公安院校法醫(yī)三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)與應(yīng)用

陳瑤清 李劍波 歐陽(yáng)常青 吳婷 朱密

摘要法醫(yī)學(xué)是公安院校學(xué)生必修的通識(shí)課程，是培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)勘查能力的重要環(huán)節(jié)。文章分析了當(dāng)前公安院校法醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀與不足，介紹了三維虛擬仿真技術(shù)在公安院校法醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的建設(shè)與應(yīng)用，提出了三維虛擬仿真技術(shù)在法醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用前景與不足。

關(guān)鍵詞 法醫(yī)學(xué)；三維虛擬技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2022.02.041

虛擬仿真技術(shù)，又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)、仿真、人工智能等多種技術(shù)，給使用者創(chuàng)造一個(gè)三維虛擬世界，并可通過(guò)頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感設(shè)備，讓使用者沉浸于一個(gè)觀測(cè)與該虛擬世界交互的三維界面，可直接參與并探索仿真對(duì)象在所處環(huán)境中的作用與變化，達(dá)到身臨其境的效果。三維虛擬仿真技術(shù)在教育、工業(yè)、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的運(yùn)用，教育部《關(guān)于開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》（教高司函〔2013〕94號(hào)）提出：虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。近年來(lái)，全國(guó)各個(gè)高校根據(jù)本學(xué)科及本專業(yè)特色，建設(shè)了貼合專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心，法醫(yī)學(xué)是公安院校刑事技術(shù)專業(yè)的主干課，是一門對(duì)專業(yè)與實(shí)踐要求都很高的學(xué)科，學(xué)生的動(dòng)手操作能力與專業(yè)知識(shí)在培養(yǎng)目標(biāo)中都非常重要，公安院校重點(diǎn)培養(yǎng)專業(yè)的應(yīng)用型人才，為此，我們利用虛擬仿真技術(shù)，建立了法醫(yī)三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，本文將從三維虛擬仿真技術(shù)在法醫(yī)學(xué)教學(xué)中的必要性、建設(shè)內(nèi)容與應(yīng)用、建設(shè)前景等幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。

1虛擬仿真技術(shù)在法醫(yī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的必要性

目前，公安院校傳統(tǒng)的教學(xué)模式與實(shí)訓(xùn)方法在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，尤其是現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)?zāi)芰Ψ矫嬗兄黠@缺陷，既往的教學(xué)方法主要通過(guò)教師課堂講授知識(shí)，檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果也是以試卷考試方式為主，側(cè)重學(xué)生專業(yè)理論知識(shí)的掌握情況，雖然也開(kāi)設(shè)一定的實(shí)驗(yàn)操作課，但因?qū)嶒?yàn)場(chǎng)地、設(shè)備等條件的限制，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單、過(guò)時(shí)，無(wú)法與公安實(shí)戰(zhàn)緊密結(jié)合，且一般情況下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求在規(guī)定場(chǎng)所規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度與廣度；法醫(yī)學(xué)專業(yè)課的學(xué)習(xí)場(chǎng)地局限于校園，而如命案、強(qiáng)奸殺人、交通事故、災(zāi)難事件等真實(shí)犯罪現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景難以模擬，學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中不能體驗(yàn)真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)和尸體檢驗(yàn)過(guò)程，實(shí)訓(xùn)教學(xué)缺乏生動(dòng)性；再加上任課教師自身常年從事單純的教學(xué)工作，并非實(shí)戰(zhàn)部門的法醫(yī)，缺乏實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果不太理想；在實(shí)習(xí)階段，因?yàn)楣矊?shí)踐中案件的突發(fā)性以及現(xiàn)場(chǎng)勘查的及時(shí)性等特殊要求，學(xué)生所能獲得的實(shí)踐鍛煉機(jī)會(huì)也十分有限。因此，學(xué)生畢業(yè)走上工作崗位后面對(duì)真實(shí)案件時(shí)，難以迅速擔(dān)任現(xiàn)場(chǎng)勘查等專業(yè)任務(wù)，一般需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)、摸索才能勝任。三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的限制，將傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)變成直觀展示、動(dòng)態(tài)可變的虛擬仿真的沉浸式體驗(yàn)學(xué)習(xí)，使學(xué)生可以沉浸于虛擬的案件現(xiàn)場(chǎng)，模擬勘查員或者法醫(yī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查與尸體檢驗(yàn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，也給教師的教學(xué)提供了方便，大大提高了教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，搭載智慧教學(xué)系統(tǒng)的三維虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)也可打破時(shí)間與空間的限制，最大限度地利用碎片化時(shí)間反復(fù)進(jìn)行模擬操作，從而達(dá)到熟練掌握操作步驟的目的，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)順應(yīng)了教育信息化的發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)實(shí)需要，更符合公安院校學(xué)生學(xué)習(xí)法醫(yī)學(xué)的需求。

