Расширения реальности в архитектурно-строительном проектировании

Это самодельные картонные очки, в которые можно вставить телефон на Android, чтобы дёшево опробовать виртуальную реальность.

Мы только начинаем понимать, что может быть сделано с 3D проектами, если перейти на трёхмерные рабочие процессы. Вложение времени в освоение информационного моделирования зданий (BIM) способствует не только быстрому созданию двумерных чертежей и не только улучшает координацию. BIM предполагает пользу на всех этапах проектирования зданий, что включает сотрудничество, симуляцию, анализ, 3D-печать, анимацию и такие революционные приложения как виртуальная и дополненная реальности.

В отличие от классической виртуальной реальности, дополненная реальность берёт изображение из реального мира. Т.е. к тому, что видит камера смартфона или планшета, сверху добавляются графические и звуковые слои.

До сих пор основным и наиболее успешным использованием дополненной реальности было отображение туристической информации, которая накладывается на исторические достопримечательности и ближайшие рестораны. Некоторые крупные бренды также применили эту технологию для рекламы и добавления к так называемому «пользовательскому опыту».

Шведская компания товаров для дома Ikea моделирует всю продукцию в 3D CAD. Недавно они представили приложения дополненной реальности, которые позволяют клиентам увидеть проекцию элементов каталога в свои интерьеры.

Есть много примеров в разных областях, где дополненная реальность кажется перспективной в будущем. В медицине, например, хирург мог бы получать трёхмерные данные томографии или УЗИ прямо на свои очки во время операции.

По мнению Tomi Ahonen, высказанном им в недавнем TEDx выступлении, нынешнее количество пользователей дополненной реальности оценивается примерно в 60 миллионов человек. К 2018 году ожидается, что этот показатель вырастет до 200 миллионов. Есть оценки в миллиард пользователей к 2020 году. В то время, как многие из этих использований будут игровыми и развлекательными, приложения для архитектурно-строительного проектирования начинают появляются из исследовательских лабораторий лидеров отрасли и стартапов.

На сборочных линиях таких компаниях, как Boeing, BMW, и Volkswagen уже сейчас используется дополненная реальность. В Volkswagen это называют MARTA (Mobile Augmented Reality Technical Assistance). Эта система показывает инженерам, как шаг за шагом выполнять конкретные работы, отображает дополнительную информацию о том, какие инструменты следует использовать, какова конфигурация сборки, что следует проверить.

Компания Faro, занимающаяся контролем качества и лазерным сканированием, дала своим инженерам инспекции инструменты дополненной реальности — на их дисплеи проецируется САПР модель поверх инженерного представления, чтобы сравнивать запланированные значения и реальные данные измерений.

Дополненная реальность в архитектурно-строительном проектировании

Применения дополненной реальности оказываются очень широкими: отображения строений и трубопроводов, визуализации моделей в разных масштабах. Если принимать 3D и работать в 3D в нём, то все эти данные становятся полезными для приложений дополненной и виртуальной реальности.

В момент начала BIM проекта, чтобы убедиться, что он аккуратно смоделирован и позиционирован в пространстве, можно использовать распределённую облачную инфраструктуру и умные мобильные устройства с GPS и акселерометрами (датчиками, которые измеряют ускорение устройства), чтобы модели можно было просматривать где угодно или накладывать в реальном времени на текущие координаты пользователя. Это может быть предложено для работ на строительстве здания: видеть прохождение трубопроводов под землёй, или использовать «рентгеновское зрение» сквозь стены, чтобы видеть кабели и воздуховоды.

Предоставления актуальных 2D-чертежей — это лишь одно из приложений. Но представьте себе, если каждый строитель имел бы доступ к модели на всех этапах сборки, спланированной в правильном 3D пространстве, в реальном времени, через камеру и дисплей своего смарт-телефона или планшета.

Уже пришло время, когда эти технологии выглядят гораздо более жизнеспособными. Архитекторы начинают моделировать в 3D, облачные технологии предполагают, что данные могут распространиться куда угодно, 4G позволяет передавать большие потоки данных, а телефоны имеют GPS, акселерометры и достаточные объём памяти и вычислительную мощность для приложений дополненной реальности.

Проблемы дополненной реальности

Ограничения начинаются с качества приложений, из которых должно быть собрано решение. Они часто требуют преобразования данных в другой формат, экспорта из другого приложения и т.д.

Одна из ключевых технических проблем дополненной реальности — отслеживание положения. Обеспечение того, чтобы точка зрения устройства была точной и чтобы наложение модели было гладким, всё ещё требует улучшения. Прогресс в этой области заметен каждый год, поскольку в телефонах увеличивается чувствительность акселерометров и растёт скорость процессоров.

Однако, в местах, где GPS является основным источником данных о положении пользователя, точность определения его точки зрения может снижаться до нескольких метров, что ведёт к неточностям при наложении цифровой модели на реальность.

Внутри же зданий GPS может быть менее надёжным. Здесь можно повысить точность за счет использования маркеров. Гибридные системы отслеживания находятся в стадии разработки. Например, Bentley Systems утверждает, что точность дополненной реальности у них была повышена в рамках их последних R&D проектов.

Практически в режиме реального

Многие годы откровенно смешной шумихи вокруг виртуальной реальности сменились её регулярным использованием инженерами и архитекторами. Например, технология BIMx от Graphisoft позволяет отправлять модели и окружения коллегам и клиентам, чтобы они смогли увидеть их в виртуальной реальности.

BIMx поддерживает очки Zeiss Cinemizer Glasses, поэтому также возможно погружение в виртуальную реальность на моделях ArchiCAD.

Конкуренция среди производителей Oculus Rift и других очков и шлемов для игр снижает цены, поэтому мы ожидаем, что виртуальная реальность будет быстра принята в командах проектировщиков.

