284ИННОВАЦИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
УДК 69.05
Применение методов дополненной реальности в строительстве
Разяпов Р.В., Уфимский государственный нефтяной технический университет, Уфа, Россия
Ключевые слова: дополненная реальность, инновационные технологии, строительство, BIM проектирование.
Применение виртуальной дополненной (AR — augmented reality) реальностивстроительнойотрасли наосновеиспользованиятехнологий информационного моделирования (BIM — Building Information Modeling) имеет большие перспективы. Пространство дополненной реальности с эффектом присутствия может способствовать лучшему взаимодействию между клиентами и специалистами в различных технических вопросах, касающихся реализации строительного проекта. В сочетании с концепцией информационного моделирования зданий технологии AR могут улучшить общее понимание процесса строительства. Использование самых новых технологий дополненной реальности позволяет максимально точно проработать как весь проект, так и его отдельные детали. Визуализацию объектов в реальном мире можно улучшить с помощью объединения технологий AR, а также BIM, поскольку интерактивные возможности, предоставляемые программными обеспечениями AR, и доступ к информационным данным BIM дают возможность более интуитивно решать задачи обслуживания и управления строительством. В настоящей статье анализируется современное состояние технологий дополненной реальности в строительстве автомобильных дорог. Выявляются проблемы и перспективы применения данных инновационных технологий в строительной сфере. Описываются способы применения исследуемых новейших технологий в строительстве автомобильных дорог. Представлены показатели, влияющие на принятие решений использования технологий дополненной реальности. Рассмотрена возможность сокращения времени реализации отдельных этапов инвестиционно-строительной деятельности с учетом внедрения дополненной реальности. Приведены примеры строительных компаний из разных стран, разрабатывающих программное обеспечение, и девелоперских компаний, использующих технологии дополненной реальностей в маркетинговых целях. Сделан вывод о перспективности применения дополненной реальности в строительстве автомобильных дорог.
Application of augmented reality methods in construction
Raziapov R.V., Ufa State Petroleum Technical University, Ufa, Russia
Keywords: ugmented reality, innovative technologies, construction, BIM design.
The use of virtual augmented reality (AR - augmented reality) in the construction industry based on the use of information modeling technologies (BIM - Building Information Modeling) has great prospects. An immersive augmented reality space can facilitate better interaction between clients and professionals on various technical issues related to the implementation of a construction project. When combined with the building information modeling concept, Ar technologies can improve the overall understanding of the construction process. The use of the latest augmented reality technologies allows you to work out both the entire project and its individual details as accurately as possible. The visualization of objects in the real world can be improved by combining AR as well as BIM technologies, as the interactive capabilities provided by AR software and access to BIM information data enable more intuitive solutions to maintenance and construction management tasks. This article analyzes the current state of augmented reality technologies in the construction of highways. The problems and prospects of using these innovative technologies in the construction industry are identified. The ways of applying the investigated newest technologies in the construction of highways are described. Indicators are presented that influence decision-making on the use of augmented reality technologies. The possibility of reducing the implementation time of individual stages of investment and construction activities, taking into account the introduction of augmented reality, is considered. The examples of construction companies from different countries developing software and development companies using augmented reality technologies for marketing purposes are given. The conclusion is made about the prospects of using augmented reality in the construction of highways.
Рынок технологий дополненной (АR) реальности является довольно молодым, несмотря на то, что первые попытки создания устройств, позволяющих полностью имитировать реальный мир, либо дополнять его накладываемой информацией, предпринимались еще в начале 20 века. Но прогресс не стоит на месте, и на сегодняшний день инновационные технологии виртуальной и дополненной реальности используются не только в сфере развлечения и игр, но и в сфере строительства. С их помощью уже про-
ектируются различные здания и сооружения. В связи с этим актуален вопрос о возможностях и препятствиях применения данных технологий в строительной сфере [1].
Основной целью данного исследования является анализ проблем и перспектив применения технологий дополненной реальности в строительстве, в частности при проектировании и строительстве автомобильных дорог. В качестве объекта исследования выступают технологии дополненной реальности в строительстве автомобильных дорог.
Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи:
1. рассмотреть основные понятия по теме исследования: «дополненная реальность»;
2. рассмотреть и проанализировать перспективные направления применения дополненной реальности в строительной отрасли;
3. рассмотреть и проанализировать проблемы, возникающие при применении технологий дополненной реальности в строительной отрасли [2].
