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虚拟现实实验室在铁路刑案现场的构建分析

时间:2018-05-07 16:29作者:依依
本文导读:这是一篇关于虚拟现实实验室在铁路刑案现场的构建分析的文章,本文以铁路刑事案件现场这一具有极强特点的现场为研究对象, 探究虚拟实验室建设的需求、意义与目标, 特点与基础等至关重要。

  摘要:截至2016年, 教育部已建设了300个国家级虚拟仿真实验教学中心。而公安学科相关虚拟实验室建设工作仍处于探索阶段, 建设成果较少。随着公安高等教育体制改革的深入, 创新、创业型人才培养成为科教兴警、人才强警战略的核心要素, 公安专业课程虚拟实验室建设与改革工作亟需进一步深入。以铁路刑事案件现场这一具有极强特点的现场为研究对象, 探究虚拟实验室建设的需求、意义与目标, 特点与基础等至关重要。

  关键词:虚拟现实技术; 实验室建设; 公安院校; 铁路刑事案件现场
 

  一、铁路刑事案件现场。

  (一) 概念。

  铁路刑事案件是指发生在铁路公安机关管辖范围内的各类刑事案件。《公安机关办理刑事案件程序规定》第20条第1款规定, 铁路系统的机关、厂、段等单位发生的刑事案件, 车站等工作区域内和列车内等发生的刑事案件, 铁路建设施工工地发生的刑事案件, 铁路沿线发生的或破坏铁路设施的刑事案件, 以及内部职工在铁路线上执行任务中发生的案件, 由发案地铁路公安机关管辖。这五类铁路公安机关管辖的案件现场就是铁路刑事案件现场。

  (二) 特点。

  铁路公安机关在现场勘查工作时, 要关注一般犯罪现场的特点, 又要注意研究铁路犯罪现场的个性特点, 把握铁路犯罪现场的特殊性。因为铁路既是公共交通运输工具, 又是一个行业系统, 所以, 常常因为铁路抢修和恢复通车等原因, 现场遭到不同程度的破坏, 给现场保护和勘查带来不利影响;由于车站人流大, 列车停或发、过往频繁等, 导致现场环境复杂且易变;驶离车站的列车处于行驶状态, 犯罪行为就是在这一流动过程中发生, 导致这类现场具有流动性等特征。

  二、铁路刑事案件现场虚拟现实实验室的建设需求与目标(一) 建设需求。

  1. 国家大力支持和积极倡导。

  近年来, 国家对虚拟现实技术的研发引起了政府相关部门和学术界的重视, 并制定了开展相关技术研究的计划。随着计算机图形学、计算机系统工程等技术的高速发展, VR技术得到相当的重视。科技部和国防科工委已将虚拟现实技术的研究列为重点攻关项目, 国内众多机构都在进行虚拟现实技术的研究和应用, 取得了一系列研究成果。国务院办公厅发文加强虚拟现实等技术的战略布局和发展规划, 从国家层面确定支持虚拟技术的发展。

  2. 国内相关建设蓬勃发展。

  “十三五”期间, 虚拟现实技术成为深化高校创新创业教育改革、提高人才培养水平的重要基础性工作。教育部已经在2014年、2015年和2016年连续三年共批准设立300个国家级虚拟仿真实验教学中心。教育部要求有关高校要高度重视实验教学信息化和虚拟仿真实验教学中心建设工作, 加强虚拟仿真优质实验教学资源的建设与开放共享, 提升虚拟仿真实验教学队伍教学和管理能力, 提高实验教学管理信息化和支持服务信息化水平。

  3. 司法体制改革大势所趋。

  犯罪现场重建不是仅仅停留在侦查阶段, 对于犯罪事实发生的前后经过过程都可以利用虚拟现实技术重现, 运用动画播放, 甚至体感控制等方式重现犯罪发生的经过, 也是“侦查为中心”向“法庭审理为中心”的体现, 对于犯罪嫌疑人犯罪情节的认定与刑罚的量定都有着重大意义。

  4. 公安行业应用的迫切需求。

  随着犯罪的智能化与危险性的提高, 公安工作正面临着愈来愈多的挑战, 出现了暴力恐怖犯罪、大规模群体性事件等难处置、难应对、难预测的犯罪类型。这类案件现场的实验教学工作具有高成本、高消耗、不可逆操作等特点。虚拟现实技术可以为我们提供此类案 (事) 件的演练模型, 从而形成具有针对性的预案, 大大提升社会管控与危机处理能力。

