虚拟现实交互技术在现场重建中的应用展望

张旭毅 庞展

摘要：随着科技进步，人类的活动空间也开始向虚拟世界开拓。近十年来，虚拟现实技术急速发展，其利用计算机技术模拟环境，理论上可以达到人所具备的所有感知。本文研究的主要内容是从公安实践方面，尤其是现场勘查与现场保护方面与虚拟技术的结合应用与新一步拓展，结合现场分析与重建，对现场勘查提出新模式，新思路。结合目前大数据侦查的发展形势，延伸现场勘查范围，对犯罪侦查、现场勘查方面的数据化前景进行展望。

关键词：虚拟现实；现场勘查；现场重建

中图分类号：TP317.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）06-0233-02

现场勘查的过程就是对现场进行破坏的过程，但是不是所有的案件都可以侦破的，而且所有的现场保护封闭都有一定的时限；而今数字技术发展较快虚拟现实技术发展迅速，通过混合现实交互技术（MR）进行现场勘查是目前最好的选择。可穿戴设备的发展迅速，已经足以支持将虚拟资料投射、加成具象化，在勘查时将现场复刻并数据化，就能很好的保存、传输现场数据，方便远程勘查，也利于在技术再次进步之后对更为精细的现场物证进行检验，将刑事技术的工作能力和水平提升到一个新的高度。

1 犯罪现场三维重建

近年来，犯罪现场重建的研究一直在进行，一方面现场重建技术可以将现场的情况还原，提取有用的痕迹和生物物证；另一方向现场重建也是给法庭诉讼提供更直接和生动的案件过程，方便定罪量刑。利用数字图片进行三维展示的软件已经在公安领域有所应用，虚拟技术（VR）出现后就已经有公司在现场重建方面开发软件，而增强现实交互技术（AR）是目前最适合用来进行现场勘查和教学的。因为虚拟技术在游戏等行业已经有一定的基础，以图形图像拼接技术和三维仿真技术为依托，结合公安刑侦现场勘查的工作要求和特点可以设计一套方案。

在技术人员进入现场之前，可以根据情况利用无人机等设备进入现场进行拍摄，将现场尽量无死角的进行全方位的拍摄，同时最大限度的减少对现场的破坏，不仅能保护原始现场而且也可以进行后期制作及重现。现场勘查时也可以先将现场分区分块进行拍摄，然后将数字图像拼接成完整的现场模型，以便后期添加交互模块等操作。现场勘查过程中会拍摄大量细目照片，利用无损格式存储细目特征，每一处物证信息都会成为一个交互热点，将所有的物证提取编号，存储信息，在整个模拟现场中构建交互热点的离散拓扑，整个结构要求是开放式处理，方便在后期过程中进行处理。对于现场热点，可以对其添加不同点标签加以分类，方便利用大数据进行碰撞，同时，不同案件中相同的热点标签也有利于串并案以及案件跳转等工作，对于类似的热点，也可以通过进一步添加细节标签加以区分。

现场的立体层次则由增强现实实现，在VR层级构建的拓扑结构上，将现场各个物体扫描记录，再投射到相应的热点位置，增强立体感，加深对现场的感知。各个层级数据流相互支持，构成比较完整的现场模型。

犯罪现场勘查的实施和教学一直是个难点，因为现场勘查与现场保护是对矛盾而且不是所有的案件都可以在勘查后侦破，而现场交互重建技术可以很好地弥补这个缺陷。现场一旦解除警戒原始现场将不复存在，进行现场复勘除了照片没有其他能让人带入原来现场的情景了，当然复勘出有价值证据的可能性极大地降低最终导致案件无法侦破。有了现场交互技术则可以将现场的数字模型建成并反复的使用，虚拟的情景也可以使现场勘查人员更好的“沉浸”和感知现场，而这个特点也是目前现场勘查课程讲授最好的实训方法。

2 虚拟复原框架

在现场勘查过程中，通过摄像头或其他设备，获得多张图像，并进行相应处理。首先，将图像经过部分处理后，突出其重点部位及信息密集部位，形成关联度图像。此获取过程来源相对广泛，就需要有能够统一的格式、压缩规范，这里引用一种小波变换的引申模式，小波域灰色关联度算法。

通过二维离散小波变换，我们可以得到四个子图像ILL，ILH，IHL，IHH，对子图像ILL进一步应用小波变换，可以更加清楚地获得目标图像或目标信息。这四个子图像中，除了ILL外，均含有图像的细节特征，且有着极强的相关性，其最大值几乎出现在同一位置。

首先将小波系数细分， ，我们重点研究水平方向分量和垂直方向分量。

计算其灰色关联度分别代入最大值最小值。

两个序列求总体。

可以以此构造出灰度词典，建立变换模型。

构建一个虚拟环境，首先需要解决的问题就是：我是谁？我在哪？我要干什么？在现场交互模式中，第一项就是要使用者了解自己的角色定位，不同于传统第三视角的重建模式，混合现实的重建是第一视角的，带有主观色彩的重建模式，我们叠加的虚拟空间要与使用者相匹配，如拍摄过程中三脚架的高度与使用者身高之间的关系，相机与使用者视角的关系等。

在使用体验上，或者说人体工程学设计上，有些参数也很重要，比如IPD，例如我本人身高175cm，IPD65，那么如果我在设置参数过程中将IPD设置为70或更高，就会有头部放大，物体放大等巨人感。

