夏水秀，顧芝亞，李永生

（1.蘇州大學法醫(yī)學系，江蘇 蘇州 215000；2.蘇州市公安局吳中分局，江蘇 蘇州 215000）

法醫(yī)物證學是一門實踐性很強的學科，法醫(yī)物證實驗教學是法醫(yī)物證學教學的重要組成部分。通過該課程的學習，專業(yè)學生應達到能夠獨立完成犯罪現(xiàn)場的勘驗，生物物證樣本的發(fā)現(xiàn)、提取、送檢、檢驗、保存，以及正確、有效地評價和利用鑒定結(jié)果，為案件提供科學客觀的線索，為法庭審判提供科學證據(jù)。虛擬現(xiàn)實（virtual reality，VR）技術(shù)，又稱虛擬仿真技術(shù)，是一種多源信息融合的三維動態(tài)視景的仿真系統(tǒng)，用戶通過人機交互模式借助視覺、觸覺、聽覺與計算機進行實時交互、實時感知并操作虛擬世界中的各種對象，從而達到身臨其境的效果[1]。本文從VR技術(shù)應用于法醫(yī)物證實驗教學的必要性、可行性、研究內(nèi)容、意義等方面進行論述，闡明VR技術(shù)有望成為法醫(yī)物證實驗教學改革的新方向，成為一種重要的法醫(yī)物證實驗教學輔助手段。

1 VR技術(shù)在法醫(yī)物證實驗教學中應用的必要性

《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》（教高司函[2013]94號）指出：“虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內(nèi)容，是學科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。”于是，國內(nèi)各大高校對VR實驗教學產(chǎn)生了極大的興趣，國外有些學院也已經(jīng)開始使用VR教育系統(tǒng)[2]。因此，VR技術(shù)在法醫(yī)物證實驗教學領域的應用是時代發(fā)展的產(chǎn)物。

隨著智能終端特別是智能手機的廣泛普及，建設智慧校園勢在必行[3]。“數(shù)字校園”是高等教育信息化進入智慧校園高級階段的表現(xiàn)形式。對于建設更高層次、更高水平、更能直觀體驗的“數(shù)字校園”，VR虛擬教學資源必不可少。因而，基于VR技術(shù)的虛擬法醫(yī)物證實驗教學資源的開發(fā)及應用能為高校從數(shù)字校園變成智慧虛擬現(xiàn)實校園提供支撐。

目前法醫(yī)物證實驗教學中存在以下幾個突出問題：（1）常規(guī)物證檢驗結(jié)合DNA分型的驗證性實驗教學模式對發(fā)揮學生的主動性、積極性及培養(yǎng)學生的獨立思考能力有一定的局限性；（2）根據(jù)教學日程安排的實驗教學需要在規(guī)定的時間和地點進行，嚴重制約了實驗教學開展的廣度與深度；（3）法醫(yī)物證實驗教學所用檢材多為模擬檢材，不能給學生提供實際辦案的體驗，無法激發(fā)學生的積極性；（4）很多犯罪現(xiàn)場如恐怖襲擊、兇殺、強奸、交通肇事、災難性事件等案件的現(xiàn)場實驗教學場景難以模擬，致使生物性檢材的現(xiàn)場勘驗和提取等實驗教學效果不生動、不形象；（5）DNA鑒定儀器設備成本高昂、結(jié)構(gòu)復雜，教學過程中不能拆裝其組件，學生難以了解其真實構(gòu)造與工作原理，對于儀器的日常維護和故障檢修無法獲得直觀體驗；（6）STR-PCR復合擴增試劑及耗材價格成本高，難以安排學生反復多次操作；（7）DNA分型實驗操作（如DNA提取、PCR擴增、電泳及染色等）步驟等待時間長，學生在等待中無所事事；（8）DNA實驗室極易污染，難以滿足全班學生同時實驗的需要；（9）在犯罪現(xiàn)場重建領域，法醫(yī)物證實驗教學缺乏將現(xiàn)場勘驗、檢驗鑒定、調(diào)查訪問、視頻監(jiān)控等所獲得的案件相關信息進行有效整合、分析及研判的平臺。VR技術(shù)可以從根本上解決上述傳統(tǒng)實驗教學無法避免的難題。