В данной работе использовались эмпирические и теоретические методы исследования. Этот вид основан на чувственном восприятии, а также на измерении с помощью приборов. Это важный компонент научных исследований в областях знаний в области строительства автодорог. Он помогает определять объективные законы, в соответствии с которыми происходят изучаемые явления. В ходе исследования были проведены следующие работы: изучение разнообразных источников информации; анализ полученных сведений; наблюдение; эксперимент.
Для визуальных систем основной проблемой является распознавание образов на изображении. Это необходимо для идентификации окружающей среды, в зависимости от которой строятся виртуальные объекты. Человек мыслит категориями - некими собирательными образами, с которыми он сопоставляет видимые объекты. То же самое необходимо проделать и для систем дополненной реальности. В настоящее время не существует систем, способных распознать любой объект. Каждая конкретная система способна идентифицировать только определенную группу объектов, определяемую назначением системы. Обзор методов идентификации объектов на изображении приводится в работе [3].
Ниже указан порядок проведения двух экспериментов, для методики сравнения проектных решений и реального объекта. Эксперименты заключались в применении разных инструментов при наложении дополненной реальности на объекты. Один эксперимент проводился в камеральных условиях -при помощи очков дополненной реальности. Второй эксперимент - на рассматриваемом строящемся объекте автодороги.
Этапы проведения эксперимента I:
1. Сканирование участка оценки сканером для получения облака точек, для последующего его использования для трёхмерного проектирования и расположения объекта.
Рис.1. Сканирование актового зала и сшивка облака точек
2. Создание трехмерной модели по облаку точек. При помощи специализированного ПО, облако точек в него подгружается и в нем проектируется будущая трехмер-
ная модель1.
Рис.2. Создание 3D модели по облаку точек
1 AR — Дополненная Реальность [Электронный ресурс]. URL: https://habr. com/ru/ (дата обращения: 01.04.2021).
3. Загрузка трехмерной модели в очки дополненной реальности. Трехмерная модель при помощи специального конвертера, загружается в очки дополненной реальности.
Информацнонная модель Подготовка модели к публикации Очки дополненной
объекта в ПО Model Studio CS is очки реальности (VR/AR-очкн)
Рис.3. Алгоритм загрузки трехмерной модели в очки
4. Просмотр AR-сцены в очках дополненной реальности. Специалист одевает очки, сквозь них он видит реально строящийся объект и трехмерный проект этого объекта. Далее он определяет, при помощи встроенных цифровых инструментов, отклонения реальности от проектных решений.
Рис.4. Просмотр AR-сцены в очках
Результат эксперимента I:
1. Очки адекватно отображают виртуальные модели без привязки к пространству, если площадь передвижения в пределах 20-25 кв.м.
2. Некоторое семейство поверхностей (стекло, зеркало) плохо воспринимаются очками, что влияет на определение местоположения в пространстве. Если в плотную подойти к окну, модель может далеко отдалиться от очков [4].
3. При перемещении за пределами 20-25 кв.м. виртуальные модели начинают плавать в пространстве (местоположение может колебаться в некоторых пределах и модель начинает дёргаться с одной точки, на другую)
4. Пространство с большим количеством маленьких объектов, таких как деревья, знаки, не включённые в виртуальную модель, плохо влияют на определение местоположения очков.
5. Замечено, что, если реперная точка находится в области видимости или удалена от взгляда до 3-4 м, виртуальная модель достаточно точно накладывается на пространство. Как только мы отдаляемся на расстояние больше 4-5 м. Модель начинает плавать. Тем самым для больших площадных объектов, необходимо использовать несколько реперных точек на расстояние не больше 8-10 м, с обязательным внесением их в модель [5].
Так же чтобы улучшить точность отображения виртуальной модели в пространстве при перемещении на большие расстояния (больше 20-25 кв.м.) целесообразно дополнительно использовать методы позиционирования и тре-кинга по пространству не по реперным точкам, а по реальным поверхностям объектов.
Выводом эксперимента можно посчитать преимущества рассматриваемого метода, при визуальной оценке технологии строительства при помощи очков дополненной реальности:
1. Оперативное сравнение плана и факта «по месту».
2. Визуальный контроль всех деталей и конструктивных элементов.
3. Сокращение количества изменений на стройке за счет оперативного контроля.
4. Увеличение производительность труда.
5. Потенциалы развития на этапе эксплуатации объектов при постоянном пребывании работников на объекте.
AR (augmented reality) - это дополненная реальность, обусловленная наложением цифровых изображений и объектов на конкретную местность в реальном, физическом мире. Она является отличным решением для наглядной демонстрации будущих построек, поскольку добавляет контекст, накладывает проектные данные и другую информацию на изображение реального мира.
