增强现实AR

增强现实技术AR在建筑领域的应用及发展趋势.doc

增强现实技术(AR)在建筑领域的应用及发展趋势 摘要:近年来,增强现实(AR)技术在建筑领域的应用成为国外学者关注和研究的热点。 涵盖设计、建筑性能、施工、物业管理、建筑教育等方面,全面梳理国外研究现状,对现有的相关实践和研究成果进行系统梳理和分析。 在此基础上,再从建筑活动所涉及的相关活动入手。 对其发展趋势进行分类和阐述,为我国学者和产业界学习和应用增强现实技术提供理论参考和依据。 关键词:增强现实技术; 建筑领域; 应用; 发展趋势学者行业参与者理论参考提高建筑行业效率。关键词:增强现实、建筑领域、应用、发展1. 引言增强现实(AR)一般是指将计算机生成的虚拟信息或物体叠加到真实场景上,从而创建虚拟与现实相结合的“混合世界”的技术。

用户通过头戴式增强设备(HMD)、视觉眼镜和手持监控设备从“混合世界”获取更多关于现实世界的信息。 AR起源于虚拟现实(VR),它提供半沉浸式环境,强调现实场景与虚拟世界图像和时间之间的准确对应。 由于AR技术极大地增强了人类的感官,开始影响人们的日常生活,其应用也日趋成熟和多样化。 随着建筑、工程建设、设备管理行业逐渐走向数字化信息管理,需要一个更加直观的可视化平台来有效利用这些信息。 增强现实技术(AR),一种将相应的数字信息嵌入到虚拟现实世界界面中的技术,将有效填补这一可视化管理平台的不足。 例如,工程管理人员试图模拟特定的施工过程并获得反馈,但实际情况是他们只能在虚拟环境中可视化施工过程,而无法从现实中获得有效的反馈。 增强现实技术(AR)可以将虚拟3D模型叠加在实时视频记录上,以提高界面的可视化效果并增加用户的理解,从而帮助项目经理做出更快、更准确的响应。 并且由于其相对较低的成本和广泛的应用范围,移动AR技术将在未来十年对建筑、工程、施工和运营行业(AECO)产生巨大影响。 国内外研究人员针对AR在工程领域的应用进行了大量研究。 本文代表性选取21篇文献进行研究分析,将AR在建筑领域的研究方向分为以下四类:AR与建筑设计、AR与现场施工管理、AR在全生命周期的其他应用建筑、AR 和建筑相关学科的教学活动和培训。

由于AR在建筑领域的应用不可避免地会与建筑领域的一些主流技术相结合,因此本文对已经出现的技术组合进行了梳理。 通过对这三个应用领域的分析以及技术融合的探讨,学习借鉴国外先进的AR建筑应用技术,为国内相关领域的未来研究提供方向性指导。 2、研究方法本文检索了国外文献三大数据库:ScienceDirect、Webknowledge、Engineeringvillage。 获取文献的步骤: 在上述三个数据库中检索关键词:“AugmentedRealityconstruction”、“AugmentedRealityarchitecture”、“AugmentedRealityengineering”,并限制检索期限。 2003年ScienceDirect中,只有AutomationConstruction发表了有关AR在建筑领域应用的文章(共有126个知识搜索相关出版物来源(按记录数排名)包括:自动化建筑工程管理ASCE(9)、Advanced Engineering Informatics (4)、土木工程学报(3),共38篇。

AutomationConstruction发表的相关论文数量最多。 可见国外将AR应用到建筑领域的研究已初具规模。 如图1所示,在Engineeringvillage数据库中,搜索到的633篇AR在建筑领域应用的文章按照发表年份进行分类。 业界对AR应用越来越感兴趣。 近年来,随着相关研究数量不断增加,系统回顾相关文献显得尤为重要。 另外,在Engineeringvillage数据库中,为了更好地向国外相关研究的领军人物学习,图2列出了2003年至2013年十年间发表相关文章的前十位作者。其中,王翔宇发表了30篇文章,排名第一。 检索国内文献时,在中国知网(CNKI)数据库中检索关键词“增强现实”,发表时间限于2003年至2013年,学科为建筑科学与工程,共找到12条结果。 从发表的论文数量来看,近年来国内对相关研究的关注度呈上升趋势,其中10篇重点关注增强现实在建筑设计和城市规划中的应用,其他领域的探索较少。 虽然增强现实技术作为视觉信息平台在建筑领域的应用目前主要集中在建筑设计阶段,但有必要结合建筑项目开发的内部联系和开发流程,对ARAR在建筑领域的应用进行研究。场地。 模块3.1 AR与建筑设计可视化设计是设计师之间共享设计视角和协同设计的关键; 对于当今需要有效处理数字信息的建筑设计行业来说,更直观的可视化平台更为重要[2]。

