刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統設計

摘 要 在刑事偵查實訓教學中引入虛擬仿真應用系統，對全面提高公安院校學生刑事偵查能力和實現培養卓越偵查人才目標具有重要意義。對刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統進行設計，可從案件偵查階段角度來對應用系統內容進行模塊化設計，從數據層、功能層、接口層和用戶層四層級來進行應用系統框架結構設計，硬件系統和應用軟件構成應用系統平臺。建模技術、場景調度技術、立體顯示技術和人機交互技術是該應用系統實現關鍵技術。

關鍵詞 刑事偵查 實訓教學 虛擬仿真 應用系統

基金項目：湖北省教育廳教育科學規劃一般課題“刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統設計與開發”（項目編號：2018GB040）階段性成果。

作者簡介：裴煜，湖北警官學院偵查系副教授。

中圖分類號：G642 ???????????????????????????????????????????????????????????文獻標識碼：A ???????????? ???????????DOI：10.19387/j.cnki.1009-0592.2019.04.215

虛擬仿真具有人機交互、沉浸性、仿真性和操作人員自主性強等優點，在醫學等教育領域應用廣泛。近年來，虛擬仿真技術在公安教育領域的應用也引起了學者們關注，普遍認為刑事偵查虛擬仿真實訓教學是繼傳統實體實踐教學后又一重要實踐教學方法，對全面提高公安院校學生刑事偵查能力和實現培養卓越偵查人才目標具有重要意義。眾所周知，刑事偵查虛擬仿真實訓教學往往是通過虛擬仿真應用系統來實現的，因此，科學設計開發刑事偵查虛擬仿真應用系統是實現虛擬仿真實訓教學的關鍵?；诖?，本文對刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統內容設計、構架設計和實現關鍵技術進行初步探討。

一、刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統內容設計

虛擬仿真應用系統內容設計與其應用目的密切相關，應用目的決定了系統設計內容。同樣，刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統內容設計應緊緊圍繞公安院校偵查人才培養目標來進行，而培養適應新時期偵查工作實踐需要的、具有一定偵查能力的應用型人才是全國公安院校偵查專業人才培養共同目標，因此，在對刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統內容設計時，應緊緊圍繞案件偵查階段來進行模塊化設計。依據我國刑事訴訟法規定，一起完整的刑事案件偵破，往往要經過案件受理、現場勘查、立案、偵查措施實施和偵查終結等階段，因此，筆者認為要達到全面提升公安院校學生刑事偵查能力和實現培養卓越偵查人才目標，刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統內容設計應包括以下模塊。

（一） 案件受理模塊

該模塊內容包括被害人對公安機關進行報案、控告、舉報;受理案件人員對報案人等進行初步詢問并制作詢問筆錄、錄音;制作《受理案件登記表》并出具回執;對領導進行內部匯報請示，并安排偵查人員出現場等。

（二）犯罪現場勘查模塊

該模塊由現場保護、現場勘驗、現場訪問、現場記錄、現場分析和現場勘查信息錄入等單元構成?，F場保護單元包括對現場保護范圍劃定、現場保護措施采取等;現場勘驗單元包括現場勘驗范圍確定以及對犯罪現場上足跡、手印、血跡、作案工具等痕跡物品進行尋找、發現、提取、包裝等;現場訪問單元包括對被害人、其他知情人進行詢問并制作詢問筆錄;現場記錄單元包括運用筆錄、文字、照相、錄像、錄音方式對現場勘查過程及現場上痕跡物品進行記錄固定;現場分析單元包括對案件性質、案發時間、案發地點、作案人人數、作案人特征、作案工具、作案過程、作案動機和目的、偵查方向和范圍進行分析判斷等;現場勘查信息錄入單元包括將現場勘查信息錄入勘查信息系統，上網比對查詢等。

（三）立案模塊

該模塊內容包括對案件初查內容從立案程序條件、事實條件和管轄條件等方面進行審查判斷;對于有證據證明犯罪事實發生、需要追究行為人刑事責任并屬于自己管轄的案件，制作《呈請立案報告書》《立案決定書》和《立案回執》等法律文書。

