基于增強現(xiàn)實技術(shù)的犯罪現(xiàn)場勘查研究

厚佳琪，李 欣，武 文

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基于增強現(xiàn)實技術(shù)的犯罪現(xiàn)場勘查研究

厚佳琪，李 欣，武 文

（中國人民公安大學，北京 西城 100038）

在警務信息化需求日益高漲的時代，依托于新興的AR技術(shù)，搭建虛擬世界與現(xiàn)實世界的橋梁，實現(xiàn)虛擬化、電子化、可視化、能交互的警務信息系統(tǒng)，在公安教學和警務實戰(zhàn)中具有一定現(xiàn)實意義。在梳理了公安業(yè)務犯罪現(xiàn)場勘查現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了警務實戰(zhàn)需求，利用Unity、C#、Adobe等工具，設(shè)計開發(fā)出一款增強現(xiàn)實的Windows通用應用平臺（Universal Windows Platform，UWP）應用，構(gòu)建更高效的犯罪現(xiàn)場勘查工作新模式，更好地服務公安案情偵辦。

增強現(xiàn)實；犯罪現(xiàn)場勘查；人機交互；公安信息化

0 引言

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）是一種將計算機產(chǎn)生的虛擬物體或信息與真實環(huán)境進行合成并對景象加以增強或擴充的技術(shù)[1]。本文提出了一種基于AR技術(shù)犯罪現(xiàn)場勘查的解決方案，從公安業(yè)務需求的角度出發(fā)進行功能設(shè)計，使解決方案真正具有實戰(zhàn)意義，其根本目的是利用AR技術(shù)所具有的的人機交互、可視化、虛實疊加功能的來提高犯罪現(xiàn)查勘查的效率，更好的保護現(xiàn)場。本文利用3DMAX2018和Unity3D構(gòu)建三維場景和交互功能設(shè)計，發(fā)布在Hololens頭顯上使用。

1 基于AR技術(shù)的產(chǎn)品--Microsoft Hololens

Microsoft HoloLens是微軟首個不受線纜限制的全息計算機設(shè)。選擇HoloLens除了因為其是當前AR頭顯的領(lǐng)頭產(chǎn)品，還源于其毫無延遲、毫無違和感、沉浸感十足、上手快的優(yōu)勢。

2 公安業(yè)務需求分析

2.1 多角度取證與空間放置

當前，傳統(tǒng)普通案件的現(xiàn)場勘查材料以文字、圖片的形式保存，重特大案件則在文字、圖片的基礎(chǔ)上增加錄像加以保存。為了能夠多方位、無死角地記錄下整個案件現(xiàn)場的環(huán)境與物證，深入挖掘現(xiàn)場涉案信息，可以延續(xù)錄像與拍照的基本功能，借助AR技術(shù)增設(shè)照片快速剪裁和空間放置的功能，全方位、多角度地保存記錄現(xiàn)場[2]。

2.2 效率測量與現(xiàn)場保護

在現(xiàn)場實地勘驗的過程中，需要測量物證長度、足跡長度、傷口切面積等等。然而傳統(tǒng)的事故現(xiàn)場勘驗使用的測距尺需要直接接觸易損現(xiàn)場，不利于現(xiàn)場保護。本文在此需求基礎(chǔ)上，研發(fā)全息測量功能[3]。

2.3 匯報轉(zhuǎn)述客觀全面集中化

在傳統(tǒng)的現(xiàn)場勘查活動中，指揮員與勘查人員到達現(xiàn)場后，首先需要迅速了解案件和現(xiàn)場情況，弄清現(xiàn)場的處置和有關(guān)工作的進展，取得指揮主 動權(quán)[4]。

本文在此業(yè)務基礎(chǔ)上，設(shè)計研發(fā)3D記事板，改變傳統(tǒng)掌握現(xiàn)場工作的文案形式，帶有語氣語境的錄音功能的加入，對于文案的書寫也減少了記錄人員的主觀性，快速記錄、隨時調(diào)取、集中處理。

3 項目設(shè)計

3.1 架構(gòu)設(shè)計

通過對公安業(yè)務需求的分析與理解，本文設(shè)計出了虛擬測量、拍照攝像、輸入記錄板幾個核心功能，在功能的基礎(chǔ)上進一步設(shè)計出了場景，細化出包括一個菜單場景和三個分支場景。

圖1 場景架構(gòu)設(shè)計

3.2 工作原理及流程

3.3 功能設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 菜單場景設(shè)計

一個Hololens應用，特別是包含多個場景的應用，需要有一個類似菜單功能的開始界面場景。它可以幫助使用者更快捷方便的掌握開發(fā)者的開發(fā)思路和想法，同時可以更快上手使用其中的各項功能[5]。

