跟踪注册技术是增强现实系统能够实时准确获取摄像机位置、现实世界信息, 计算虚拟影像在真实世界中位置, 从而实现虚实融合的保障支持技术。跟踪注册技术可通过计算机视觉、硬件设备来实现, 周忠等^[17]总结了近年来跟踪注册技术的发展与现状, 进行了详细的分析与列举, 在文中将其分为三类：1）基于计算机视觉。基于计算机视觉的技术是通过计算机分析处理摄像头拍摄到的真实世界图像数据信息, 定位判断虚拟信息与真实世界的位置关系, 有两种实现方式：一种是放置人工标识物。基于标识物的技术是目前AR系统中最成熟的注册技术^[18], 需要标识物易识别且在场景中一直可见, 当前标识物的识别方法主要有两种, 分别是基于图像匹配的识别法和基于编码特征的识别法。另一种是对自然特征的计算分析。基于自然特征的技术是通过对现实世界中的特征进行提取分析来实现虚拟与现实的定位, 相较于人工放置标识物的方法更为便捷。2）基于传感器。基于传感器的技术是通过硬件传感器的信号来对虚拟信息与现实世界进行定位判断, 传感器种类多有光学类、机械类、惯性类、超声波类等。Rolland等^[19]总结了基于传感器的几种跟踪注册技术。3）综合计算机视觉与传感器的跟踪注册技术。本方法通过计算机视觉中的放置人工标识物方法来实现, 通过计算机扫描真实世界中放置的现场平面图, 对其上的信息图像进行检测识别, 然后将虚拟的坐标轴与之定位匹配, 使之精确重合。

显示技术, 是对虚拟信息在现实世界的呈现, 是增强现实系统中的重要组成部分, 目前显示的设备主要有投影式, 手持式以及头戴式, 侯颖等^[20]对增强现实技术中的显示技术进行了详细论述。本方法主要运用的是手持式显示设备, 一般是手机、平板电脑等移动设备。手持式显示设备使用便捷, 携带方便, 便于进行实时交互。

实时交互, 是指实时的人机交互, 在增强现实中, 这是尤为重要的一部分。实时交互的水平高低将决定使用者对增强现实的体验感觉好坏, 正是实时交互将增强现实与平面僵化的信息区别开来。实时交互的常见实现方法有传统硬件设备如鼠标、键盘、触控板等, 近年来出现了语音、手势、眼球、体感、动作等方式。触控手势交互技术是通过触控设备对人手势进行识别和分析同时进行反馈的技术, 这种技术被广泛应用于智能移动设备上, 发展成熟迅速, 从单点触控发展到多点触控, 可以实现单指滑动、按键、两指拖动、收缩、展开等操作。考虑到实际操作的可行性, 本方法运用的是触控的交互技术, 通过手势来实现人机交互, 触控手势交互技术较之传统的硬件设备能够让使用者更自然、有沉浸感, 且较之基于语音、动作、眼球等交互技术更容易实现。

增强现实开发工具是研发团队为了支持增强现实技术应用的快速开发而建设的一系列系统框架和运行环境。开发工具为增强现实软件的开发提供了技术支持和极大的便利。

目前国内外均有许多成熟的增强现实开发工具, 如Vufo-ria、Metaio、EasyAR、HiAR及太虚AR等。本方法运用的开发工具为EasyAR。

在流程设计上遵循科学研究的大体步骤, 先进行功能需求和可行性分析, 针对需求进行系统方案设计; 方案确定后, 通过搭建增强现实开发环境, 在现场平面图制作的基础上, 利用3D Studio Max软件进行3D模型制作, 采用Unity3D软件进行模型与场景的组合, 并与平面图精确匹配, 最后利用EasyAR增强现实开发工具进行组装, 最终生成系统对应安装包。在验证测试成功后, 在Android移动平台发布。

制作立体绘图前, 先进行开发环境的搭建, 包括开发工具的下载安装, 开发平台对应软件开发工具包的配置。本方法是通过安卓平台发布, 因此要完成安卓开发环境部署, java语言环境jdk的安装和环境变量的配置。开发工具包括了3D Studio Max软件、Unity3D软件、EasyAR增强现实开发工具。