增强现实作为一种增强的可视化方法,也将在建筑设计中占有一席之地。 塞希特等人。 [3] (2003) 开发了 sketchand+ 系统:一个通过在数字平板电脑上涂鸦来加载 3D 草图的系统。 这表明 AR 在早期设计、协作和沟通过程中可以发挥重要作用。 在此基础上,Seichter 等人。 [2004]将AR应用到城市规划中,使设计者能够了解城市在三维空间中的空间参数,从而更快地加载体积并完成决策[3]。 邓斯顿等人。 [4]主要讨论了ARCAD这一利用增强现实技术改进标准CAD图纸的可视化系统,及其在降低识别成本和协同设计方面的贡献。 ARCAD系统允许暖通空调、给排水设计人员使用可视化设备(HMD)在虚拟3D环境中从多个角度观察管道,以深化设计并检查CAD图纸中存在的设计问题。 英国伦敦博物馆利用AR技术推出“时间机器”智能手机应用程序,将历史图片和信息叠加到当前的街景(通过摄像头获得)上,加深子孙后代对历史和文化的理解。 唐树平[5]通过这个例子分析了建设AR数字城市的可能性,即利用三维跟踪技术,应用“点云”识别无标记的目标物体并覆盖物理物体上的各种数字信息,结合借助云计算,利用实时同时学习和优化的测绘算法来传输信息,最终通过移动设备下载信息,实现数字城市应用。

3.2 AR与现场施工管理 由于AR可以在施工现场加载虚拟的施工内容,因此可以将现场人员从平面数据提取这种专业性要求较高的活动中解放出来,并可以减少施工中出现的施工相关问题。 ——现场施工管理。 组织和图纸误解、信息传递失真造成的巨大损失,可以减少施工人员反复看图、认图的时间,辅助施工人员管理,加强对现场施工人员的培训,甚至强调重要节点通过加载明显的标记信息。 施工有利于现场安全管理。 王翔宇等。 [6] AR应用于建筑工地布局规划:通过在虚拟环境中预设建筑材料和设备,规划设备和相应的进出路线,并加载到建筑工地,可以快速、准确地完成工地布局等人。 [7]利用AR辅助供暖空调和给排水管道安装:施工前,估算人员使用iPad登录BSNS,扫描安装楼层和所用管道的二维码,并上传它到服务器。 最终在数据库中找到对应的三维组件并上传到系统中。 估算员还将拍摄并上传组件安装位置,并将其分别发送给项目经理、暖通空调和管道工程师。 系统自动生成安装位置的三维环境,并将其与三维构件结合起来,以便工人在管道实际安装过程中,可以在移动设备上自动获取构件的安装位置。 暖通和给排水工作人员完成管道安装后,将拍摄并上传完成的图片,以方便后续工作测量。

陈植等人。 [8]结合AR、BIM和实体组件,开发了可以及时纠正错误的施工错误检测系统:通过智能手机和平板电脑将BIM信息加载到工地标记上; 在重要的施工活动中,提前准备与实体相匹配的增强现实模型或基于BIM的AR操作图像,以便施工人员更好地管理施工。 Yabuki 和 Li [9] 使用 AR 开发了钢筋排列的辅助支撑系统。 戈尔帕瓦尔-法德等人。 使用 AR 来显示用于管理施工活动的 4D 模型 [10]。 沙尔等人。 和塔尔马基等人。 [11]利用AR来显示地下基础设施的定位和部署,以减少不必要的损害。 池等人。 [12]开发了一种AR优化的远程控制起重机界面,在该界面的协助下起重机操作员在模拟任务中表现更好。 由于建筑工地的复杂性,很难放置传统跟踪技术中使用的标记,但AR系统可以识别复杂环境的特征,然后利用这些特征来决定在哪里叠加虚拟物体(无标记AR),非常适合用于建筑领域3.3AR和建筑相关领域的学科教学活动和培训。 目前,我国在增强现实技术在教学领域的应用方面已经有了初步的探索和案例研究。 国内外增强现实技术在教育领域的应用主要集中在三维图书、幼儿教育、技能培训等方向[13]。

结合建筑行业的行业特点,增强现实在建筑行业的应用还可以从三维图书、技能培训以及创建多方视觉交流平台等方面进行。 在现有的教学条件下,建筑工程相关专业的学生通常仅依靠传统的教学方式(充满文字、缺乏视觉元素)——黑板、分发学习资料、电脑显示屏等,无法理解实际情况。工地。 大家的参与和互动非常热烈。 Amir 等人开发的 ARbook。 [14] 将建筑设备的虚拟 3D 图像叠加到 AR 二维标记上。 学生只需使用计算机或特定设备扫描这些标记,即可从各个角度观察工程机械; 通过结合真实动态施工过程的视频信号叠加在AR标记上,这也让学生能够从多个角度了解和学习施工技术,方便学生之间的交流和理解。