В ходе данного исследования можно отметить следующие перспективные направления применения дополненной реальности в строительной отрасли:
1. Возможность обучения сотрудников строительного процесса. Данная возможность позволяет сокращать время обучения и инструктажа, увели-
чивать их эффективность благодаря наглядности и интерактивности информации, большей вовлеченности участников в процесс [6, с.100]. Также, с помощью технологий AR сокращаются затраты на обучающий персонал и расходные материалы, необходимые при обучении сотрудников.
2. Возможность тестировать работу конструкции в виртуальном пространстве. Например, с помощью специального приложения через планшет можно наглядно увидеть, каким образом должна быть выстроена опалубка [7].
3. Возможность применять виртуальные голографические макеты. Рассматриваемый проект можно разбирать по этажам, смотреть планировки отдельных помещений, а также коммуникации и конструкции. Технология работы с такими макетами не сложная: клиент надевает очки и может работать с виртуальной голограммой. Не требуется никаких проводов и долгих установок программного обеспечения. Виртуальный макет дает возможность взглянуть на здание с высоты птичьего полета, сравнить небоскреб по высоте с другими зданиями мира. Все это происходит за горизонтально развернутым дисплеем.
4. Возможность обсуждения проблем с коллегами в реальном времени в режиме видеоконференции. Данный формат помогает ускорить процесс проектирования: совместно увидеть возможные ошибки в конструкции и, как следствие, снизить не только затраты на создание и доработку проекта, но и время на его согласование.
5. Возможность ускорять рабочий процесс. Технологии дополненной реальности позволяют моделировать этапы производства, что с течением времени, безусловно, приведет к увеличению производительности труда, сокращению времени на проектирование объектов, систем коммуникации благодаря выявлению ошибок на ранних этапах. Также, данные инновационные технологии позволяют в режиме реального времени обновлять информацию о готовности объекта [8].
6. Возможность выявлять последовательность и проблемы установки строительных конструкций. Технология AR при совместимости с очками виртуальной реальности (смешанная реальность) позволяет выявить инженерам проблемы крепления строительных элементов.
В текущих условиях функционирования современные российские и иностранные компании, связанные со строительной отраслью, активно исследуют возможности, которые могут предоставить им технологии дополненной реальности. О росте заинтересованности данными технологиями свидетельствует график, опубликованный на сайте иностранной компании SaM Solutions. Статистические данные и трендовый анализ подтверждают тот факт, что к 2022 году ожидается увеличение в восемь раз по сравнению с
2018 годом объема рынка дополненной реальности, что, в конечном итоге, составит 209 миллиардов долларов1.
Примером использования технологий дополненной реальности может служить французская компания GA Smart Buildings, которая применила Trimble Connect при строительстве офисного здания в Тулузе. Благодаря использованию данной технологии компания смогла избежать задержек при строительстве и перерасхода средств. Работы контролировались практически в реальном времени на всех этапах строительства, что позволяло быстро выявлять отклонения от проекта [9].
Компания АШАН стала первой на российском рынке, применившей технологию смешанной (объединение виртуальной и дополненной) реальности в строительстве и дизайне своего гипермаркета. Данное здание на Пролетарском проспекте в Москве было спроектировано с использованием устройства Microsoft HoloLens, с помощью которого возможно визуализировать детальную модель будущего магазина в 3D формате еще до его постройки и оценить различные варианты расположения торгового оборудования [10].
Другим примером может служить компания ПАО «ФСК ЕЭС», которая внедрила технологию дополненной реальности при подведении электрокоммуникаций к строящимся объектам. Использование интерактивной инструкции вместо обычной бумажной документации не только позволило уменьшить процент ошибок при работе, но и сократить количество сотрудников [11].
В настоящее время строительные компании и инвесторы продолжают вкладывать миллионы долларов в технологии дополненной реальности, однако сами технологии еще не стали массовыми [12, с. 405]. В ходе исследования было выявлено, что в развитии технологий виртуальной и дополненной реальности существуют следующие проблемы, процентное соотношение которых продемонстрировано на рисунке 2:
- высокая стоимость внедрения и эксплуатация устройств (28%);
- возникновение проблем в понимании возможностей использования данных технологий (22%);
- недостаток качественного контента. Пользователи заявляют об однообразии существующего контента, его низком качестве, несовершенной реализации (20%);
- несовершенство существующих устройств (громоздкие и неудобные
2 Что такое дополненная реальность? // АЯ №х^все о дополненной реальности. [Электронный ресурс], 2017. Режим доступа: http://arnext.ru/dopolnennaya-realnost/ (дата обращения: 15.05.2021).
