AR技术在建筑领域中的应用-李庆普博士

2021-10-12

信息化催生出了很多新型技术,比如VR和AR,改变了我们的工作和学习习惯,提高了生活质量,在建筑行业同样如此。所谓“增强现实”(Augmented Reality,简称 AR),是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术,这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术,将虚拟的信息应用到真实世界,并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中,从而实现对现实的增强。“增强现实”通常是以透过式头盔显示系统和注册(AR系统中用户观察点和计算机生成的虚拟物体的定位)系统相结合的形式来实现的。

AR增强现实技术在建筑行业的应用并不多见,主要原因在于建筑行业一般的工程项目都比较大,对于AR技术的水平要求也比较高,所以一般能够完成整个项目或者成功完成客户要求的场景一般都很难。目前来看,除去AR智能家居的随处摆放和楼盘户型的3D效果展示,AR技术在建筑行业的应用也是少见的。但是,研究资料得出,建筑行业对于AR技术的展望,和未来应用的开发,依然抱有很大的希望。

一、项目规划中的应用

建筑团队必须对建筑和施工过程有充分的了解。他们还必须考虑社会和环境影响。这些对于规划和获得相关许可至关重要。项目规划所涉及的细节是巨大的。理想的情况是,任何看到规划的人都应该对最终的产出有一个好的想法。你必须让客户满意,你已经根据他们的需求抓住了每一个细节。以前,必须依靠想象力和优秀的设计草图。需要捕捉一切,以便每个人都在同一页上。如果有任何变化或错误,不得不回到绘图板。但现在,AR允许对布局进行真实的展示。想象一下,一旦结构已经建立起来,不得不对其进行修改的成本。失去了金钱和时间,这可能会影响企业的底线。有了AR,可以对虚拟模型进行修改。在实际建筑上实施之前,先做这些改动。在进行装修时,它也可以成为一个神奇的辅助工具。团队可以先在虚拟建筑上进行修改。在对现有结构进行修改之前,可以识别并修复任何错误。

二、建筑设计中的应用

传统的建筑设计通常采用从二维图形到三维思维转化的方法,由于二维图纸或三维模型仅体现建筑物的部分信息 ,而设计者对设计对象缺乏全方位的思考,眼界较窄、缺乏整合思维能力,因而一些设计缺陷常被掩盖。增强现实技术(AR)引入建筑设计中,可以使建筑师的创作过程中通过增强现实技术中的真实对象位置姿态跟踪技术及虚实融合技术,将建筑设计三维模型在真实世界中注册,并与真实的建筑周边环境融合,有效避免建筑设计过程中对周边环境的建模,同时保证在设计结果中周边环境的真实性,有利于设计师对建筑设计方案做出更合理的评估。利用AR技术进行室内设计,设计师可以像搭积木一样构建一个虚拟建筑模型,然后从不同角度对其进行观察。在模型构建过程中,可以从网络中快速获取素材,然后为模型属性赋值,使其再现实际建筑的结构和比例。AR技术的沉浸式效果支持设计人员从内部观察建筑结构,并与建筑元素进行动态交互,完善建筑内部的设计细节。比如设计人员可随时对建筑室内装饰物的纹理图案和颜色进行调整,并在特定的光线效果下,判断是否能够达到预期效果。

三、施工管理中的应用

由于AR可在施工现场加载虚拟的施工内容,使现场人员从平面化的数据提取这种需要较高专业素养的活动中解脱出来,就可以在现场施工管理中减少由于施工组织和图纸的误解和信息传递的失真所造成的巨大损失,减少施工员反复读图识图的时间,辅助施工员的管理、加强现场施工人员的培训甚至通过加载明显的标记信息强调重要节点的施工从而有利于现场安全管理。由于AR提供实时反馈,项目团队成员都可以访问,无论他们在哪里。远程工作能力有助于提高效率。远程团队成员可以查看照片或视频并做出决定。AR可以给现场服务工程师提供支持。大多数时候,他们必须到现场去做工作。但AR可以实现远程监控和维护。一个公司可以处理许多项目,而不需要每次都产生旅行的费用。
四、建筑学科教学活动和建设施工安全培训中的应用。

目前国内将增强现实技术应用于教学领域已有了初步的探索和实例研究。建设工程相关专业的学生在现有的教学条件下通常只依靠传统的教学手段,不能够对现实的工地有很好的参与和互动。若通过AR技术,将施工设备3D图像叠加到AR的二维标记物上,学生只需要使用电脑和特定设备扫描这些标记就可以从各个角度观察施工机械。通过将真实的动态施工过程的视频信号叠加到AR标记物上,可以使学生多视角地了解和学习施工工艺,方便学生间的交流和理解。

安全问题在任何建筑工地上都是最需要考虑的问题之一,有信誉的公司花费大量时间培训工人。他们必须学习如何在建筑工地和设备周围航行。他们也要学习安全处理机械和其他许多东西。虽然很关键,但培训可能很耗时,而且成本很高。公司必须找到区域来模拟可能发生在现场的不同场景。人工智能允许模拟设备、工具和不同场景。公司可以提供一个安全的学习环境。即使受训者犯了错误,也是在一个虚拟的世界里。你不必担心有人受伤或为损坏的设备买单。

AR技术目前还不成熟,本文仅从项目规划、建筑设计等四方面描述了AR技术在建筑领域的应用,随着AR技术的发展,其在建筑领域的应用也会越来越广泛。