厚佳琪，李 欣，武 文



基于增强现实技术的犯罪现场勘查研究

厚佳琪，李 欣，武 文

（中国人民公安大学，北京 西城 100038）

在警务信息化需求日益高涨的时代，依托于新兴的AR技术，搭建虚拟世界与现实世界的桥梁，实现虚拟化、电子化、可视化、能交互的警务信息系统，在公安教学和警务实战中具有一定现实意义。在梳理了公安业务犯罪现场勘查现状的基础上，分析了警务实战需求，利用Unity、C#、Adobe等工具，设计开发出一款增强现实的Windows通用应用平台（Universal Windows Platform，UWP）应用，构建更高效的犯罪现场勘查工作新模式，更好地服务公安案情侦办。

增强现实；犯罪现场勘查；人机交互；公安信息化

0 引言

增强现实（Augmented Reality，AR）是一种将计算机产生的虚拟物体或信息与真实环境进行合成并对景象加以增强或扩充的技术[1]。本文提出了一种基于AR技术犯罪现场勘查的解决方案，从公安业务需求的角度出发进行功能设计，使解决方案真正具有实战意义，其根本目的是利用AR技术所具有的的人机交互、可视化、虚实叠加功能的来提高犯罪现查勘查的效率，更好的保护现场。本文利用3DMAX2018和Unity3D构建三维场景和交互功能设计，发布在Hololens头显上使用。

1 基于AR技术的产品--Microsoft Hololens

Microsoft HoloLens是微软首个不受线缆限制的全息计算机设。选择HoloLens除了因为其是当前AR头显的领头产品，还源于其毫无延迟、毫无违和感、沉浸感十足、上手快的优势。

2 公安业务需求分析

2.1 多角度取证与空间放置

当前，传统普通案件的现场勘查材料以文字、图片的形式保存，重特大案件则在文字、图片的基础上增加录像加以保存。为了能够多方位、无死角地记录下整个案件现场的环境与物证，深入挖掘现场涉案信息，可以延续录像与拍照的基本功能，借助AR技术增设照片快速剪裁和空间放置的功能，全方位、多角度地保存记录现场[2]。

2.2 效率测量与现场保护

在现场实地勘验的过程中，需要测量物证长度、足迹长度、伤口切面积等等。然而传统的事故现场勘验使用的测距尺需要直接接触易损现场，不利于现场保护。本文在此需求基础上，研发全息测量功能[3]。

2.3 汇报转述客观全面集中化

在传统的现场勘查活动中，指挥员与勘查人员到达现场后，首先需要迅速了解案件和现场情况，弄清现场的处置和有关工作的进展，取得指挥主 动权[4]。

本文在此业务基础上，设计研发3D记事板，改变传统掌握现场工作的文案形式，带有语气语境的录音功能的加入，对于文案的书写也减少了记录人员的主观性，快速记录、随时调取、集中处理。

3 项目设计

3.1 架构设计

通过对公安业务需求的分析与理解，本文设计出了虚拟测量、拍照摄像、输入记录板几个核心功能，在功能的基础上进一步设计出了场景，细化出包括一个菜单场景和三个分支场景。

图1 场景架构设计

3.2 工作原理及流程

3.3 功能设计和关键技术

3.3.1 菜单场景设计

一个Hololens应用，特别是包含多个场景的应用，需要有一个类似菜单功能的开始界面场景。它可以帮助使用者更快捷方便的掌握开发者的开发思路和想法，同时可以更快上手使用其中的各项功能[5]。

菜单场景主要用到的API也是有关手势命令的，其中用到的核心代码是Interactive.cs和Texture­InteractiveTheme.cs，主要用到的API是Iinput­Cli­ck­Handler, IFocusable, IInputHandler。

使用Interactive类，将基本按钮类型事件暴露给Unity编辑器，并接收来自GestureMananger（手势管理器）和GazeMananger（凝视管理器）的消息。

3.3.2 全息测量功能场景设计

全息尺功能场景是基于减少在公安业务里现场勘查对于物证破坏的需求出发的，这个场景的设计对于代码要求较高，实现先让HoloLens对于物理环境进行slam建模、环境感知，然后手势点击放置完成线段的端点放置。该功能场景有两大模式，在长度测量模式下，只要放置好起始和终止两个端点的位置，HoloLens将会自动计算并显示出长度值；在面积测量模式下，可以实现多边形面积测量，即多端点放置，语音输入“close”，HoloLens将自动闭合多边形同时计算并显示出多边形表面积[6]。

在这个场景里的主要核心代码是LineMa­nager.cs、PolygonManager.cs和MeasureManager.cs，主要用到的API是IHoldHandler,IInputClickHandler, IGeometry（输入几何学接口）, IPolygonClosable（输入可闭合多边形接口）。

3.3.3 拍照编辑功能场景设计

拍照编辑功能场景的设计是出于在现场勘察中需要及时留下物证而进行的拍照取证。里面除了UI界面的设计以外，主要就是编辑图片的功能按钮的设计。

该场景核心代码是CropBoxManager.cs和Tool.cs。CropBoxManager.cs是有关裁剪框功能实现的代码，Tool.cs是有关按钮功能实现的代码。

3.3.4 记事板功能场景设计

记事板功能场景是基于侦查人员分工不同、对于现场认识多是基于他人转述现场的文案所导致认识不全面、不客观的问题所提出的解决方案，该设计包括便利贴放置书写、录音和中文识别三个分功能。其中中文识别接入百度语音识别API。