菜單場景主要用到的API也是有關(guān)手勢命令的，其中用到的核心代碼是Interactive.cs和Texture-InteractiveTheme.cs，主要用到的API是Iinput-Cli-ck-Handler, IFocusable, IInputHandler。

使用Interactive類，將基本按鈕類型事件暴露給Unity編輯器，并接收來自GestureMananger（手勢管理器）和GazeMananger（凝視管理器）的消息。

3.3.2 全息測量功能場景設(shè)計

全息尺功能場景是基于減少在公安業(yè)務里現(xiàn)場勘查對于物證破壞的需求出發(fā)的，這個場景的設(shè)計對于代碼要求較高，實現(xiàn)先讓HoloLens對于物理環(huán)境進行slam建模、環(huán)境感知，然后手勢點擊放置完成線段的端點放置。該功能場景有兩大模式，在長度測量模式下，只要放置好起始和終止兩個端點的位置，HoloLens將會自動計算并顯示出長度值；在面積測量模式下，可以實現(xiàn)多邊形面積測量，即多端點放置，語音輸入“close”，HoloLens將自動閉合多邊形同時計算并顯示出多邊形表面積[6]。

在這個場景里的主要核心代碼是LineMa-nager.cs、PolygonManager.cs和MeasureManager.cs，主要用到的API是IHoldHandler,IInputClickHandler, IGeometry（輸入幾何學接口）, IPolygonClosable（輸入可閉合多邊形接口）。

3.3.3 拍照編輯功能場景設(shè)計

拍照編輯功能場景的設(shè)計是出于在現(xiàn)場勘察中需要及時留下物證而進行的拍照取證。里面除了UI界面的設(shè)計以外，主要就是編輯圖片的功能按鈕的設(shè)計。

該場景核心代碼是CropBoxManager.cs和Tool.cs。CropBoxManager.cs是有關(guān)裁剪框功能實現(xiàn)的代碼，Tool.cs是有關(guān)按鈕功能實現(xiàn)的代碼。

3.3.4 記事板功能場景設(shè)計

記事板功能場景是基于偵查人員分工不同、對于現(xiàn)場認識多是基于他人轉(zhuǎn)述現(xiàn)場的文案所導致認識不全面、不客觀的問題所提出的解決方案，該設(shè)計包括便利貼放置書寫、錄音和中文識別三個分功能。其中中文識別接入百度語音識別API。

該場景的核心代碼是InteractibleAction.cs（配合TapToPlaceOnBoard.cs、Duplicatable.cs和StickyNote.cs三個腳本的使用）。

4 基于AR技術(shù)的現(xiàn)場勘查的設(shè)計實現(xiàn)與驗證

4.1 菜單功能場景實現(xiàn)

開啟項目應用后，自動進入主菜單，主菜單顯示“工具”和“犯罪現(xiàn)場”兩個分菜單。點擊進入工具菜單，內(nèi)設(shè)分別對應三個功能場景的三個按鈕?！胺祷亍卑粹o退回主菜單[7]。

圖4 菜單功能

Fig.4 Menu function

4.2 全息測量功能場景實現(xiàn)

進入工具菜單頁，點擊“全息尺測量”進入全息測量功能場景，頭顯前顯示“l(fā)ine mode”表示當前是測量線段長度模式。環(huán)視現(xiàn)實世界，此時自動調(diào)用到SLAM建模，HoloLens開始對當前房間進行定位與地圖構(gòu)建。

airTap手勢點擊完成一次放置起始點操作，再次點擊確定終止點位置放置，與此同時頭顯內(nèi)自動計算出來的長度并顯示。這里主要用于測量諸如血液最長直徑、工具的長寬高等等。語音命令“change mode”轉(zhuǎn)變測量模式由測量長度變?yōu)闇y量面積，這里我們多用于計算傷口切面積，計算快捷同時不破壞物證。從面積的起始端點以次放置，放到倒數(shù)第二個時，語音命令“close”閉合多邊形，同時顯示該多邊形表面積。在開啟功能場景的地方有個“返回”膠囊狀物體，點擊即可返回主菜單界面[8]。

4.3 拍照取證功能場景實現(xiàn)

進入工具菜點擊“拍照取證”按鈕，進入功能場景，視野顯示“airtap to take a photo”字樣，表示現(xiàn)在可以通過airTap手勢對當前頭顯的景象進行拍照。面向取證環(huán)境，手勢點擊完成一次捕捉。視野上方出現(xiàn)剛剛拍照預覽。照片下部有四個按鈕， 分別為“移動”、“縮放”、“刪除”和“確認”功能按鈕。點擊最左的“移動按鈕”，在預覽圖片上將會出現(xiàn)一個預選框，用于編輯照片。通過手勢拖拽（按住不放同時左右或上下拖拽即可，完成預選框的移動）。

