虚拟现实技术在犯罪现场重建中的应用研究

引 言

虚拟现实技术属于一个全新的研究领域，主要通过键盘、鼠标、数据手套、头盔等交互设备对人类的视觉、触觉等进行模拟，有效实现三维坏境，达到犯罪现场重建的目的，让使用者有身临其境之感。因为收集证据和线索是现场勘察的主要手段，因此在各类案件的侦查过程中，完整的犯罪现场是案件获取证据和线索的重要前提。在传统的犯罪现场勘查中，人员勘查完毕后，犯罪现场的情形只存在于当时勘查人员的头脑中，在进行案情分析和分工合作的过程中，因为并非每个工作者都可以获取详细的现场情况，所以很难客观、全面地了解现场。为了能够让人员获取更多现场信息，需对犯罪现场进行保护，因此有必要减少接触犯罪现场的人员。传统的做法多为人员在现场进行笔录、拍照、录像、鉴定结论和口头描述等，但这些方法在表达信息的同时存在一定的局限性，同时采取的信息量也与勘察人员的数量存在一定关系 [1]。

1 虚拟现实技术在犯罪现场重建中的应用

犯罪现场是一个整体，其中不仅包含有实体状况，还包含了犯罪的主要器件，这些因素对后期现场勘察有重要影响。犯罪现场重建的重点是将犯罪现场内的相关要素整理成为一个有序的环境，并且可以从中演示完整的犯罪过程。应用虚拟现实技术对犯罪现场进行重建，需以犯罪现场的物证和鉴定作为基础，采用人机对话的方式，利用虚拟现实技术的程序和动画效果进行模拟。重建过程不仅可以展示整个案发详情， 还有利于办案人员对案情作出正确判断。同时也方便侦查人员对部分无法长时间保留的犯罪现场进行详细观察、记录和重现。

在以往的犯罪现场重建过程中，大多采用拍照、记录现场信息等方式，具有较大的局限性，无法适用于较为复杂的犯罪现场。针对较为复杂的现场，侦查人员不仅要确定犯罪对象的位置、与受害人的关系，还要还原犯罪对象的样貌特征等。目前，在犯罪现场重现的过程中，最常采用拍照、摄像和画图等技术。摄像不仅可以有效表现概貌、方向和重点部位等，还可以通过单项拍摄和多向拍摄还原犯罪现场的原貌。在犯罪现场勘查过程中，无论采用哪种方法，拍摄也只是将三维物体成像在感光平面，无法准确表达、确定物体和空间位置的具体关系。为了能够准确重现犯罪现场，勘查人员一般会在拍摄的照片上附加一些文字说明，但这也仅仅是简单的文字表述，有时还可能存在歧义。侦察人员使用传统方法对犯罪现场进行记录时，很大程度上会因为勘查人员个体的专业素质和责任感对结果造成影响，同时也在一定程度上影响专家对案件的判断 [2]。

2 虚拟现实技术实现场地漫游

人机交互是虚拟现实研究中的重点，也是重建犯罪现场的关键。交互性主要体现在以下两个方面 ：

(1) 使用者可以在虚拟现实场景中进行操作，而在虚拟现实场景中的对象也根据使用者的操作做出反应 ；

(2) 在虚拟现实场景中，使用者的位置和视角若发生改变，漫游引擎也能够根据具体情况生成新的画面，并提供给使用者。使用者不仅可以进行有效控制，还可以切换状态，重点在于可以对视觉移动进行相应的控制。视点相应参数不断变换，连续生成图像并输出至显示设备。形成固定漫游的条件为在文件上记录视点的空间参数。与此相反，自主漫游的条件为记录由交互设备或交互原语确定的时视点的空间参数。

需要说明的是，实现任意角度的视角或观测点，都可以通过选择本系统上不同的按钮来控制。同一场景在不同的角度下观察会得到不同的图像 [3]。

3 物证管理和数据库设计

物证主要是犯罪现场留下的作案痕迹和物品信息，可以在犯罪现场通过勘验技术取证并记录。物证管理主要是将提取的物证进行妥善保存，在需要时将物证取出用以配合调查和分析。

设计物证数据库的主要目的在于有效储存物证，包括现场拍摄的照片、物证细节，及参数说明等。为了更方便地实现物证数据库及其扩展，照片的存储应该设定相应的地址，之后通过调用地址来调用图片 [4]。