2法醫(yī)三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容

2.1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)的建設(shè)

在學(xué)院智慧校園的基礎(chǔ)上建設(shè)三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理與共享平臺(tái)，通過(guò)此平臺(tái)可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)課、選課管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程化管理（課前預(yù)習(xí)、課中考勤、實(shí)驗(yàn)過(guò)程考核、線上實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)分）、在線學(xué)習(xí)（視頻課件學(xué)習(xí)、在線練習(xí)、在線考核、在線答疑、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、課程導(dǎo)讀）、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開(kāi)放共享、實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備管理、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)管理等，同時(shí)可根據(jù)學(xué)院的需要對(duì)接云平臺(tái)上第三方虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源或自建課程資源，為學(xué)院虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境提供應(yīng)用平臺(tái)。另外，此平臺(tái)可以與學(xué)校已經(jīng)建設(shè)完成的校級(jí)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理平臺(tái)、遠(yuǎn)程視頻管理系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理與共享管理平臺(tái)的智能管控，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“虛實(shí)結(jié)合”，“智能、智慧型”管理。如圖1。

2.2三維虛擬仿真命案現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)的建設(shè)

通過(guò)虛擬仿真引擎工具為技術(shù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合3D建模、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)畫模擬、人機(jī)交互等手段，結(jié)合二維和三維多種方式，仿真模擬一個(gè)現(xiàn)代小區(qū)場(chǎng)景，提供一整套三維場(chǎng)景，包含犯罪現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景（外景、中心現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景）、指揮中心場(chǎng)景、法醫(yī)解剖室、訊問(wèn)室場(chǎng)景、痕跡實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景、聲像實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景、專案組場(chǎng)景、物證技術(shù)室內(nèi)場(chǎng)景等場(chǎng)景，虛擬仿真還原真實(shí)案件的全過(guò)程，包括接報(bào)案、立案、現(xiàn)場(chǎng)勘查、尸體檢驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)走訪、案情分析、物證技術(shù)檢驗(yàn)、偵查措施與偵查技術(shù)的應(yīng)用、抓捕、訊問(wèn)、結(jié)案等環(huán)節(jié)的案件偵查綜合實(shí)驗(yàn)。通過(guò)三維仿真技術(shù)，以第一人稱的形式模擬現(xiàn)場(chǎng)勘查的整個(gè)過(guò)程，包括現(xiàn)場(chǎng)外圍巡視、拍照、獲取現(xiàn)場(chǎng)視頻資料、尋找案發(fā)中心現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)勘查時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘查箱里的常見(jiàn)工具、設(shè)備、試劑進(jìn)行三維建模，通過(guò)對(duì)這些工具、試劑和設(shè)備仿真模擬操作，模擬在現(xiàn)場(chǎng)勘查中的發(fā)現(xiàn)、固定、提取、包裝并記錄現(xiàn)場(chǎng)生物物證以及足跡、手印等痕跡物證，通過(guò)虛擬命案現(xiàn)場(chǎng)的仿真操作，選擇不同的提取方法來(lái)實(shí)現(xiàn)物證的發(fā)現(xiàn)提取方法，從而掌握現(xiàn)場(chǎng)檢材的正確勘驗(yàn)方法，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生的操作流程及規(guī)范，對(duì)操作錯(cuò)誤的地方進(jìn)行啟發(fā)性指導(dǎo)，并在后臺(tái)進(jìn)行記錄、扣分等處理方式，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)易錯(cuò)環(huán)節(jié)的記憶。打造不同性質(zhì)不同類別的案件虛擬仿真勘查操作系統(tǒng)，具有緊貼公安實(shí)戰(zhàn)、案件現(xiàn)場(chǎng)高度還原、操作深度參與的特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)虛擬物證的反復(fù)操作訓(xùn)練，讓學(xué)生對(duì)各類物證的發(fā)現(xiàn)、固定、提取及包裝能更規(guī)范、更全面，進(jìn)而掌握案件現(xiàn)場(chǎng)勘查的基本技能與勘查思維。如圖2。

