| 标题 | 3dsMax在犯罪现场重建中的应用 |
| 范文 | 沈郑燕 王万民 摘要：考虑到在传统的刑事案件侦查过程中，大都结合现场的痕迹物证，通过二维图像的形式对现场进行固定，并对犯罪过程进行还原，案件现场重建效果存在局限性，为解决这一问题，在三维建模技术的基础上，深入剖析了3ds Max的应用优势，归纳了犯罪现场立体化重建的四种模式，并结合虚拟现实技术提出一种可行的虚拟犯罪现场重建方案。通过该方案能够重建出具有沉浸感体验的和交互式分析的虚拟犯罪现场，为更加全面真实的还原案件情况提供技术支持。 关键词：3ds Max；三维建模；刑事案件；现场重建；虚拟现实 中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）32-0256-03 Abstract： Considering that in the traditional criminal case investigation process， most of the scene is fixed through two-dimensional images， and the criminal process is restored by combining traces and physical evidence， so the reconstruction effect of the scene is limited. To solve this problem， on the basis of 3d modeling technology， the application advantages of 3ds Max were analyzed in depth， and four modes of three-dimensional reconstruction of crime scene were summarized. Combining with virtual reality technology， a feasible virtual crime scene reconstruction scheme was proposed. Through this scheme， the virtual crime scene with immersive experience and interactive analysis can be reconstructed， providing technical support for more comprehensive and real cases reduction. Key words： 3ds Max； three-dimensional modeling； criminal cases； scene reconstruction； virtual reality 在刑事案件侦查中，犯罪现场包含了一切与犯罪活动有关的原始信息，根据案发后犯罪现场的物证、书证，以及现场勘验结论和访问情况，将诸多孤立无序的信息进行归纳整理，通过逻辑推理、形象展示或实物模拟的方式，能够重新构建犯罪现场，再现犯罪过程，进而分析出犯罪行为人自身存在的某些特征[1-2]。犯罪现场重建一直是公安技术聚焦的研究热点之一，在刑事案件侦查和法庭诉讼[3]中都有广泛的应用，对获取关键破案线索和形成证据链意义重大。犯罪现场重建时，现场勘验技术人员对犯罪现场状态的记录往往是通过现场笔录、现场绘图、现场照相和录像来实现，所获取的信息局限于二维平面。而在信息技术迅猛发展的今天，信息的立体化呈现、交互式操作和沉浸感体验已非难事，本文将全面分析3ds Max三维建模软件在公安信息化工作中的应用，结合虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）等新技术探讨犯罪现场重建，解决传统方法存在的问题，提高信息的利用率和可视化效果。 1 3ds Max应用优势分析 3ds Max是由Autodesk公司的Discreet分部研发制作的著名建模软件，功能强大，被广泛应用于建筑设计、广告设计、游戏制作等。