现场平面图的制作直接采用当下公安机关广泛成熟运用的绘图软件Auto-CAD、现场绘图2002以及SmartDraw, 根据犯罪现场的真实照片、视频等, 以公安机关统一的标准对犯罪现场平面图进行制作。

2.4 3D模型制作

本方法采取基于软件的交互建模技术, 根据现场平面图、现场照片等数据, 利用3D Studio Max软件进行现场场景及物品制作。由于制作模型过程繁琐, 工作量大, 可采用基于模型库的三维建模方法, 该方法的基础是制作各类现场常见物体的模型并建立数据库, 具体步骤为：首先利用3D Studio Max进行模型制作, 并建立包含各类模型的数据库。接着, 在重建犯罪现场时, 将数据库与现场进行比对, 挑选出与现实更为接近的模型导入现场模型, 按照现场进行位置与细节的调整, 最后可添加贴图、纹理等素材使现场更具真实性。但由于每个现场的独特性以及模型数据库模型素材的有限性, 该方法在还原现场时仍存在局限。Howard等^[21]曾提出一种根据犯罪现场照片与视频建立三维模型的方法, 王靖亚等^[22]提出了犯罪现场数字立体还原系统, 与上述方法具有相似性。然而, 由于3D模型的制作较为繁琐费时, 除了建立通用的模型库之外, 还可以采取其他三维建模方式进行互相补充。目前犯罪现场的三维建模技术主要有三种：1）基于图像的三维建模技术。基于图像的三维建模技术^[23]优势在于实施便捷, 采集只需要一台相机, 建模精度高, 可直接获取现场的真实纹理信息。但拍摄要求较高、采集数据量大、需要大量的后期处理时间, 对后期处理水平提出了很高的要求。2）基于三维扫描的三维建模技术。基于三维扫描建模的技术^[24]优势在于数据采集速度快、模型精度高。但扫描设备十分昂贵, 难以推广应用。刘晋等^[25]提出了基于三维激光扫描技术对犯罪现场进行扫描重建。3）基于软件的交互建模技术。基于软件的交互建模技术即利用3D Studio Max等三维动画渲染制作软件根据现场的照片、物证、平面图等数据进行模型制作从而实现对现场的三维建模。其优势在于操作简单, 实施便捷, 无需专业设备, 只需几款软件即可应用, 易于推广。但是模型精度不高, 需要根据现场采集的各类数据进行人工建模、工作量大, 针对此类局限王靖亚等^[22]提出了犯罪现场数字立体还原系统, 本文也提出了基于模型库的方法解决, 但仍然存在模型库素材与实际现场差距较大的问题。针对上述三种建模技术的选择和综合应用, 刘晋等^[26]进行了详细的分析和总结。囿于条件限制以及考虑到实施便捷性, 本文提出的方法选择的是基于软件的交互建模技术。

实时交互功能是现场立体绘图中很重要的一部分, 它能够使使用者从任意角度观察现场模型, 以及放大缩小以细致观察。首先通过代码编写软件编写能够实现对模型的缩放、旋转、显示文字介绍等功能的代码脚本, 接着在Unity3D中将脚本导入三维现场模型, 即可实现实时交互功能。其次, 实时交互是通过手势互动的方式实现的, 根据功能需求, 大致可以分为：单指滑动、敲击、按键, 两指拖动、收缩、展开等, 进而实现对模型的放大缩小、旋转移动、显示详细信息等功能。根据实现实时交互方式的不同, 编写的代码也不一样, 在实际操作中, 可提前编写好一套代码脚本, 制作时可直接用于模型上。

利用Unity3D三维视频游戏开发软件、EasyAR增强现实开发工具对制作好的模型、场景, 代码和现场平面图进行组合匹配。首先将EasyAR工具导入Unity3D中, 使Unity3D能够开发增强现实软件。再将制作完成的模型、场景, 编写完成的代码, 犯罪现场平面图导入Unity3D软件的对应工程文件夹中。然后利用Unity3D对模型和场景进行组合, 现场平面图作为标识物与组合完成的立体现场进行匹配。最后生成对应平台安装包, 在对应平台下载后便可安装使用。