2.3建設(shè)三維虛擬仿真尸體檢驗(yàn)系統(tǒng)

通過(guò)三維虛擬仿真技術(shù)，操作者以第一人稱的形式，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)，完成案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的初步尸體檢驗(yàn)，模擬辦案的常規(guī)步驟，進(jìn)入虛擬仿真的法醫(yī)病理解剖實(shí)驗(yàn)室（如圖3），并通過(guò)對(duì)解剖工具進(jìn)行三維建模，模擬法醫(yī)分別對(duì)尸體進(jìn)行衣著檢驗(yàn)、尸表檢驗(yàn)及尸體解剖，模擬檢驗(yàn)、記錄衣著情況，衣服損傷情況等，尸表檢驗(yàn)則對(duì)建模的尸體進(jìn)行常規(guī)尸體外表檢驗(yàn)、創(chuàng)傷檢驗(yàn)、尸體現(xiàn)象等的模擬檢驗(yàn)，尸體解剖則模擬選用不同解剖工具對(duì)人體體腔、器官進(jìn)行解剖檢驗(yàn)，模擬檢驗(yàn)還需記錄各種陽(yáng)性發(fā)現(xiàn)和陰性結(jié)果，并盡可能全面提取組織、體液、毛發(fā)、指甲等生物檢材以備檢。通過(guò)虛擬操作尸體解剖檢驗(yàn)了解人體的基本結(jié)構(gòu)以及損傷特征，三維虛擬仿真的尸體檢驗(yàn)系統(tǒng)能將抽象的人體結(jié)構(gòu)與損傷逼真地呈現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)虛擬操作，加深了無(wú)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的公安院校學(xué)生對(duì)法醫(yī)學(xué)知識(shí)的理解，提高學(xué)生規(guī)范保護(hù)、處理尸體以及物證的能力。

上述的現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)與尸體檢驗(yàn)系統(tǒng)在虛擬操作時(shí)分為教學(xué)模式和考核模式。在教學(xué)模式下，讓學(xué)生重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作練習(xí)，并提供實(shí)驗(yàn)操作流程的詳細(xì)指導(dǎo)，學(xué)生能夠根據(jù)操作提示一步一步進(jìn)行練習(xí)，如果學(xué)生操作錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)生的操作流程及規(guī)范，對(duì)操作錯(cuò)誤的地方進(jìn)行啟發(fā)性指導(dǎo)，并在后臺(tái)進(jìn)行記錄、扣分等處理。考核模式下則不提供指導(dǎo)，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)生錯(cuò)誤點(diǎn)自行扣分，老師可導(dǎo)出成績(jī)到指定的虛擬實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)，在操作實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)帶有攝像頭的電腦，可間斷性的采集正在做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)頭像并進(jìn)行存檔，用以監(jiān)控學(xué)生的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。虛擬勘驗(yàn)結(jié)束之后學(xué)生可進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查訪問(wèn)、實(shí)驗(yàn)室物證檢驗(yàn)、辦案人員案情分析等場(chǎng)景，物證檢驗(yàn)環(huán)節(jié)則將學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)勘查、尸體檢驗(yàn)過(guò)程中提取的物證進(jìn)行檢驗(yàn)分析，包含手印分析、足跡檢驗(yàn)、生物物證的DNA檢驗(yàn)等，學(xué)生需根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果、調(diào)查訪問(wèn)情況等對(duì)案情進(jìn)行綜合分析與研判，對(duì)案件性質(zhì)、死者死亡原因、致傷物等作出判斷。最后，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生的操作和答題情況給出得分和成績(jī)分析，實(shí)現(xiàn)整個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程性評(píng)價(jià)。

