過點(diǎn)光突出重點(diǎn)，如交互位、細(xì)目位等。

3 現(xiàn)場模擬

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

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

4 現(xiàn)場細(xì)目標(biāo)簽

現(xiàn)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(jìn)行數(shù)字存儲。類似于現(xiàn)場細(xì)目照片一樣的小物證信息，可以變成標(biāo)簽式的數(shù)字模型。由于技術(shù)的發(fā)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?，F(xiàn)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(shù)的發(fā)展生物物證例如DNA也成為現(xiàn)場勘查采集的重點(diǎn)，目前視頻人像采集也變得更為重要。

近年來，大數(shù)據(jù)偵查急速發(fā)展，以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢替代了以往慣有的摸排蹲點(diǎn)等偵查手段，而大數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)碰撞，在多組數(shù)據(jù)之間互相碰撞，產(chǎn)生重合信息，加之目前社會發(fā)展進(jìn)程，每次交互都會產(chǎn)生數(shù)據(jù)，在大密度的碰撞下很容易產(chǎn)生嫌疑點(diǎn)。但是大數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)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(jì)算機(jī)算法也不具備時效性，那么智能算法，或者說更為細(xì)致的標(biāo)簽化索引方式就是接下來需要解決的重點(diǎn)。在大數(shù)據(jù)背景下，我們就可以對現(xiàn)場物證添加屬性標(biāo)簽，在人工智能環(huán)境下，可以對物體盡可能多的添加特征標(biāo)簽，那么對于某一類特征物體，就可以對其可能出現(xiàn)的所有特征定義標(biāo)簽，再根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況選擇添加，盡可能多的標(biāo)簽也能夠在一定程度上提高同一認(rèn)定的準(zhǔn)確度。

建立現(xiàn)場細(xì)目標(biāo)簽當(dāng)然是越多越好，只要是可以數(shù)字化的物證或信息都可以進(jìn)行建模，也充分發(fā)揮了現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)的優(yōu)勢，同時更直接的將現(xiàn)場的活動和變化進(jìn)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(xiàn)場交互模式展望

移動互聯(lián)時代的到來，人們的工作生活方式被改變；現(xiàn)場勘查技術(shù)也慢慢的向技術(shù)主流靠近，目前除了數(shù)字化的聲音和圖像可以直接對接互聯(lián)網(wǎng)的平臺，而例如人體的氣味和生物信息和觸覺等指標(biāo)仍然在建立標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)字化的路上。近年來人工智能已經(jīng)開始發(fā)揮重要作用，同時虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各個領(lǐng)域開始應(yīng)用現(xiàn)場交互模式也會發(fā)展很迅速。同時在大數(shù)據(jù)背景下，我們就可以對現(xiàn)場物證添加屬性標(biāo)簽，在人工智能環(huán)境下，可以對物體盡可能多的添加特征標(biāo)簽，那么對于某一類特征物體，就可以對其可能出現(xiàn)的所有特征定義標(biāo)簽，再根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況選擇添加，盡可能多的標(biāo)簽也能夠在一定程度上提高同一認(rèn)定的準(zhǔn)確度。

在這種現(xiàn)場勘查、重建模式下，我們可以將現(xiàn)有的偵查人員分為兩類，技術(shù)員和分析員。技術(shù)人員負(fù)責(zé)進(jìn)入現(xiàn)場復(fù)制、提取整個現(xiàn)場信息，分析人員在特定的地點(diǎn)接收現(xiàn)場信息，綜合整理，利用后方技術(shù)優(yōu)勢進(jìn)行研判、分析，將整個勘查過程分為兩部分，相互協(xié)同，提高效率，同時整個勘查過程全部虛擬化、數(shù)據(jù)化，將現(xiàn)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(bào)，或用于公安院校教學(xué)研究。

面對錯綜復(fù)雜的各種刑事犯罪活動，時代對刑事技術(shù)建設(shè)提出了新的希望和要求。刑事技術(shù)理應(yīng)擔(dān)當(dāng)起時代所賦予的責(zé)任和使命，確保公安改革政策措施精準(zhǔn)落地，促進(jìn)中國司法體制改革，推動全面依法治國的步伐更加沉穩(wěn)地向前邁進(jìn)！

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