4 犯罪现场重建中的场景建模

在犯罪现场重建的过程中，完善犯罪现场的逼真效果十分重要，不仅可以让使用者有身临其境之感，还可以提高勘察人员的积极性和破案效率，并完善犯罪现场重建的效果。虚拟现实系统主要从两个方面对犯罪现场进行重建，一是利用三维建模工具，二是利用 OpenGL 图形接口。虚拟现实技术主要通过两种建模技术进行构造，一种是直接通过 OpenGL 图像对犯罪现场进行建模，从而有效实现对模型的控制，其中在虚拟现实中还包括几何变换、颜色等。另一种是先通过3DMAX 建模， 之后用OpenGL 读取和控制。3DMAX 作为目前较为广泛应用的一种建模工具，虽然可以让建造的模型更加逼真，但相对而言控制不便。应用 OpenGL 建模虽然整体画面效果缺乏真实感，但更容易控制、实现，操作也较为简单 [5]。

在光栅图形屏显器出现之前，图形在计算机上的显示都由线画出，而在光栅图形屏显器兴起后，计算机图形学研究的主流则是具有连绵色调的，具有真、实性质的图形。正常情况下，具有真、实特质的图形创造大概需要经历四个步骤，分别为几何结构绘型、景点获取和光栅的交替、光明亮值的计算以及撞碰实验。显而易见，传统意义上不具有实时特质的真、实特质的图形创造比较注重图形的真和实以及更高的质量，与之相反，对于创造图形的速度则要求不高，虚拟现实的推广使用归属于实时图形学类别，限时的 CP 技术满足了实时图形创造的要求，换言之，就是在规定的时间内用绘制算法完成对场景的创造。当需要创造的场景比较复杂且模型数量较大时，很可能会因为数量过大导致实时交换无法实现。如果不采用折中解决的方式，虚拟现实的应用也未必能同时满足图形创造时的真实特质要求及绘制创造的实时特质 [6]。

5 虚拟现实场景中的取景变换效果

虚拟物体被成功创建后，需要把创建好的虚拟物体安放在三维空间中合适的位置，更重要的是要寻求合适的视角进行观察、检测。而具有不同坐标之间互相转换的取景变幻功能，则能帮助正确检测场景中的模型。立体几何均建立在所对应的某个场景的坐标系中，但我们了解的显示屏上的二维图像只是根据三维的定视点和视线方向的特质，在二维显示屏上的折射投影。经过一系列坐标的转换变动才能将三维坐标投影变换成显示屏的像素坐标，上述坐标的转换则涵盖了场景坐标与摄像坐标的转换，摄像坐标到显示屏坐标的互换，这些变换即我们所说的变换取景 [7]。

现如今、应用虚拟现实技术所实现的犯罪现场重建只是初步效果，还存在诸多不足 ：

(1) 在虚拟现实技术中，人机交互还不够人性化。在重建犯罪现场的系统中，只运用了鼠标、键盘手套等作为输入工具，应当加强对虚拟场景的拖动操作。

(2) 虚拟现实系统中的 3D模型库尚未成熟。对犯罪现场重建系统而言，3D 模型库较为简单，只能做到基本模型， 在进行犯罪现场重建的过程中存在一定的局限性。

(3) 虚拟现实系统中缺少一定的智能推理模块。一个较为基础的案发环境里，需要载入的 3D模型较多，同时对于各种模型的操作也较多，如此才能够全方位完成犯罪现场重建。如果虚拟现实系统没有智能推理模块则不能根据环境进行推理 [8]。

6 结 语

虚拟现实技术在犯罪现场重建的过程中有效结合了计算机图形学、人机交互和犯罪心理学等技术，有效为勘察人员提供了犯罪现场的原貌，同时还可以通过虚拟现实技术演示整个案件发生的过程，方便勘查人员通过虚拟现实系统体验真实的犯罪现场和犯罪过程，提高我国整体破案率。