使用3ds Max软件进行现场重建主要是对犯罪现场的环境、犯罪行为发生的过程等进行虚拟展示，以便技术人员进行分析，在具体应用中，3ds Max表现突出。 1.1 建模性能比较 目前，实现三维建模的方式主要包括几何绘制建模、真实图像建模和三维扫描建模。 几何绘制建模大都借助专业软件，用几何图形构建三维场景，通过材质贴图、纹理映射及灯光效果等得到逼真的实景[4]。3ds Max软件建模技术属于典型的几何绘制建模，模型与真实场景相对应，视角灵活多变，有利于人机交互操作，且成本低、易推广，但建模精度受人的技术水平影响，对于大型复杂场景的制作周期较长。 真实图像建模以现场采集到的数码照片为基础，利用Autodesk 123D catch、Agisoft Photoscan、iWitness等软件建立三维模型，在照片质量好的情况下建模精度可达厘米级[5-6]，真实感很强。但该方式得到的建模效果受多方面因素影响，如拍摄器材分辨率、拍摄角度、拍摄数量等，后期还需要大量的计算进行图像特征提取和点云处理，建模效率较低。此外，基于真实图像的建模往往缺乏深度信息，视点变化受到限制。 三维扫描建模需要使用三维激光扫描系统捕捉物体的三维空间数据，根据扫描范围又分为机载三维激光扫描系统、地面三維激光扫描系统和手持三维激光扫描系统[7-8]。扫描得到的点云数据经过剔除野点、配准和去噪等预处理，生成三角网格逼近实体，再通过纹理映射获得真实感。三维扫描建模虽然速度较快且质量好，但仍存在数据可视化重建误差、地面遮挡物扫描困难等技术缺陷，且设备成本高，不易推广应用。 总体来看，三种建模方式都有各自的特点，但对于犯罪现场重建来说，几何绘制建模具有不可替代的作用，除了细节层次丰富、交互方便外，在对某些犯罪假设创建模型和动画、模拟人体动作等方面，几何绘制建模仍占主导地位。而与同类软件Maya、Cinema 4D等相比，3ds Max兼顾了灵活性和易用性，对虚拟现实系统的开发支持较好。 1.2 展示效果比较 与传统信息记录方式相比，基于3ds Max三维建模技术可以将现场搜集到的信息进行更好的展示，主要体现在以下三个方面： 1） 信息构建立体化 传统现场重建中，现场的状况以文字或图形图像的形式展现于二维平面上，而使用3ds Max软件构建立体化的现场，能使信息在三维空间内展示（如图1所示），更加直观，避免了技术人员的主观臆想和误判。 2） 信息展示系统化 在传统扁平化的现场记录方式中，时间、空间的连续性和完整性往往得不到保障，信息展示呈碎片化状态。现场录像虽将外围现场、中心现场等通过时间坐标联系了起来，具备时间连续性，但空间整体性把握困难，仍属于一种碎片化的展示。而利用3ds Max软件对模型进行多场景渲染、制作动画等，可以实现案发环境、作案过程的全方位、系统化的展示，有利于案情分析。 3） 信息体验多元化 基于传统现场记录方式的犯罪现场重建单纯依赖于观察和思考，信息体验十分单一，必须通过对平面信息进行整合、反复推敲，才能正确重构犯罪过程。这无疑要求技术人员需具备丰富的实战经验和严谨的逻辑思维能力，能够理解、加工单一化的文字或影像。而在3ds Max软件建模的基础上，结合VR技术，能创建出沉浸式的虚拟交互场景，充分调动使用者的视觉、听觉、触觉等感官，在多元化体验的基础上分析判断案件事实。 2 犯罪现场重建中3ds Max的应用模式 使用3ds Max软件进行虚拟犯罪现场重建时，可以根据不同的实现效果展开，大致分为以下四种模式： 1）静态渲染模式 根据需要建立现场的三维模型和场景，配以和案发现场时空相吻合的灯光、材质后，使用渲染器进行渲染，3ds Max除内置渲染器外，与其兼容的还有VRray渲染器、Brazil渲染器、Renderman渲染器等，国内制作中多使用VRay渲染器，但近年来一些后起之秀如Corona渲染器[9]也表现出强劲的发展势头。通过渲染器的渲染，制作好的三维场景能表现出质感、光影效果等，呈现出一个层次丰富、细节逼真的静态虚拟现场。 2）三维动画模式 3ds Max软件动画系统功能强大，创建动画的方式包括路径动画、关键帧动画、修改器动画、骨骼动画、脚本动画等，此外还有丰富的动画特效插件可以使用，如FumeFX气态流体系统、AfterBurn烟云爆炸系统、RealFlow液态流体系统等。