  5. 铁路警务工作特点使然。

  铁路刑事案件现场的诸多特点和实验室建设经费受限等因素, 导致在组织这类实验教学时重新复原现场进行实物操作的难度较大。而虚拟实验室的建设和使用可以在有限的实验室环境中进行更多种类的现场复原。同时, 也可以为铁路公安机关进行真实案件的侦办、司法鉴定和法庭审理等工作提供帮助。

  (二) 建设意义。

  1. 突破公安专业课程的课堂维度限制。

  虚拟技术使教学不再受限于传统课堂的教室面积、课堂时间、教学环境、学生心理体验、教师讲解等维度的限制, 学生可以选择在任何时间、任何地点、任何环境中开始体验和操作。特别是可以利用虚拟技术重现那些在课堂和实验室中难以模拟再现的案件现场, 为刑事侦查、刑事技术、治安学等专业的实践教学提供仿真的现场试验和模拟演练平台, 使学习者浸入式体验真实办案过程。

  2. 丰富公安专业课程的学习交互形式。

  利用虚拟现实技术弥补既有课堂的不足, 学习者可以直接参与到仿真的现场环境之中, 最大限度地理解和演练公安专业知识和技能。教师在讲述相关公安专业课程时, 学习者进入虚拟的实际办案环境中完成实验和训练。

  3. 完善铁路警务方向虚拟实验室建设工作。

  目前, 铁路警务教育和铁路公安实战部门已完成省级实验示范中心的申报工作。但是, 在虚拟实验室方面还处于探索阶段。全国多所公安院校正在结合本校相关专业推动建设虚拟实验室。所以, 铁路刑事案件现场虚拟现实实验室的建设能够积极推动铁路警务方向虚拟现实实验室的建设工作。

  (三) 建设目标。

  1. 革新教学理念, 理论实践并重。

  公安院校的教学方向始终是为人民警察队伍培养具备高素质、优秀业务能力的预备警官, 如何在教学期间尽可能地提升学生的业务能力, 使他们能更好地适应警队的工作环境是公安院校主攻的课题。基于这样的教学目标, 公安院校的教学体系中实践部分应占相当的比例。实际上, 由于公安工作的特殊性以及高校教学的局限性, 很多一线工作的知识传授都只能停留在理论阶段。

  运用虚拟现实技术结合实际课堂授课, 许多原本受限于条件不能进行的实践教学都能实现。如对于毒物、毒品的辨识与认定, 二维平面的图片教学过于简单, 虚拟现实技术有能力在最大范围内重现毒物、毒品的外观特点。像这样从理论上升为实践的教学个例还有很多, 这将大大推动现阶段课程教学理念的革新。

  2. 变革学习方式, 学生占据主动。

  对于个人的学习来说, 最好的无疑是具有针对性的一对一量身定制的教学。无论是教学基础设施, 还是师资力量, 现阶段要想达到这样的教学模式较难实现。虚拟现实技术走进课堂, 除了统一的投影仪大屏集体展示以外, 最大的优势在于具备了个性化教学的可能性, 课程教授形式并不局限于投影仪等常规电教工具, 还可基于学生手中的各种设备终端。利用这一特性, 课程教授的成果反馈可由学生终端发送至教师处, 利用信息系统形成每个学生的特征档案, 计算机给出掌握情况的评估, 甚至是下一阶段教学的方向指引。

  在教学过程中, 同一课程的教学进度会因学生不同而出现差异。学生利用终端了解自己的课程进度, 选择最适合自己的授课方式, 加之实践操作的比例提升, 真正成为了学习主体。

  三、铁路刑事案件现场虚拟现实实验室的特点与基础。

  (一) 实验室的特点。

  1. 教学方法多样化。

  (1) 再现案件现场, 沉浸式虚拟勘验。虚拟现实技术的核心特点在于其创造的沉浸式环境, 能够实现学习媒体的情景化及自然交互性的要求。虚拟现实将变成一种可靠的媒介, 帮助学生更快地学习, 变得更有积极性, 并且将可能性进行拓展。