гарнитуры) (18%);
- сложность внедрения технологий в строительный процесс (10%);
- данные технологии не приносят очевидной пользы (7%).
Для решения многих из этих проблем можно использовать системы высокой производительности. Однако они не мобильны и зачастую доступны не каждому, т.е. напрямую их использовать нельзя. Но на базе высокопроизводительных систем можно организовать вычислительный сервис.
Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод, что технологии дополненной реальности находят все большее практическое применение на строительных предприятиях. Данные технологии обладают рядом преимуществ: наглядность информации, доступность информации в реальном времени, интерактивность информации, упрощенная коммуникация. Оптимизация процессов жизненного цикла объекта строительства с применением технологий виртуальной и дополненной реальности может значительно сократить сроки строительства, материальные издержки и уменьшить влияние человеческого фактора.
Однако, есть и обратная сторона: данные технологии имеют довольно высокую стоимость внедрения и эксплуатацию устройств. Также, технологии виртуальной и дополненной реальности сложны в понимании их использования. Но, несмотря на минусы рассматриваемых инновационных технологий, можно считать, что в недалеком будущем они займут свое почетное место в строительной отрасли. Произойдет логический повсеместный переход от 2^ проектирования к В1М проектированию с применением технологий виртуальной и дополненной реальности, по аналогии с переходом от выполнения проекта на кульманах к 2^ проектированию на компьютерах.
В настоящие дни, пандемия нам доказала, что инновации являются неотъемлемой частью всех сфер жизнедеятельности человека. Процесс развития общества невозможно представить без уже существующих инноваций и инноваций грядущих [13]. Определённо, инновации ведут человечество к более высоким ступеням развития и повышают качество жизни человека. В данной работе балы рассмотрена технология дополненной реальности и возможность ее применения как средство мониторинга качества строительства, что еще раз доказывает о необходимости дальнейшего углубления познания вопроса. Оба проведенных эксперимента, позволяют убедиться, что дополненную реальность, можно использовать в качестве измерительных и контрольных приборов. Метод применения дополненной реальности, позволит широко использовать ВГМ-модели при строительстве автомобильных дорог.
Библиография
1. Тюнин, Е.Б. Информационные технологии Лабораторный практикум / Е.Б. Тюнин, В.Ю. Кондратьев. -Краснодар: КубГАУ 2013. - 135 с.
2. Рыбина А.В., Гаряева В.В. Анализ эффективности применения программ моделирования 3D-объектов в строительном проектировании // Научно-технический вестник Поволжья. 2018. № 5. С. 246
3. Федько Д. Что такое v-commerce и как торговля меняется под влиянием технологий AR и VR [Электронный ресурс]. URL: https://ain.ua/(дата обращения: 05.03.2021).
4. Яркова А. AR, VR и MR (Смешанная реальность) [Электронный ресурс]. URL: https://retailer.ru/ (Дата доступа: 28.03.2021)
5. Шишкин Ю. Дополненная реальность в 2019 году: что даёт AR онлайн-ритейлу [Электронный ресурс]. URL: https:// vc.ru/ (Дата доступа: 01.04.2021)
6. Agarwal U. Augmented Reality Statistics You Need to Know For 2019. Digi-Capital, August 19, 2019 [Электронный ресурс]. URL: https://radssoon.com/ (Дата доступа: 01.04.2021)
7. Яковлев, Б.С., Пустов С.И. Классификация и перспективные направления использования технологии дополненной реальности / Б.С.Яковлев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2013. - № 3. - С. 484-492.
8. Хэммит, Ф. Виртуальная реальность / Ф. Хэммит. Перевод с англ. М.: Печать, 2005. - 104 с. (дата обращения: 05.03.2021)
9. Дополненная реальность в Российской промышленности: бесполезна или необходима [Электронный ресурс] / Полиненко С.В. - 2018. - URL: https://vc.ru/flood/32831-dopolnennaya-realnost-v-rossiyskoy-promyshlennosti-bespolezna-ili-neobhodima (дата обращения: 05.03.2021).
10. Куликов, Ю.А. Технологии дополнительной реальности - инновационная интерактивная технология в образовании / Ю.А. Куликов // Сборник инновационных тенденций развития системы образования материалы VII Международной научно-практической конференции. - 2017. №3 (32) - С. 67-69.