该场景的核心代码是InteractibleAction.cs（配合TapToPlaceOnBoard.cs、Duplicatable.cs和StickyNote.cs三个脚本的使用）。

4 基于AR技术的现场勘查的设计实现与验证

4.1 菜单功能场景实现

开启项目应用后，自动进入主菜单，主菜单显示“工具”和“犯罪现场”两个分菜单。点击进入工具菜单，内设分别对应三个功能场景的三个按钮。“返回”按钮退回主菜单[7]。

图4 菜单功能

Fig.4 Menu function

4.2 全息测量功能场景实现

进入工具菜单页，点击“全息尺测量”进入全息测量功能场景，头显前显示“line mode”表示当前是测量线段长度模式。环视现实世界，此时自动调用到SLAM建模，HoloLens开始对当前房间进行定位与地图构建。

airTap手势点击完成一次放置起始点操作，再次点击确定终止点位置放置，与此同时头显内自动计算出来的长度并显示。这里主要用于测量诸如血液最长直径、工具的长宽高等等。语音命令“change mode”转变测量模式由测量长度变为测量面积，这里我们多用于计算伤口切面积，计算快捷同时不破坏物证。从面积的起始端点以次放置，放到倒数第二个时，语音命令“close”闭合多边形，同时显示该多边形表面积。在开启功能场景的地方有个“返回”胶囊状物体，点击即可返回主菜单界面[8]。

4.3 拍照取证功能场景实现

进入工具菜点击“拍照取证”按钮，进入功能场景，视野显示“airtap to take a photo”字样，表示现在可以通过airTap手势对当前头显的景象进行拍照。面向取证环境，手势点击完成一次捕捉。视野上方出现刚刚拍照预览。照片下部有四个按钮， 分别为“移动”、“缩放”、“删除”和“确认”功能按钮。点击最左的“移动按钮”，在预览图片上将会出现一个预选框，用于编辑照片。通过手势拖拽（按住不放同时左右或上下拖拽即可，完成预选框的移动）。

图6 拍照取证编辑功能

点击“缩放按钮”，在预览图片上的一个预选框通过手势拖拽，完成预选框的缩放。不满意编辑时，点击“删除按钮”即可重新操作。完成编辑时，点击“确认按钮”，这时就只剩下预选框内的部分照片，完成一次拍照重要物证的提取。

图7 缩放、删除功能

4.4 3D记事板功能场景实现

点击“3D记事板”按钮，进入记事板功能场景。此时空间将会出现一个3D记事板，板子右边有四种不同颜色便利贴，点击便利贴，拖拽到板子上，点击完成放置。再次点击该便利贴，出现跟随视角、保持一定距离移动的记录纸。记录纸右上角有三个按钮，红色“X”按钮表示将便利贴扔进废纸篓[9]。

图8 记事板功能

绿色铅笔按钮表示书写，点击此按钮，记录纸左边出现录音板，点击录音圆盘，开始录音，再次点击圆盘结束录音。这时出现录音播放预览，通过中文识别API完成语音转文字，识别出来的中文则显示在移动记录纸上。本项目预设关键词是“疑点”、“动机”和“证据”，此处实验只提到“证据”关键词，因此该关键词变绿，剩下词仍为红色[10]。

图9 书写、录音功能

5 结论

本文提供了一种基于增强现实技术对犯罪现场重建的场景的解决方案，实现了现场勘查的可视化、集中化、可交互化警务信息展示新模式，对现场勘查提供了现场处理新思路、新方法。

[1] 刘彬. 虚拟现实技术在公安实战化教学中的应用探索[J]. 云南警官学院学报, 2017(03): 4-7.

[2] 孟祥军, 马志庆, 赵文华, 等. 应用增强现实技术于医疗器械课本的研究与设计[J]. 中国医学装备, 2017, 14(09): 120-122.

[3] 陈飞香, 宁晓锋, 郭玉彬. 无锡市低效用地再开发监管平台设计与应用[J]. 软件, 2016, 37(07): 43-48.

[4] 李华, 王旭阳, 杨华民, 等. 基于高动态范围图像中光晕分析的光照方向测算算法[J]. 计算机应用, 2016, 36(05): 1387-1393.

[5] 赖蘋华. 基于移动增强现实技术的灾害和事故救援系统设计[J]. 软件工程师, 2014, 17(10): 57-58.

[6] 童冬生. 视频侦查中犯罪分子反常行为的识别及应用[J]. 软件, 2017, 38(07): 39-42.

[7] 吴姗. 基于手机端的增强现实技术产品的情感化设计[D]. 北京印刷学院, 2018.

[8] 杨瑞. 增强现实技术下科技馆展品的展示形式研究[D]. 华中科技大学, 2017.

[9] 林子煜. 增强现实技术在刑事科学技术中的应用[J]. 海峡科学, 2017(02): 39-40.

[10] 赵忠波. 辽宁省AR(增强现实)技术与数字化文化遗产结合与应用[J]. 软件, 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

国家基金项目

厚佳琪(1996-)，女，在读研究生，研究方向：网络安全；武文(1993-)，男，硕士研究生，研究方向：网络安全；李欣(1977-)，男，博士，现任中国人民公安大学信息技术与网络安全学院院长，中国计算机学会计算机安全专业委。

厚佳琪，李欣，武文. 基于增强现实技术的犯罪现场勘查研究[J]. 软件，2018，39（10）：210-214