虚拟现实技术在公安高等教育教学实践中的运用研究
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摘 要：随着虚拟现实技术的不断成熟，让公安高等教育中一些特殊科目和危险环境的学习与演练不再局限于理论教育成为可能。以公安专业教育实际需要为目的，探讨虚拟现实技术的可行性和适用性，通过对专业的多层梳理和反复研究在侦查学专业方向的模拟现场、模拟勘察等环节引入虚拟现实技术，找到技术和教学的最佳结合点，通过应用实例分析说明虚拟现实技术在教育教学创新实践中可以起到关键性的作用。
关键词：虚拟现实技术 公安高等教育 教學实践
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（a）-0133-03
公安高等教育是以培养高素质、高水平的应用型公安专门人才为方向的教育主体，在公安教育现代化改革的时代背景下，最大限度地让学员理解和掌握公安专业知识是教育教学创新的目标。公安技术具有很强的实践性，单凭理论很难满足学生学习的需求，而公安高等院校学生众多，又无法具有针对性地为学生提供现实的实践环境，为此将虚拟现实技术引入到现场勘查环节，让学生可以借助VR技术虚拟重现案件现场按照专业步骤科学规范地完成现场勘查工作，对于学生完全掌握专业知识具有非常重要的现实意义。
1 虚拟现实技术应用在公安高等教育教学实践中的可行性和适用性
1.1 虚拟现实技术
虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）是将计算机图形学、多媒体技术、网络技术及传感技术等融为一体构建的具有人机交互特征的交叉学科技术。虚拟现实技术可以通过环境的模拟让人类感知器官沉浸到环境中，达到视觉、听觉、触觉、力觉等感知能力的虚拟体验[1]。随着网络技术、计算机技术的不断发展，虚拟现实技术所构建的虚拟环境通过人类感官的传输让使用者有更加沉浸的体验，在计算机系统、体感系统、视觉系统、听觉系统等构建的虚拟环境下，使用者通过多种感官的相互作用如同身临其境，完成一系列的动作和计算机进行交互，使用者动作触发计算机系统做出对应的反应，让使用者感觉如同实际操作一般[2]。
1.2 可行性与适用性
在20世纪90年代，虚拟现实技术被引入到教育领域，经过10多年的发展在人机交互体验教学中逐渐被认可，并成为教育教学创新的一种方式成，为教学领域重点研究的对象。基于VR技术的教学转变了传统理论知识灌输的方式，为学生构建仿真实验环境，让学生能够通过环境的体验深刻掌握知识，这对于一些现实条件无法满足教学实践要求的教学内容具有很好的环境体验[3]。
公安高等教育是培养公安实用性技术人才为目标的教育主体，在公安高等教育课程内容中很多课题的学习无法让学生身临其境地去体验，例如：侦查学专业案发现场的勘查、物证的分析与微量物证的鉴定等，这类课题单凭理论学生无法与实际工作内容充分地结合，使得学生走向工作岗位后还需要多年的工作积累才能成为一名合格的公安技术人才[4]。而通过VR虚拟技术则可以将已有案例做成虚拟环境，让学生能够在前人经验的基础上更快速地掌握专业技术，并且不断地完善知识结构，有助于提高人才的培养效率。由此可见，VR技术对于公安教育教学具有一定的可行性，其适用性要针对课题内容具有选择性地进行应用，不仅是因为技术与专业的匹配需要，也能够有的放矢更加合理地利用教育经费。
2 侦查学专业训练虚拟仿真系统功能分析
侦查学专业是公安高等教育院校技术性专业之一，其具有很强的实践性。在侦查学专业学习中犯罪现场识别勘查、物证的提取分析、微量物证的鉴定等需要培养学生很强的操作能力，而现实条件下很难满足学生学习需要，所以针对侦查学专业训练构建的虚拟仿真系统需要具备案发现场的建立、现场勘查的引导、仿真无证的提取与分析和微量物证鉴定仿真等功能，以便于完成理论教学与实践教学相结合，更快速地让学生掌握专业知识[5]。
同时，结合刑事科学技术相关技术手段，对虚拟系统中的各个模块进行实践手段模拟，相关环节省去中间流程，实验结果产生后推动后继实验的线性发展。
2.1 重建案发现场
因为犯罪现场具有很强的复杂性和多样性，不同的犯罪现场对侦查技术的要求也具有很大的差异性，如爆炸现场、凶杀现场、交通肇事现场等，所以虚拟现实技术应用到侦查学专业教学中需要构建多种类型的虚拟案发现场。在侦查学专业训练虚拟仿真系统中，教师能够根据教学案例布置案发现场环境，为学生提供仿真演练平台。
2.2 虚拟仿真现场勘查
学生通过侦查学专业训练虚拟仿真系统进入虚拟案发现场进行勘察，系统具有引导勘察模式和模拟演练模式，引导勘察功能可以通过虚拟指示辅助学生逐步按照勘察规范进行操作，让学生掌握现场勘查的每一个环节和步骤。模拟演练模式则是让学生在没有辅助条件下进行勘察，一方面可以测试学生掌握现场勘查的能力，另一方面也可以培养学生现场勘查的主观能动性。依托刑事技术的理论知识，指导实际操作流程。
2.3 虚拟仿真物证分析