（四）偵查措施模塊

該模塊由調查訪問等傳統偵查措施、視頻偵查等現代新型偵查措施、跟蹤密捕等緝捕措施、手印鑒定等物證技術和偵查訊問等單元構成。傳統偵查措施單元包括對被害人親屬、同事、親朋好友、鄰居等訪問對象進行深入調查;在劃定的偵查范圍進行摸底排查;對案件相關財物進行贓物控制;對系列案件進行并案偵查;進行偵查實驗等?，F代新型偵查措施單元包括視頻偵查、通信偵控等。緝捕措施單元包括通緝通報、追擊堵截、跟蹤守候、網上追逃、拘留逮捕等。物證技術單元包括對抓獲的犯罪嫌疑人進行人身辨認;手印、腳印、血跡等生物物證技術鑒定;對現場殘留物進行理化檢驗鑒定;對現場上殘留文字進行文件鑒定等。偵查訊問單元包括對犯罪嫌疑人權利義務告知、初訊、續訊和結束訊。

（五）偵查終結模塊

該模塊內容包括對案件偵查中獲取的物證、書證等各種證據材料，依據證據的“三性”進行審查判斷;依據查明的案件事實，科學構建證據體系;對查封、扣押的犯罪嫌疑人相關財物文件隨案隨送，對與案件無關的物品及時返還原持有人;制作《偵查終結報告》《起訴意見書》等。

二、刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統構架設計

刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統構架設計主要包括應用系統框架結構設計和平臺構建兩個方面，具體而言。

（一）刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統框架結構設計

為了保證虛擬仿真實訓教學順利進行，同時增強實訓人員實訓過程中的沉浸性，營造出實訓人員與環境交互體驗的虛擬世界，在對刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統框架結構設計時，可以借用其他成熟虛擬仿真應用系統設計方法，即采用數據層、功能層、接口層和用戶層等四層架構方式進行設計。①其中，數據層包括數據存儲層和數據訪問層，主要解決刑事偵查虛擬仿真基礎數據的存儲方法;功能層支撐整個刑事偵查虛擬仿真實訓過程中的各類數據的獲取、訪問、創建、管理與應用工作;接口層負責刑事偵查虛擬仿真應用系統與輕量化模型管理系統等的數據集成，為沉浸式虛擬仿真應用系統提供交互設備的訪問與控制，實現實訓人員與虛擬案件現場環境間交互;用戶層主要提供刑事偵查虛擬仿真實訓人員、教師等系統管理人員使用該系統的操作界面。通過用戶層，虛擬仿真實訓人員運用控件來加載顯示虛擬環境，保障虛擬仿真實訓活動順序進行。同時，教學實訓管理人員進行教學過程有效管理功能，包括實訓教學安排、實訓結果的批改、實訓成績統計查詢等。

（二）刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統平臺構建

刑事偵查實訓教學虛擬仿真系統應用離不開系統平臺。因此，在刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統設計開發中，應科學構建應用系統平臺。刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統平臺由硬件系統和應用軟件組成。刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統上述模塊內容，可以全部或部分地通過硬件系統和應用軟件來實現。

1.硬件系統。虛擬仿真應用系統離不開硬件支持。只有在硬件輔助下，虛擬仿真實訓教學優越性才能最大限度地發揮出來。同時，硬件設備也是應用軟件功能有效發揮前提。良好穩定的硬件系統，應用軟件功能才能高效實現。硬件設備功能水平需要根據具體的虛擬仿真實訓教學任務來進行比配選擇。當前刑事偵查虛擬仿真實訓教學基本操作部件是計算機。由于需要滿足實時交互與漫游，用于虛擬實訓教學的計算機主機對圖形加速卡有較高要求，須采用128MB圖形加速卡和1GB內存，主頻采用2GB以上。此外，接口微處理器部分的主控芯片須采用16頂級單片機來實現控制信號的識別和數據采集，并通過Windows串口API函數，完成單片機與主機之間的數據通信。