Участники конференции DEVELOP3D в этом году могли увидеть демонстрацию новейших стереоскопических систем для трёхмерного отображения и систем отслеживания положения головы от Virtalis. Клиентами Virtalis являются Fluor Daniel, Taylor Woodrow, Mott MacDonald, Amersham и Balfour Beatty.

Многие автомобильные компании также используют эти 3D дисплеи для погружения в проект своих инженеров во время встреч, посвящённых проектированию, чтобы показывать им автомобили в масштабе 1:1 и выше. Перерабатывающие заводы сокращают время простоя, используя виртуальную реальность для отработки процесса модернизации и ремонта своими командами инженеров.

Также наблюдается движение в противоположную сторону: отсканировать реальный мир и поместить его в виртуальную реальность. Это полная противоположность дополненной реальности. Используя лазерные сканеры, фотографию, фотограметрию с большим объёмом памяти и обработки, становится проще поместить реальный мир в геометрической форме в компьютер. В некоторых вопросах это свело бы на нет необходимость в традиционной дополненной реальности, поскольку контекст модели и так захвачен и отображается. Однако это был бы снимок реальности, которая всё время меняется.

Эти технологии на самом деле не конкурируют, поскольку граница между виртуальной и дополненной реальностями достаточно размыта, а само взаимодействие технологий приветствуется.

Компания Autodesk говорит про Reality Computing следующим образом: перевести физический мир в цифровой, менять и анализировать полученную информацию, а полученные результаты возвращать обратно в реальный мир.

Результаты этого подхода могли бы отображаться с помощью виртуальной реальности или использоваться для создания дополненной реальности.

Аппаратные средства

Первые и наиболее портативные устройства дополненной реальности — это телефоны и планшеты. В то время, как они имеют своим главным недостатком то, что пользователю приходится физически держать их перед собой, чтобы видеть экран, миллионы людей владеют ими. Также эти устройства становятся всё лучше по разрешению и вычислительной мощности. Android и iOS являются наиболее широко поддерживаемыми платформами и мы видели, что большинство производителей демонстрировали свои исследовательские проекты, которые поддерживают устройства этих типов.

Очки дополненной реальности пока что находятся в разработке и не будут выходить на рынок, но технические специалисты работают над ними.

Очки CastAR от Technical Illusions имеют два микро-проектора с разрешением 1280 на 720 точек. Эти проекторы направляют стереоскопическое изображение на светоотражающую поверхность. Вместе с отслеживающей камерой это устройство может быть превращено в очки виртуальной реальности.

У Epson в разработке находится Moverio BT-20 со следующими свойствами: основан на Android, поддерживает Bluetooth, прозрачные умные очки, каждая линза которых имеет разрешение 960 на 540.

Разрабатываемое устройство Meta выглядит так, как будто вышло прямо из лаборатории Железного человека Тони Старка. Оно опять же накладывает 3D на линзы, но ещё умеет распознавать жесты и манипулировать спроецированными 3D моделями в пространстве. Разработчики надеются, что оно позволит заниматься 3D моделированием где угодно.

Очки дополненной реальности Atheer One от Atheer Labs также управляются жестами, работают на Android и эквивалентны 26-ти дюймовому планшету для каждого глаза. Компания предполагает, что их будут использовать в нефтегазовой отрасли, в здравоохранении и для работы на местах. Ожидаемая цена устройства около $500-$850.

Очки и шлемы виртуальной реальности

С такими продуктами, как Google Glass, невозможно ощутить настоящую дополненную реальность, поскольку они представляют из себя дисплей в поле зрения, т.е. не накрывают всё поле зрения пользователя. С использованием телефонов и планшетов объекты выглядят так, как их можно видеть через встроенную камеру.

Картонный держатель для телефона (Google Cardboard), с другой точки зрения, является самодельным шлемом, в который можно вставить телефон на Android прямо перед глазами, чтобы дёшево получить опыт виртуальной реальности. Окончательное решение, вероятно, представляет из себя дисплей, как-то закреплённый на голове. Здесь наиболее ожидаемое решение для виртуальной реальности — Oculus Rift, который предполагает полное отслеживание положения головы пользователя для виртуальной реальности и, когда работает совместно с камерой, может быть решением для дополненной реальности.

Oculus Rift обеспечивает угол обзора в 100 градусов при разрешении 960 на 1080 точек. Количество кадров в секунду зависит от программного обеспечения.

Однако пользователи выглядели бы очень странно, разгуливая по улице в шлеме Oculus Rift. Компании Sony, Samsung, Zeiss и Totem работают над созданием конкурента Oculus Rift.

Разрешение, количество кадров в секунду и угол обзора — это всё важные характеристики для погружения мозга в виртуальную реальность. В общем, угол обзора в 35-60 градусов считается достаточно хорошим в большинстве ситуаций. Тем не менее, угол в 100 градусов необходим, когда приложение требует передачи информации периферическому зрению, как в игровых автомобильных симуляторах, например.

Выводы

Мы ожидаем, что за сравнительно небольшой промежуток времени дополненная реальность и виртуальная реальность станут совершенно обычными явлениями в AEC и за ее пределами. Объединяя существующие и новые виды отображения интерфейсов, фирмы будут выстраивать это в цифровые рабочие процессы.

Мы увидим, как эта технология становится менее громоздкой и навязчивой и с более предсказуемой точностью, благодаря использованию сетей и улучшению контролирующей электроники.

В будущем строители и другие рабочие смогут иметь эту функциональность в своих защитных очках, всех телефонах и планшетах. Через эти устройства они будут иметь доступ к цифровым слоям информации, спроецированным поверх реальной картинки.