其中，特效插件使用方便效果好，而脚本动画则需要编写程序，有一定难度。通过创建三维动画可以将犯罪现场的空间与时间相关联，经过后期制作实现犯罪分子整个作案过程的动态还原。 3）全景展示模式 全景技术分为360°全景和720°全景[10]，通过多张图像的拼接，实现对某个场景水平360°的环视甚至是包含上下方位的俯、仰视观察。在3ds Max三维场景中合适的位置上设置摄像机，通过软件自带的全景导出器或VRay插件全景设置能够渲染出全景图。全景技术的优势在于全方位的互动观察，因此，对渲染好的犯罪现场全景图，可以结合pano2VR[11]等软件，制作漫游效果或设置热点实现交互，有利于虚拟犯罪现场的展示和案情分析。 4）虚拟现实模式 虚拟现实技术是一种能够创建三维模拟环境，使用户沉浸于虚拟世界，进行体验或交互的综合性系统仿真技术。基于虚拟现实技术建立虚拟犯罪现场，需将3ds Max制作完成的模型导入到虚拟现实开发平台中，通过进一步的程序设计完成虚拟现实犯罪现场的重建。与全景展示模式相比，虚拟现实模式更注重信息体验的沉浸感，交互也更加灵活自如。 根据上述四种模式衍生出的虚拟犯罪现场重建方案，都能达到比传统犯罪现场重建更加形象生动的效果。其中，虚拟现实模式是最好的选择也是未来的发展方向，基于此的犯罪现场重建能够立体化展示现场空间，交互式关联时空坐标，使技术人员沉浸于刑事案件的整个模拟时空内进行观察分析，因此，着重对该方案进行探讨。 3 3ds Max虚拟现实犯罪现场重建方案 3ds Max犯罪现场重建的虚拟现实模式中，需要利用相关软件平台和交互设备来完成。目前主流的虚拟现实开发平台包括美国海军研究院开发的Delta 3D[12]、法国的Virtools[13]、荷兰的Quest3D[14]等，还包括Epic Games研发的Unreal Engine 4[15]、丹麦的Unity3d[16]等知名游戏开发引擎。交互设备除了传统的游戏手柄外，还包括数据手套[17]、全身动作捕捉、眼控和头部跟踪[18]、力反馈设备等，比较著名的如Play Station Move手柄、Oculus Touch、Manus手套。 开发平台方面，Unity3d容易上手，适合小团队，开发周期短，它最出色的地方在于其跨平台特性，可方便快速地在Windows、Android、IOS、Web浏览器等平台进行发布，满足多种使用需求。而对于VR交互设备，Oculus系列产品对Unity3d引擎有完整的开发支持[19]，包括Oculus Rift、Oculus Touch等。因此，一种可行的基于虚拟现实的犯罪现場重建方案如图2所示，主要流程步骤如下：详细了解案情，根据现场情况设计现场模块，如第一现场、第二现场等；关联案件现场的具体时空关系，划分出需要建模的具体场景，时间上可以按犯罪分子的活动顺序进行，空间上可以按照方位、概貌、重点部位和细目层层深入；在3ds Max软件中分别对各模块下的场景进行建模，对制作完成的模型进行优化，降低渲染复杂度，必要时可以创建动画（骨骼动画）；导入模型或动画到Unity3d开发引擎，根据案件发生发展的过程设计程序，调用函数使头戴式显示器、手势控制器等参与互动；将最终结果进行整合、测试，按需求在相应平台上完成发布即可。基于此方案的犯罪现场重建实例如图3所示。 4 结束语 犯罪现场重建是案件侦破乃至法庭诉讼中的重要一环，随着技术的发展，虚拟犯罪现场重建是大势所趋。利用3ds Max进行三维建模，并结合虚拟现实等新技术后，建立起来的虚拟犯罪现场完全解决了传统重建方式信息获取扁平化、信息展示碎片化和信息体验单一化的问题。但不可否认的是，由于虚拟犯罪现场重建既需要公安实战经验，又需要掌握多种电子信息技术，系统开发难度大。因此，在今后的公安工作中要注意培养、引进相关人才，对犯罪现场的虚拟化重建多分析、多总结，为进一步的系统开发打下坚实的基础，从而更好地服务社会。 参考文献： [1] 张礼. 犯罪现场重建基本问题研究[D]. 重庆：西南政法大学，2013. 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