HoloLens交互也是同样，我们创造的交互模块都是虚拟的，并不存在于物理空间的，那么交互的距离、时间以及方式就十分重要，我们不能让每个交互模块都需要我们走过去，“握”到它，再发生交互，在佩戴传感器的过程中，只能采用隔空的方法与其交互，在实验过程中，能够较为方便的交互，且没有较大不适感的距离，缩定在1.25m到2m之间。

在头部转动模型的选择中，经历了Photoshop→Unity→Oculus DK2→QC，發现Unity和QC相较于另两种模式，更加适合于头部模型的建立，DK2在建模过程中，边缘模糊化较为严重。而Unity的即时反应近乎于零，每次都需要建立新的模型app来提供支持。

在空间中，首先需要建立坐标体系，即先确定空间范围，在第三视角中确定空间中各组分的位置、大小等形态学特征，确定预留输入模块、交互模块的位置。

建立空間概念，内容填充完毕后进行转化，切换为第一视角，将人物模型确定中心，输入参数，确定视场，构建视角轴，根据填充物，定下景深。根据预设模式，切分输出VR环境，叠加处理边缘效果，预防模糊。

光线模拟应先填充日光，亮度要低，方便体现其他光线主次；补天光，同时打面光，使层次、轮廓分明，能够较为分明的体现物体的立体形态、空间位置；打藏光补充亮度；通过点光突出重点，如交互位、细目位等。

3 现场模拟

在现场模型中，存在的相互关联的痕迹热点，必然存在着某种特定的交互模式，例如血迹的溅射形态，在多个血迹点位上分别建立液体滴落模型，推演出出血点的时空间位置。案件随着这种交互模式的不断发展而展开，那么，在模型中不断还原出各个热点之间的交互发展，就能比较客观的反应案发过程，帮助还原和分析。

在现场模型中，存在的相互关联的痕迹热点，必然存在着某种特定的交互模式，例如血迹的溅射形态，在多个血迹点位上分别建立液体滴落模型，推演出出血点的时空间位置。案件随着这种交互模式的不断发展而展开，那么，在模型中不断还原出各个热点之间的交互发展，就能比较客观的反应案发过程，帮助还原和分析。

4 现场细目标签

现场重建过程中，对于部分物体，由于其特殊性，不易保存，且极易遭受损坏，那么我们可以采集其多种信息进行数字存储。类似于现场细目照片一样的小物证信息，可以变成标签式的数字模型。由于技术的发展可以采集的信息越来越多，不仅是照片还有其他许多信息都可以有用。现场勘查中已开始采集的是形象痕迹如指印、掌印和足迹等；随着技术的发展生物物证例如DNA也成为现场勘查采集的重点，目前视频人像采集也变得更为重要。

近年来，大数据侦查急速发展，以其独特的技术优势替代了以往惯有的摸排蹲点等侦查手段，而大数据的优点在于数据碰撞，在多组数据之间互相碰撞，产生重合信息，加之目前社会发展进程，每次交互都会产生数据，在大密度的碰撞下很容易产生嫌疑点。但是大数据的缺点仍然在于“大”，较大的信息储量使得人工解读近乎不可能，一般的计算机算法也不具备时效性，那么智能算法，或者说更为细致的标签化索引方式就是接下来需要解决的重点。在大数据背景下，我们就可以对现场物证添加属性标签，在人工智能环境下，可以对物体尽可能多的添加特征标签，那么对于某一类特征物体，就可以对其可能出现的所有特征定义标签，再根据现实情况选择添加，尽可能多的标签也能够在一定程度上提高同一认定的准确度。

建立现场细目标签当然是越多越好，只要是可以数字化的物证或信息都可以进行建模，也充分发挥了现实交互技术的优势，同时更直接的将现场的活动和变化进行展示，也为庭审阶段给法官展示犯罪过程方便定罪量刑。

5 现场交互模式展望

移动互联时代的到来，人们的工作生活方式被改变；现场勘查技术也慢慢的向技术主流靠近，目前除了数字化的声音和图像可以直接对接互联网的平台，而例如人体的气味和生物信息和触觉等指标仍然在建立标准和数字化的路上。近年来人工智能已经开始发挥重要作用，同时虚拟现实技术在各个领域开始应用现场交互模式也会发展很迅速。同时在大数据背景下，我们就可以对现场物证添加属性标签，在人工智能环境下，可以对物体尽可能多的添加特征标签，那么对于某一类特征物体，就可以对其可能出现的所有特征定义标签，再根据现实情况选择添加，尽可能多的标签也能够在一定程度上提高同一认定的准确度。

在这种现场勘查、重建模式下，我们可以将现有的侦查人员分为两类，技术员和分析员。技术人员负责进入现场复制、提取整个现场信息，分析人员在特定的地点接收现场信息，综合整理，利用后方技术优势进行研判、分析，将整个勘查过程分为两部分，相互协同，提高效率，同时整个勘查过程全部虚拟化、数据化，将现场的破坏程度降到最低，同时，案件信息也可以即时提取汇报，或用于公安院校教学研究。

面对错综复杂的各种刑事犯罪活动，时代对刑事技术建设提出了新的希望和要求。刑事技术理应担当起时代所赋予的责任和使命，确保公安改革政策措施精准落地，促进中国司法体制改革，推动全面依法治国的步伐更加沉稳地向前迈进！

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