2 VR技術(shù)在法醫(yī)物證實驗教學中應用的可行性

目前VR技術(shù)已廣泛應用于法醫(yī)犯罪現(xiàn)場調(diào)查[4]、刑事科學技術(shù)[5]、法醫(yī)臨床及法醫(yī)病理鑒定[6-7]、法醫(yī)病理學實驗教學[8]及毒物分析實驗教學[9]等多個領域。這些實踐過程中積累的資料可為法醫(yī)物證學VR實驗教學提供借鑒。鑒于數(shù)碼設備在具體案件偵查實踐中的廣泛應用，從現(xiàn)場勘驗、生物學檢材的發(fā)現(xiàn)和提取、樣本的檢驗，到鑒定文書的制作以及相關證據(jù)在法庭的使用等整個過程都以數(shù)據(jù)形式被詳盡地記錄保存，我們可以將這些辦案過程中獲取的相關信息匯集并創(chuàng)建成3D模型，這為法醫(yī)物證VR實驗教學提供了大量的素材。我國專業(yè)的VR教育軟件研發(fā)機構(gòu)可以為法醫(yī)物證實驗教學提供VR教育應用整體解決方案。因此VR技術(shù)應用于法醫(yī)物證實驗教學是切實可行的。

3 VR技術(shù)應用于法醫(yī)物證實驗教學系統(tǒng)的基本研究內(nèi)容

3.1 建立仿真DNA分型系統(tǒng)

學生進入虛擬空間，借助傳感頭盔、數(shù)據(jù)手套等專業(yè)設備，可實時選取不同類型的物證檢材，選擇最優(yōu)的DNA提取方法，進行不同試劑盒的選擇與熒光標記STR復合擴增，毛細管電泳分離擴增產(chǎn)物，判讀基因分型結(jié)果。此外，學生還可以在虛擬系統(tǒng)中反復練習毛細管的更換、Matrix文件的構(gòu)建、DNA片段相對分子質(zhì)量的計算、off-ladder（OL）峰判讀及stutter峰識別等難度較大的實驗操作和技能，從而更深入地了解基因分析儀的結(jié)構(gòu)、工作原理和使用方法，掌握DNA分型結(jié)果的判讀。

3.2 建立仿真現(xiàn)場勘驗系統(tǒng)

通過輸入設備實現(xiàn)人機對話，設計不同場景、不同條件下的虛擬仿真案件現(xiàn)場，使學生完成對各種類型案件的現(xiàn)場勘驗，體會真實案件中的實戰(zhàn)感覺。根據(jù)現(xiàn)場不同環(huán)境溫度、濕度及不同照明條件，針對附著于不同載體上的生物物證，學生可通過虛擬操作選擇不同的提取方法以把握現(xiàn)場檢材的正確勘驗方法。VR模式打造的不同類型刑事案件虛擬仿真勘查系統(tǒng)具有貼近實戰(zhàn)、高度還原、深度參與的特點。通過VR操作訓練，學生能更規(guī)范、更全面地收集、處理生物物證，以利于刑事案件的偵破。

3.3 重建案件現(xiàn)場系統(tǒng)

利用VR技術(shù)可重建各種類型案件（如暴力犯罪、強奸猥褻、盜竊及交通肇事逃逸等接觸性DNA犯罪案件）的虛擬仿真現(xiàn)場，通過對虛擬現(xiàn)場物證斑痕的形態(tài)、顏色、分布范圍等信息綜合分析并再現(xiàn)犯罪嫌疑人實施犯罪的過程。學生利用智能終端進入犯罪現(xiàn)場三維空間，通過輸入設備實現(xiàn)自由主動式的全景空間漫游，對犯罪現(xiàn)場進行觀察與思考，對生物性物證遺留的重點部位進行綜合研判，因而法醫(yī)物證虛擬現(xiàn)場系統(tǒng)可以為學生提供一個直觀、全方位、多角度分析研究案情的平臺，為制訂現(xiàn)場勘驗方案提供思路。

3.4 建立VR物證分析檢案系統(tǒng)

物證分析鑒定的意見可為案件定性提供科學證據(jù)，而各種物證的分析需要在一定的實驗條件下經(jīng)過測定和運算來完成。通過物證鑒定VR實驗教學軟件，讓學生熟悉案件受理過程（學會正確判斷可以受理或不予受理案件的情形）；通過選取虛擬現(xiàn)實案件，了解案情，根據(jù)不同虛擬現(xiàn)場物證保存狀況的不同而選擇不同的現(xiàn)場勘驗、檢材提取方法；根據(jù)不同類型的生物檢材選用不同的包裝、保存方式及送檢流程；根據(jù)虛擬案情制定虛擬檢驗方案，進而選取合適的方法進行預實驗、確證實驗及種屬實驗；選擇最優(yōu)的方法提取樣本檢材的DNA；對模板DNA進行定量檢測并計算和配置PCR復合擴增體系；通過虛擬基因分析儀對擴增產(chǎn)物進行毛細管電泳檢測；對結(jié)果進行正確分型以及圖譜分析；根據(jù)圖譜對基因分型結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理并出具司法鑒定文書；在法庭對檢測結(jié)果、鑒定文書進行合理解釋，從而熟悉整個案件鑒定流程。在虛擬仿真物證分析鑒定系統(tǒng)中，學生可以多次、反復模擬學習各種常見物證的分析鑒定技術(shù)，從而理解各種常見物證分析鑒定方法的要點，掌握分析鑒定基本技能。

