增强现实(AR)和虚拟现实(VR)在建筑、工程和建筑领域的应用

 1. 什么是VR AR MR XR?

图片Virtual Reality (VR):虚拟现实;Augmented Reality (AR):增强现实;Mixed Reality(MR):混合现实;Extended Reality (XR):扩展现实。
虚拟现实(VR)是利用电脑模拟产生三维虚拟空间,让用户身临其境地进入体验虚拟场景。
 

增强现实(AR)是将虚拟内容渲染叠加在真实场景上,用户可以同时看到现实世界以及叠加在现实世界上的虚拟内容。
 

混合现实(MR)与增强现实接近,不过MR更加强调了虚拟内容的融入感,也就是说,虚拟内容不仅仅是叠加在真实世界画面上,而是一定程度上与现实物品一样,可以操作交互。
 

扩展现实(XR)则是以上三种技术的总称。


这些技术的共同点都是虚拟内容可交互。拿建筑业内熟悉的渲染图来类比,渲染图往往由一个固定角度静态渲染产生,即使是一段展示动画,它的路径和视角其实也是固定的。

而XR技术中的虚拟内容,则是实时渲染产生,可以跟随使用者的路径与视角实时改变,这给予了使用者更大的自由度,但同时也对虚拟内容的精细程度与生产方式有更高要求。


 

一般来说,XR内容的生产需要依靠游戏引擎,如Unity,Unreal Engine等,材质和贴图的制作也与传统建筑渲染图不一样,需要使用游戏制作领域的技术,这涉及到美术制作软件等等,以后有机会再详细介绍。

 


 

 

 

 

 

2. XR如何和AEC领域结合?

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目前XR技术在AEC领域的应用还是一个比较新的话题,存在着大片空白的研究领域,作为研究者,应该充分认识到现有的XR技术发展到了什么程度,想清楚现有XR技术该以什么姿态切入AEC领域,该如何克服实际应用中的种种限制等等。

 

为了方便读者找到自己感兴趣的方向深入研究,以下我们选择了五大主要切入点进行粗要的介绍(因为MR是强调虚拟融入现实的AR,为了方便读者阅读,这里都以AR表示)。

 

增强沟通

AR 和 VR 可用于与潜在客户或公众互动,以提供更完整的建筑资产表现。AR 和 VR 表示可以让消费者有机会在真实规模的沉浸式环境中更好地检查内置资产,并为客户提供比图片或视频更好的理解。


 

支持设计

AR和 VR 可以帮助设计师从浸入式的角度理解他们设计决策的实际结果。


 

支持施工

(i)           建设规划:AR 和 VR 在建设规划领域的主要目标是预测潜在问题并改进交付。VR专注于创建沉浸式建筑模拟;而 AR 则侧重于可视化直接在站点上构建的虚拟对象。

(ii)          进度监控:AR有可能显着提高以快速且易于理解的方式识别已完成和未完成的进度。这非常重要,因为及早发现进度延误对于确保及时交付至关重要。

(iii)        施工安全。施工安全是 AR 和 VR 最明确的用例之一。AR 可用于危险识别、安全检查,从而提供更安全的工作环境;VR可以支持安全教育。


 

支持运营管理

AR 以为运营和维护设施的现场工作人员提供有用的辅助信息。VR 可以提供一种在沉浸式环境中远程操作设施的方法。两种技术的结合可以同时支持现场和远程办公室工作人员并改善协作。


 

支持培训

VR可以提供真实的场景,在这些场景中,用户通过模拟真实活动来获取知识和技能,而不是仅仅从去理论中获取信息,感性认识为先的学习活动更有助于人的理解和掌握。AR则可以将虚拟信息叠加到现实物体上,从而加速感性认识到理论知识的转化。

 


 

3. 精选论文

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这里我们先选取有关AR在AEC领域应用的三篇论文进行解读,看看具体的相关研究有哪些角度,是如何展开的。

 

1. 建筑工程教育的增强现实学习工具开发和评估

 

文章信息:Luo, X., & Mojica Cabico, C. D. (2018). Development and Evaluation of an Augmented Reality Learning Tool for Construction Engineering Education. Construction Research Congress 2018. doi:10.1061/9780784481301.015

 

这篇文章开发了一个基于图片识别的AR工具,旨在通过AR技术向学生展示桥梁结构。

 

这篇文章提出了基于工程教育的AR工具开发的管线链条,包含了从模型制作到AR功能到手机端使用的全部流程。并且通过定量分析的方式,对40个测试学生的学习效果(使用与不使用AR工具进行对比)做出了定量评价。

2. 整合移动建筑信息模型(BIM)和增强现实系统:一个实验性研究

 

文章信息:Chu, M., Matthews, J., & Love, P. E. (2018). Integrating mobile building information modeling and augmented reality systems: an experimental study. Automation in Construction, 85, 305-316.


 

该文章从BIM模型信息检索作为切入,开发了一个用于辅助BIM构件检索的AR系统。结果显示,与对照组相比,使用该AR系统的参与者完成检索实验任务的速度快了大约50%,而且犯的错误也更少。

 

这项研究表明,在现有的信息格式(二维平面图)基础上加入AR工具,可以大大改善信息检索过程,BIM和AR的整合有可能提高任务的效率。

3. 在隧道施工过程中实施增强现实技术的分段位移检查

 

文章信息:Zhou, Y., Luo, H., & Yang, Y. (2017). Implementation of augmented reality for segment displacement inspection during tunneling construction. Automation in Construction, 82, 112-121.


 

这篇文章讨论了在隧道施工过程中使用增强现实技术(AR)来快速检查施工偏移的可行性。

 

这项技术将允许现场质量检查员检索虚拟的质量控制基线模型,并通过AR系统叠加到现场环境中。因此,可以通过测量控制基线模型和真实设施之间的差异来确保施工安全。


▲基于AR系统的现场检查的工作流程

本系列试图分享一些AR和VR在AEC领域的现象级研究,并勾勒出当前的相关研究现状。田者作为图像视觉领域垂直整合度最高的创领者,我们希望在AR,VR等方面做出更大的贡献,使我们的生活与世界更便捷智能!

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