圖6 拍照取證編輯功能

點擊“縮放按鈕”，在預覽圖片上的一個預選框通過手勢拖拽，完成預選框的縮放。不滿意編輯時，點擊“刪除按鈕”即可重新操作。完成編輯時，點擊“確認按鈕”，這時就只剩下預選框內(nèi)的部分照片，完成一次拍照重要物證的提取。

圖7 縮放、刪除功能

4.4 3D記事板功能場景實現(xiàn)

點擊“3D記事板”按鈕，進入記事板功能場景。此時空間將會出現(xiàn)一個3D記事板，板子右邊有四種不同顏色便利貼，點擊便利貼，拖拽到板子上，點擊完成放置。再次點擊該便利貼，出現(xiàn)跟隨視角、保持一定距離移動的記錄紙。記錄紙右上角有三個按鈕，紅色“X”按鈕表示將便利貼扔進廢紙簍[9]。

圖8 記事板功能

綠色鉛筆按鈕表示書寫，點擊此按鈕，記錄紙左邊出現(xiàn)錄音板，點擊錄音圓盤，開始錄音，再次點擊圓盤結(jié)束錄音。這時出現(xiàn)錄音播放預覽，通過中文識別API完成語音轉(zhuǎn)文字，識別出來的中文則顯示在移動記錄紙上。本項目預設(shè)關(guān)鍵詞是“疑點”、“動機”和“證據(jù)”，此處實驗只提到“證據(jù)”關(guān)鍵詞，因此該關(guān)鍵詞變綠，剩下詞仍為紅色[10]。

圖9 書寫、錄音功能

5 結(jié)論

本文提供了一種基于增強現(xiàn)實技術(shù)對犯罪現(xiàn)場重建的場景的解決方案，實現(xiàn)了現(xiàn)場勘查的可視化、集中化、可交互化警務信息展示新模式，對現(xiàn)場勘查提供了現(xiàn)場處理新思路、新方法。

[1] 劉彬. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在公安實戰(zhàn)化教學中的應用探索[J]. 云南警官學院學報, 2017(03): 4-7.

[2] 孟祥軍, 馬志慶, 趙文華, 等. 應用增強現(xiàn)實技術(shù)于醫(yī)療器械課本的研究與設(shè)計[J]. 中國醫(yī)學裝備, 2017, 14(09): 120-122.

[3] 陳飛香, 寧曉鋒, 郭玉彬. 無錫市低效用地再開發(fā)監(jiān)管平臺設(shè)計與應用[J]. 軟件, 2016, 37(07): 43-48.

[4] 李華, 王旭陽, 楊華民, 等. 基于高動態(tài)范圍圖像中光暈分析的光照方向測算算法[J]. 計算機應用, 2016, 36(05): 1387-1393.

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[8] 楊瑞. 增強現(xiàn)實技術(shù)下科技館展品的展示形式研究[D]. 華中科技大學, 2017.

[9] 林子煜. 增強現(xiàn)實技術(shù)在刑事科學技術(shù)中的應用[J]. 海峽科學, 2017(02): 39-40.

[10] 趙忠波. 遼寧省AR(增強現(xiàn)實)技術(shù)與數(shù)字化文化遺產(chǎn)結(jié)合與應用[J]. 軟件, 2018, 39(03): 111-113.

Crime Scene Investigation Based on Augmented Reality Technology

HOU Jia-qi, LI Xin, WU Wen

(People's Public Security University of China, Xicheng, Beijing 100038)

In the era of ever-increasing demands for police informatization, relying on the emerging AR technology, we build a bridge between the virtual world and the real world. The realization of virtual, electronic, visual and interactive police information system has certain practical significance in police teaching and police actual combat. On the basis of analyzing the current situation of police business crime scene investigation, this paper analyzes the actual needs of police affairs, and designs and develops an augmented reality Universal Windows Platform (UWP) application by using tools such as Unity, C# and Adobe, aiming to build a more efficient crime scene investigation mode and better serve the public security investigation.

Augmented reality; Crime scene investigation; Human-computer interaction; Informationization of public security

D523.3

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.10.041

國家基金項目

厚佳琪(1996-)，女，在讀研究生，研究方向：網(wǎng)絡安全；武文(1993-)，男，碩士研究生，研究方向：網(wǎng)絡安全；李欣(1977-)，男，博士，現(xiàn)任中國人民公安大學信息技術(shù)與網(wǎng)絡安全學院院長，中國計算機學會計算機安全專業(yè)委。

厚佳琪，李欣，武文. 基于增強現(xiàn)實技術(shù)的犯罪現(xiàn)場勘查研究[J]. 軟件，2018，39（10）：210-214