  使用360°案件现场全景相机, 视角范围完整, 立体感真实, 令观察者沉浸其中。三维全景不但可以全方位记录某时某地的现场情况, 更可以将某个现场的实景用三维立体的方式表现出来, 这样性价比极高的展示方式和记录手段是一般图片和三维建模根本无法完成的。通过这种虚拟现实技术, 办案人员才能更精准地把握现场空间感。

  利用360°全景照相, 可真实保存和浏览三维的现场实际状态。还能用不同的三维虚拟现实场景模型, 包括建筑物、树木、家居设备、动物及人体模型、汽车及各种现实生活中的一切物品, 设置灯光, 选择各种材质贴图, 达到逼真的案件现场虚拟仿真效果, 进行摄像机、物体、环境、动物和人体的动画设计和仿真, 达到各种模拟案件现场场景及人体和事件发生、过程、结果的重现。

  (2) 多重交互体验, 提升实操仿真性。运用虚拟现实技术搭建的虚拟犯罪现场, 除却视觉上的逼真重现外, 还能提供多种感官上的交互式体验。如, 通过手势操作, 将电信号实时录入所搭建的犯罪现场, 内置物理引擎会提供各项操作执行后的反馈, 不用进行现实世界中类似爆破等不可逆或代价较高的操作, 在虚拟世界中重现, 也能得到计划实施后的结果。虚拟现实课程满足教师与学生在虚拟现实中的交互需求。如教师可以看到学生在看什么, 学生可以根据教师的指引观看特定的内容。教师还可以根据学生的反应来选择下一段内容。

  此外, 上述多重传感的录入以及物理引擎的反馈, 提供了设计针对各种复杂、困难、重大案事件应对策略、预案的可能。比如近年春运期间, 铁路客流量都达到3亿多人次。在现实中不可能再召集如此大的人流来演练及尝试多种应对方法, 论证其可行性的机会, 而物理引擎的动态虚拟现实技术却可以不断地进行演练直至找到最优的应对方案。这将大大地提升实际操作的成功率。

  2. 考核方式实战化。

  (1) 虚拟环境实际操作。虚拟技术根据教学大纲和实战化的要求, 将所学理论知识和关键技能设计成虚拟场景, 对学生进行课程考核。他们可在不同情景、不同执法对象、不同突发事件中进行仿真应对和操作。虚拟系统自动记录学生操作的情况, 并进行分析统计, 形成其考核结果和成绩单。

  (2) 考核结果量化统计和分析。学生在操作过程中的每一个反应和行为都会被系统准确记录。当出现错误时, 系统会立刻停止考核, 并且虚拟出现该错误会导致的后果, 让学生体验到该项操作的重要性, 并及时更正错误的操作。在学生提交操作结束后, 将对其操作的全过程进行统计和分析, 形成此次考核的成绩单。针对学生的错误或不当操作造成的严重后果加以分析, 给出训练计划。

  (二) 建设基础。

  1. 前期成果通过公安部竞赛检验。

  课题组成员在参加第二届公安院校教学技能竞赛的刑事技术组授课展示中, 已经启动引入铁路破坏案件现场虚拟系统。在竞赛中, 评委组专家对此给予充分肯定。课程中使用的虚拟系统就是本项目的研究成果。前期完成的铁路破坏案件现场的虚拟环境, 可以将犯罪现场精准还原, 通过动画形式再现犯罪嫌疑人的作案过程, 在案情介绍、现场勘验情况、犯罪过程分析等讲授环节都对教学起到了积极的促进作用。

  2. 前期成果服务侦办案件。

  在2016年某次铁路破坏案件的侦办中, 课程组成员全程参与。根据现场勘验情况, 为专案组制作了案发现场虚拟环境。该案件现场因列车碾压和其他因素被破坏。如何快速复原现场, 还原嫌疑人作案过程成为侦办案件的突破口。课题组成员利用现有勘验数据, 成功复原障碍物的放置情况及列车撞击障碍物的过程, 为专案组各组的分析提供巨大的帮助。

  在实验室建设过程中, 要始终坚持以学生为中心的实验教学理念, 从铁路刑事案件现场库中选择适宜的实验教学内容, 吸纳实战部门的民警, 建设敬业专业的实验教学队伍, 在建设过程中, 根据学生的反馈, 及时改进实验评价体系。

  参考文献
  [1]蔡新建.铁路犯罪现场勘查[M].北京:中国人民公安出版社.2011 (3) .
  [2]教育部办公厅.教育部办公厅关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知[Z].2017-07-13.

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