在侦查学专业中，物证的分析是非常专业且必要的课程内容，现实环境警方不会将重要的物证提供给学生进行分析而通过理论去分析又缺乏直观性;即使学校可以提供一些实物物证供学生学习，但由于使用次数多，需求量大，也加剧了学校教学实践的成本。因此，对物证进行3D建模，让学生能够了解物证的每一个细节，可以培养学生的洞察力，并掌握物证分析的方法和技能。并且虚拟物证可以反复地多次使用而不出现损耗，还可以满足所有学生同时进行实验。在物证模拟过程中，遵循刑事科学技术中涉及到的专业内容，如法医、照相、化验、痕迹等科目进行科学设置内容。
2.4 微量物证鉴定仿真
在物证分析中一些物证需要专业的鉴定平台进行分析，而虚拟环境下所构建的物证是实际不存在的，为了解决这一问题，设计微量物证鉴定仿真功能可以模拟专业鉴定设备对物证进行物理或者化学的分析，让学生能够以第一视角去观察物证的物理或者化学变化，实现训练过程的人机互动，感受物证的提取、检验、分析及综合利用的完整过程。 3 侦查学专业训练虚拟仿真系统应用实例
3.1 实验环境搭建
此次构建基于虚拟技术的公安教育教学实践系统以侦查学专业教学实践内容为实例对象进行仿真系统案件场景环境的搭建。首先搭建硬件环境架构，主要包括基于OpenGL的双目渲染模块[6]、基于OpenCV的视觉姿势识别模块[7]、基于OpenAL的3D音效模块、基于XDisplay的通信模块和基于FreeGLUT程序运行模块。硬件环境架构如图1所示。
教师在设计仿真环境时可以根据教学案例的内容布置实验场景，通过系统提供的文字、图片、语言、动作等部件建立一个360°的模拟环境。再布置大量的现场细节物证图像，如烟头、脚印、血迹、凶器、摆设等形成一个立体的案发现场空间环境布置效果如图2所示。
教师所布置的每一个元素都有编号，教师可以编排正确的勘查步骤，以便于学生选择引导勘查模式时能够按照教师的引导规范地完成勘查任务。
3.2 现场勘查
学生通过系统进入教师布置的环境中，带上VR眼镜以第一视角进入虚拟环境，可选择引导模式或演练模式，在引导模式下系统会按照教师设定的步骤引导学生逐步地进行环境的勘查，选择演练模式则需要学生自主分析案发现场进行自由勘查。学生勘查的每一步都记录在系统信息中，学生可对有用的信息进行拍照，作为勘查的记录。
3.3 物证提取与分析
学生对整个现场勘查完成后对有用的证物进行提取，将证物放入虚拟的证物袋中，并对证物进行编号。这一系列过程都是由系统虚拟感知完成的，在识别学生动作后完成虚拟物证与学生虚拟手臂的结合。学生可以对所提取的证物进行放大，观察证物的细节并进行记录。可以对证物进行分析给出证物的定性。
3.4 微量物证仿真鉴定
需要进行专业设备分析的微量物证，学生可以进入系统提供的虚拟物证实验室，利用物理或者化学设备进一步进行物证的鉴定追求事实真相。利用虚拟物证实验室进行工作如图3所示。
虚拟物证实验室提供如虚拟显微镜、血清检验设备、光谱仪等，学生在虚拟环境下通过虚拟设备检验虚拟物证，让学生能够充分掌握微量物证鉴定的完整步骤及过程。如血清的检验可以让学生模拟血液分离，查看相关抗体蛋白等操作。
考虑到公安学科知识的交叉性，虚拟现实技术应用可以在刑事侦查、刑事技术等专业中建立虚拟实训场地的分析等，结合该文实际应用完全可以实现公安网络虚拟仿真，解决教学条件无法满足教学要求的问题，学生使用虚拟仿真系统进行标准化、科学化的演练，体验真正的实施感，提升学生学习的兴趣和对知识的理解能力。在未来的公安等教育教学实践中不断地丰富虚拟现实环境的内容，具有非常广阔的应用空间。
4 结语
将虚拟现实技术引入公安高等教育教学实践中是现代化教育发展的创新之路，通过分析虚拟现实技术的特点和其应用在公安高等教育教学中的可行性与适用性，发现要结合教学的实际需求具有选择性地构建虚拟仿真系统，结合侦查学专业实践性强地特点进行了侦查学专业训练虚拟仿真系统功能分析，一方面是教师通过系统能够为学生构建虚拟的实验环境，另一方面学生可以通过系统进行虚拟仿真现场勘查、物证提取和物证鉴定等一系列操作，该系统的功能对提升学生学习兴趣和夯實学生技术知识具有非常重要的作用，可以提升公安技术人才的培养效率。
参考文献
[1] 廖斯羽.虚拟现实技术的特点及应用[J].科技传播，2018，10（21）：144-145.
[2] 王晓玥.虚拟现实技术的发展与展望[J].环球市场信息导报，2017（42）：128-129.
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[4] 史航宇.VR技术在未来刑事法庭调查程序中的应用[J]. 公安学刊：浙江警察学院学报，2018，170（6）：58-62.
[5] 欧三任.现代教育技术在侦查学专业综合实训中的应用[J].湖南警察学院学报，2016，28（4）：29-34.
[6] 易湘舟，李永，李敏.OpenGL使用可编程管线实现屏幕空间环境光遮蔽[J].电脑知识与技术，2018，14（7）：173-175.
[7] 郭瑞峰，袁超峰，杨柳，等.基于OpenCV的机器视觉尺寸测量研究[J].计算机工程与应用，2017，53（9）：253-257.
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