11. AR-жизнь: применение и перспективы дополненной реальности / Ситников А.В. - 2017. - URL: https://dtf. ru/gamedev/7800-ar-zhizn-primenenie-i-perspektivy-dopolnennoy-realnosti/ (дата обращения: 14.02.2021).
12. Гинзбург А.В. Системы автоматизации проектирования в строительстве : учеб. пос. М. : МГСУ 2014. С. 189
13. Camera calibration With OpenCV documentation OpenCV 2.4.13.7. / Lourens.M - 2017. - URL: https:// docs.opencv.org/2.4/doc/tutorials/calib3d/camera_ calibration/camera_calibration.html (Дата обращения: 10.02.2021)
References
1. Tiunin E.B. Information technology Laboratory workshop / E.B. Tiunin, V.I. Kondratev. - Krasnodar: KubGAU 2013. - 135 p.
2. Rybina A.V., Gariaeva V.V. Analyzing the effectiveness of 3D modeling programs in construction design // Nauchno-tekhnicheskii vestnik Povolzhia. 2018. № 5. P. 246. (in Russ.).
3. Fedko D. What is v-commerce and how trade is changing under the influence of AR and VR technologies. URL: https://ain.ua/ (Date appeals: 05/03/2021). (in Russ.).
4. IarkovaA. AR, VR and MR (Augmented reality). URL: https://retailer.ru/ (Date appeals: 28/03/2021). (in Russ.).
5. Shishkin I. Augmented reality in 2019: what gives AR online retail. URL: https:// vc.ru/ (Date appeals: 01/04/2021). (in Russ.).
6. Agarwal U. Augmented Reality Statistics You Need to Know For 2019. Digi-Capital, August 19, 2019 URL: https://radssoon.com/ (Date appeals: 01/04/2021). (in Russ.).
7. Iakovlev B.S., Pustov S.I. Classification and Perspective Directions for Augmented Reality Technology / B.S. Iakovlev // Izvestiia Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. - 2013. - No 3. - Pp. 484492. (in Russ.).
8. Khemmit F. Virtual reality / F. Khemmit. Translation from English. M.: Print 2005. 104 p. (Date appeals: 05/03/2021). (in Russ.).
9. Augmented reality in the Russian industry: useless or necessary / Polinenko S.V. - 2018 URL: https://vc.ru/ flood/32831-dopolnennaya-realnost-v-rossiyskoy-promyshlennosti-bespolezna-ili-neobhodima (Date appeals: 05/03/2021). (in Russ.).
10. Kulikov I.A. Additional Reality Technologies - Innovative Interactive Technology in Education / I.A. Kulikov // Sbornik innovatsionnikh tendentsii razvitiia sistemy obrazovaniia materialy VII Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii. 2017. No 3 (32) - Pp. 67-69. (in Russ.).
11. AR-life: application and perspectives of augmented reality / Sitnikov A.V. - 2017. URL: https://dtf.ru/ gamedev/7800-ar-zhizn-primenenie-i-perspektivy-dopolnennoy-realnosti/ (Date appeals: 14/02/2021). (in Russ.).
12. Ginsburg A.V. Engineering Automation Systems in Construction: textbook. M.: MGSU, 2014, P. 189. (in Russ.).
13. Camera calibration With OpenCV documentation OpenCV 2.4.13.7. / Lourens.M - 2017. - URL: https://docs. opencv.org/2.4/doc/tutorials/calib3d/camera_ calibration/camera_calibration.html (Date appeals: 10/02/2021). (in Russ.).
Автор
Разяпов Руслан Валитович, старший преподаватель кафедры «Автомобильные дороги и технология строительного производства, ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» (ул. Космонавтов, 1; г. Уфа, 450062, Россия); e-mail: rusla777@yandex.ru
НОВОСТИ
В Москве подготовились к строительству нового депо Большого кольца метро
В Москве завершаются подготовительные работы к началу строительства нового электродепо «Аминьевское» Большой кольцевой линии (БКЛ) метро. Об этом сообщил заместитель мэра Москвы по вопросам градостроительной политики и строительства Андрей Бочкарев.
«В настоящее время на территории будущего электродепо «Аминьевское» завершается этап подготовки площадки к строительству. Более чем на 90% выполнены снос и демонтаж свыше 70 существующих нежилых зданий и сооружений, а также вывоз и утилизация отходов строительства и сноса, по завершении этого этапа работ строители приступят к возведению новых корпусов депо», — сказал Бочкарев. Власти назвали сроки запуска.
Источник: https://www.rbc.ru/rbcfreenews/613d9a349a79475b8fd1b6ad