3虛擬仿真技術(shù)在法醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用前景與不足

三維虛擬仿真技術(shù)在法醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用主要借助于計(jì)算機(jī)、傳感器等設(shè)備構(gòu)建的虛擬案件場(chǎng)景與角色，讓學(xué)生在虛擬仿真的場(chǎng)景中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，不僅可以突破現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)間與空間條件的限制，開(kāi)設(shè)一些在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作，大大拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還可以通過(guò)沉浸體驗(yàn)式的操作練習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能。學(xué)生還可以依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，不限時(shí)間與場(chǎng)地，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生無(wú)邊界的學(xué)習(xí)，對(duì)提升教學(xué)效率，加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革具有重大意義。因此，三維虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于法醫(yī)學(xué)的實(shí)踐教學(xué)中，對(duì)于法醫(yī)學(xué)專業(yè)發(fā)展有較大的影響，發(fā)展?jié)摿薮?，同時(shí)應(yīng)用前景也較廣闊。近年來(lái)，全國(guó)各地公安院校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中逐步引入了三維虛擬仿真技術(shù)，已成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的新趨勢(shì)，在提高公安專業(yè)學(xué)生現(xiàn)勘能力和培養(yǎng)合格的公安實(shí)戰(zhàn)型人才等方面，虛擬仿真技術(shù)的重要性將越來(lái)越凸顯。我們將在今后的工作中，不斷完善我校的法醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，逐漸實(shí)現(xiàn)法醫(yī)病理、法醫(yī)物證、法醫(yī)毒物、痕跡檢驗(yàn)等多門刑事技術(shù)學(xué)科的融合，為該技術(shù)在公安教育中推廣普及提供支持。

三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然解決了傳統(tǒng)教學(xué)方式中的場(chǎng)地與部分內(nèi)容無(wú)法實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題，但仍只是在法醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起到一定作用，并不能完全代替真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作，尤其是一些精細(xì)的動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)步驟，三維虛擬仿真實(shí)驗(yàn)尚不能完全達(dá)到效果，還需要在真實(shí)的實(shí)際操作中進(jìn)行訓(xùn)練，盡量做到“虛實(shí)結(jié)合，能實(shí)不虛”，讓三維虛擬仿真技術(shù)既能有效補(bǔ)充實(shí)體實(shí)驗(yàn)的不足，同時(shí)又做到不依賴，不盲從。三維虛擬仿真技術(shù)的真實(shí)性尚不能滿足實(shí)際運(yùn)用的要求，要模擬真實(shí)性達(dá)到與真實(shí)人體接近，不僅要升級(jí)硬件，更需優(yōu)化軟件，將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力要求降低，讓教師能根據(jù)課程及教學(xué)的實(shí)際需要，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自主化、智能化。另外，虛擬圖像易使使用者眼睛疲勞，導(dǎo)致頭暈惡心，尤其是在使用VR頭盔時(shí)，易失去平衡和方向感，容易出現(xiàn)摔跌現(xiàn)象，因此三維虛擬技術(shù)的人機(jī)界面也需持續(xù)改進(jìn)，提升畫面質(zhì)量。

基金項(xiàng)目：2019年教育部第二批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“法醫(yī)病理物證三維虛擬仿真實(shí)訓(xùn)建設(shè)”（項(xiàng)目編號(hào)：201902044055）；湖南省教育廳普通高等學(xué)校教學(xué)改革一般研究項(xiàng)目“三維虛擬仿真技術(shù)在刑事科學(xué)技術(shù)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用研究”。

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