4 VR技術(shù)應用于法醫(yī)物證實驗教學的意義

VR技術(shù)應用于法醫(yī)物證實驗教學具有如下特點：（1）法醫(yī)物證虛擬實驗設備不磨損、不損壞且能反復使用，因而實驗成本低，經(jīng)濟實用性高；虛擬基因分析儀設備可以拆裝，以便學生更快掌握儀器結(jié)構(gòu)和工作原理。（2）法醫(yī)物證虛擬實驗可通過網(wǎng)絡進行操作，不受時間和空間限制，支持遠程應用及管理，具有開放靈活性。（3）通過虛擬仿真軟件進行相關實驗，就如同在真實儀器上一樣，同樣能達到掌握儀器操作的目的。（4）法醫(yī)物證虛擬實驗能防止學生接觸到有毒物質(zhì)如聯(lián)苯胺等，增加了實驗的安全性。（5）法醫(yī)物證虛擬實驗能滿足多人同時操作的需求，并能有效防止DNA實驗室的污染。（6）虛擬實驗更直觀、快捷，學生可通過自身與信息、環(huán)境的相互作用來獲得相關知識和技能。（7）法醫(yī)物證虛擬實驗可使學生身臨其境，即VR實驗具有沉浸性。（8）虛擬實驗對象以實時反應反饋給學生，學生在虛擬實驗操作過程中如遇到問題可以通過選擇虛擬教師及時得到指導，因此法醫(yī)物證虛擬實驗教學具有交互性。（9）法醫(yī)物證虛擬實驗能顯現(xiàn)日常不易觀察到的場景，因而具有構(gòu)想性（即豐富的想象空間）。（10）在虛擬環(huán)境中，學生可以扮演不同的角色，從不同的角度觀察犯罪現(xiàn)場，這對于激發(fā)學生想象力、提升現(xiàn)場勘驗技能具有重要意義。因此，VR實驗不僅能加深學生對實驗原理及操作步驟的理解，還可節(jié)省大量時間進行綜合性、設計性、探究性的實驗，不僅高效、安全、經(jīng)濟，還為學生綜合能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了保障。VR實驗不僅可以開拓法醫(yī)物證實驗教學的深度和廣度，還可以節(jié)約實驗成本并實現(xiàn)資源共享。學生在虛擬實驗環(huán)境中使用虛擬的實驗設備操作實驗，可有效彌補現(xiàn)有教學體系的缺陷，增加教學案例多樣性、提高師生互動性、增強學生的操控性，繼而提高教學效果[10]。

5 VR技術(shù)在法醫(yī)物證實驗教學的展望與前景

VR技術(shù)運用于法醫(yī)物證實驗教學，主要借助計算機及傳感器技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗環(huán)境。學生在虛擬實驗環(huán)境中使用虛擬的實驗設備操作實驗，不僅可以拓展實驗范圍，豐富教學內(nèi)容，破解傳統(tǒng)法醫(yī)物證實驗室受時間、空間限制的難題，還可以激發(fā)學生的實驗興趣并提高其實驗技能，對提升教學效率、擴展教學手段、加強教學改革意義重大。因此，VR技術(shù)應用于法醫(yī)的教學改革符合當今法醫(yī)學專業(yè)發(fā)展的方向，有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應用前景[11]，有望成為法醫(yī)物證實驗教學改革的新方向。VR實驗教學雖然解決了傳統(tǒng)教學方式難以解決的問題，但只是起到輔助教學的作用，并不能完全取代真實的實驗操作，如果想讓學生真正掌握實驗技術(shù)與技能，還需要在真實的環(huán)境中進行實驗。因此，在法醫(yī)物證實驗教學中應以“虛實結(jié)合，能實不虛”為原則，注意“虛實”結(jié)合，既要讓VR實驗能成為傳統(tǒng)實驗的有效補充，又要避免對虛擬實驗系統(tǒng)產(chǎn)生依賴性，不盲目開設虛擬仿真實驗項目。此外，VR技術(shù)作為一種新型技術(shù)應用于法庭科學和教育領域尚處于初級階段，還需要加強對其相關的裝備、終端、應用系統(tǒng)、平臺以及內(nèi)容的研發(fā)。