2.應用軟件。當前用于構造虛擬仿真環境并與之進行高級交互的典型軟件主要有MultiGen、AutoCAD、3ds max和Lightwave3D。這些軟件各有優缺點，如MultiGen是在圖形工作站上比較知名的實時三維模型建模工具軟件系統 ，具有性能良好、穩定性強、系統可靠等優點，確保實時三維性能和交互性的邏輯關系，在提供優質視覺同時優化內存占用。AutoCAD是一個開放型的CAD軟件包，具有繪制圖形精度高、完善的圖形繪制功能和編輯功能等優點，與3ds max相較，也具有燈光渲染和動畫功能不足等缺點。3ds max具有插件多、多線程運算能力和動畫能力豐富等優點，同時也具有渲染質感相對較差等缺點。Lightwave3D是全球唯一支持大多數工作平臺的3D軟件，具有操作簡單、渲染質感強等優點，同時也具有功能不夠完善、造型動作不靈活等缺點。②

三、刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統設計關鍵技術

（一）建模技術

虛擬仿真環境建模是整個虛擬仿真應用系統建立的基礎。設計開發任何性質的教學實訓虛擬仿真應用系統，首先要創造一個包括三維模型、場景和聲音等在內的虛擬仿真環境。同樣，在刑事偵查實訓教學虛擬仿真應用系統中，首先要運用建模技術來構建室內現場、室外建筑物、道路、人體等三維模型。建立模型即創立和管理一個系統的表示，系統模型可以用圖形或符號定義，也可以完全描述性的定義。③刑事偵查教學實訓虛擬仿真環境建模主要包括幾何建模、運動建模、物理建模和對象行為建模等三維視覺建模，往往通過3DSmax工具來實現。

（二）場景調度技術

在刑事偵查虛擬仿真教學實訓過程中，需要根據案情在虛擬仿真環境中建立數量眾多、形態各異的三維模型。在不降低場景顯示質量的情況下，盡量簡化場景物體的表示，減少渲染場景的算法時間，降低空間復雜度，并同時減少繪制場景物體所需要的設備資源和處理時間，這就需要運用場景調度技術進行場景管理。在刑事偵查教學實訓虛擬仿真應用系統設計中，場景的組織與管理一般是通過場景圖來完成，將場景中各種數據以圖的形式組織在一起的管理方式來實現。

（三）立體顯示技術

立體顯示技術在刑事偵查教學實施虛擬仿真應用系統中應用，能在一定程度上給實訓人員以身臨其境的感受，可以真實地重現客觀世界的景像，表現圖像的深度感、層次感和真實性。④目前在虛擬仿真應用系統設計開發中，成熟的立體顯示技術有分色技術、分光技術、分時技術、光柵技術和360度全息顯示技術等。使用分色技術、分光技術和分時技術立體顯示的虛擬仿真對象需要專用眼鏡觀看，而使用光柵技術和360度全息顯示技術顯示的虛擬仿真對象適于裸眼觀看。這些顯示技術各有優點和局限性，在刑事偵查教學實訓虛擬仿真應用系統開發設計中應用何種顯示技術，取決于應用者的需求。

（四）人機交互技術

在刑事偵查教學實訓虛擬仿真應用系統中，要實現人機之間交互，往往依賴于交互技術，這也是刑事偵查教學實訓虛擬仿真應用系統設計實現的核心技術。通過交互技術，實訓人員才能依據視覺、聽覺、觸覺、味覺和方向感等交互通道，通過數據手套、頭盔、鍵盤等各種傳感器與虛擬環境進行交互，保證刑事偵查虛擬教學實訓順利進行。常見的人機交互技術有基于傳統的硬件設備、語音識別、觸控、動作識別和眼動追蹤等技術。不同的人機交互技術，給予參與刑事偵查虛擬仿真實訓人員不同體驗。

注釋：

①李麗，武照云.汽車啟動電路故障檢測虛擬仿真實訓系統設計.實驗室研究與探索.2016（10）.

②③張菁，張天馳，陳懷友.虛擬現實技術及應用.北京：清華大學出版社.2014：71，30.

④孫超.幾種立體顯示技術的研究.計算機仿真.2008（4）.