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AR技术将强化BIM优势 详解AR技术在工业建设中的作用

来源:中国计算机报

如今,AR越来越多地被应用在基础设施的设计、施工和运维中。在水利水电设计领域,AR技术的应用前景非常乐观。

AR技术将在BIM领域大有作为

AR一般指的是将计算机产生的虚拟信息或物体叠加到真实场景中,从而产生出一个虚实结合的混合世界的技术。用户通过HMD(头戴式增强设备)、视觉眼镜和手持式监测设备等从混合世界中得到更多关于现实世界的信息。AR起源于VR(虚拟现实),它提供了一种半浸入式的环境,强调真实场景和虚拟世界图像和时间之间的准确对应关系。由于AR技术大大提升了人类的感官体验,已经开始影响人们的日常生活,其应用日渐成熟与多样。

随着建筑、工程建设和设备管理行业逐渐朝着基于BIM的数字化信息管理的方向发展,需要有更为直观的视觉化平台来有效地使用这些信息。AR这种将相应的数字信息植入到虚拟现实世界界面的技术,将有力地填补这一可视化管理平台的缺失。例如,原来工程管理人员试图模拟特定的建造过程并获得反馈,但是实际状况是他们只能够实现在虚拟环境中建造过程的可视化,却无法从现实中得到有效的反馈;而AR技术可以将虚拟的3D模型叠加在实时的视频录像中,提高界面可视化效果,从而增强用户对建筑的理解,帮助工程管理者做出更快速、准确的反应。

由于采用AR技术成本较为低廉和应用范围广泛,预计在未来十年内,移动AR技术将会对建筑、工程、建设和运营产业(AECO)产生巨大影响。

在水利水电勘察设计领域,三维协同设计稳步发展,可能会在不远的将来取代传统的二维设计,AR技术在设计领域的应用为水利水电三维模型的应用提供了更好的展示手段,使得三维模型与二维的设计、施工图纸能更加紧密地结合起来。AR技术在勘察设计领域中可以有效地应用于实时方案比较、设计元素编辑、三维空间综合信息整合、辅助决策和设计方案多方参与等方面。值得一提的是,在复杂形状的计算机视觉识别领域,国内外的相关研究者取得了可喜的成果。Wikitude公司开发的Wikitude SDK就是典型的案例。

将二维图纸和三维模型无缝对接

可视化设计是设计师之间共享设计理念、进行协同设计的关键。一个更加直观的可视化平台对于如今需要有效地处理数字信息的建筑设计产业来说更是必不可少的。

而通过AR技术,将二维图纸与三维BIM模型无缝对接,充分发挥三维协同设计的优势,为BIM模型数据的应用开辟了一条全新的捷径,BIM模型中的大量建设信息得以更充分地展示。

应用AR+BIM技术与二维图纸相结合的方式进行交流和决策更加高效;在施工现场,原来从平面图纸提取施工数据,需要专业化素养非常高的现场人员来完成,而且容易出现误读等情况,通过AR技术加载虚拟的施工内容,可以减少由于对图纸的误读和信息传递失真所造成的巨大损失,减少施工人员反复读图、识图所耗费的时间。

AECOsim与Vuforia结合的实际效果

根据实际工程,通过Bentley系列软件(如AECOsim Building Designer)进行三维协同设计,构建三维模型,在程序实现时可调用这些模型,直接在真实场景中进行加载。

采用AECOsim Building Designer进行建模,所采用的模型材质也均为AECOsim Building Designer自带材质,未做任何修改。

基于二维设计图纸制作了两个标志模板,在其上面分别叠加了水电厂房、重力坝,通过测试,系统可以准确地对二维图纸进行识别,并将三维虚拟模型叠加在真实二维图纸上,步骤如下:

第一步,在PC中搭建Java开发环境和Android模拟器SDK;

第二步,安装Unity3D软件,设置模拟器路径;

第三步,将建筑信息模型从AECOsim Building Designer中导出,选择一种通用格式,如Fbx进行保存;

第四步,将BIM模型对应的二维图纸转换为Unity3D软件可以使用的格式UnityPackage;

第五步,在Unity3D软件中打开高通的增强现实软件Vuforia AR插件,将上面提到的Fbx文件和UnityPackage导入软件中;

第六步,通过Unity软件进行简单的编辑后,即可生成相应的手机端安装文件;

第七步,安装至智能手机端,我们所采用的手持设备型号为三星N7100;

第八步,打印CAD二维图纸,使用手机摄像头进行识别。

基于Vuforia的虚拟现实展示效果很理想,在摄像头拍摄真实场景,如真实二维图纸的时候,这些虚拟物体也显示了出来,可以实现实时的虚实叠加效果,且在移动模板或者摄像头移动的时候,虚拟物体会随着真实世界的变化而变化,实现BIM模型和二维图纸的无缝结合。

水利水电勘察设计领域的设计方式正在经历一场由传统二维设计向三维协同设计转变的革命。相比传统的二维设计,AR与BIM的结合,大幅提升了工程相关人员对设计的认知能力,使BIM模型中庞大的数据可通过AR技术准确提取和可视化,必将对BIM技术在水利水电勘察设计领域的发展起到极大的推进作用。

在实践中,用Bentley系列三维设计软件和高通Vuforia增强现实技术,形成了一个有多个人工标识的简单的增强现实系统,实现了实时的虚实叠加。随着计算机软硬件的发展,增强现实系统将越来越多地应用到各个行业,增强现实可以为城市规划、地下管线的探测、勘察设计的施工等服务。

不可否认的是,增强现实需要研究的东西还有很多、,基于自然特征的增强现实系统的实现等。未来,中水北方公司将在这些方面做进一步的研究,力求更好的实现虚拟与现实的结合。

链接 AR相关的硬件发展趋势

智能手持设备。AR技术出现以来至今,其载体一直是智能手持设备占主导地位,其中包括智能手机和平板电脑。目前在教育领域和工程领域,它都有不俗的表现,如在地产营销领域,不同于传统的二维户型图,应用虚拟现实技术,可以通过手持智能设备与二维户型图的结合,将三维户型模型与二维户型图真实地结合在一起,更加真实地将房产信息、功能、内部情况展现给业主;在教育领域,通过智能手持设备与二维图书的结合,可以将原二维的图书与三维模型、三维动画、影像、声音相结合,让孩子们的学习不再枯燥,能够更快地接受知识。

智能眼镜。谷歌公司在2012年4月发布的谷歌眼镜,在AR应用功能上类似于智能手机,镜片上方配备了一个头戴式微型显示屏,它可以将数据投射到用户右眼上方的小屏幕上,显示效果如同2.4米外的25英寸高清屏幕,实际上就是微型投影仪+摄像头+传感器+存储传输+操控设备的结合体。短短的三年内,国内外与谷歌类似的产品已经达上百款,相关应用更是不计其数。尽管设计工业装配、物流、仓储、医疗和教育等领域,与使用手机、平板等实现增强现实的方式不同,但增强现实眼镜可以解放人类的双手,使用者不再需要捧着手机看图纸、看操作说明。

 


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