CC BY
71
АРХИТЕКТУРА
РАЗВИТИЕ И ВЛИЯНИЕ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ НА АРХИТЕКТУРНЫЙ
РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС_
Игибаева Малика Сайлауовна
студентка магистратуры 1 курса специальности Архитектура, научный руководитель Чекаева Рахима Усмановна Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Нур-Султан,К,азацстан
АННОТАЦИЯ
Виртуальная реальность (VR) за последние годы была признана и внедрена в инженерно -строительное сообщество (CEET), а также сферу образования благодаря преимуществам создания привлекательной и захватывающей среды. Установлено, что технологии виртуальной реальности, принятые для CEET, со временем преимущественно опережают возможности виртуальной реальности от программ для просмотра через компьютеры и ноутбуки. VR технологии с эффектом присутствия, а также виртуальная реальность на основе трехмерных игр до проектирования с поддержкой информационного моделирования зданий (BIM). В последние годы также появилась родственная технология, дополненная реальность (AR), для внедрения в CEET. Эти технологии были применены в визуализации архитектуры и дизайна, обучении строительной технике безопасности и охране труда, обучении оборудованию и операционным задачам, а также структурному анализу. Также были представлены направления будущих исследований, включая интеграцию виртуальной реальности с развивающимися парадигмами образования и технологиями визуализации. Полученные данные полезны как для исследователей, так и для преподавателей, поскольку они могут эффективно интегрировать виртуальную реальность в свои образовательные и учебные программы для повышения эффективности обучения. Последние достижения в области компьютерного интерфейса и мощности аппаратного обеспечения позволили создать прототипы дополненной реальности (AR) для различных архитектурных и дизайнерских приложений. В настоящее время для эффективного использования цифровой информации в отраслях архитектуры и дизайна необходимы более интуитивно понятные платформы визуализации. В качестве многообещающей платформы визуализации для удовлетворения этой потребности в этом документе представлена концепция и связанные с ней технологии AR, а также представлен обзор существующих приложений в области архитектуры и дизайна. Еще одна цель документа - обсудить, как идентифицированные ключевые технические проблемы потенциально могут быть решены в контексте архитектуры и проектирования приложений.
ABSTRACT
Virtual reality (VR) has been recognized and implemented in the civil engineering community (CEET) as well as education in recent years for the benefits of creating an engaging and immersive environment. It has been established that the virtual reality technologies adopted for CEET, over time, predominantly outstrip the capabilities of virtual reality from programs for viewing through computers and laptops. Immersive VR and 3D game-based virtual reality pre-design with building information modeling (BIM) support. A related technology, augmented reality (AR), has also emerged in recent years for implementation in CEET. These technologies have been applied in architecture and design visualization, building health and safety training, equipment and operational training, and structural analysis. Directions for future research were also presented, including the integration of virtual reality with evolving educational paradigms and visualization technologies. The findings are useful for both researchers and educators, as they can effectively integrate virtual reality into their educational and training programs to improve learning efficiency. Recent advances in computer interface and hardware power have resulted in augmented reality (AR) prototypes for a variety of architectural and design applications. More intuitive visualization platforms are needed to make effective use of digital information in the architecture and design industries. As a promising imaging platform to meet this need, this document introduces the concept and related AR technologies, and provides an overview of existing architecture and design applications. Another purpose of the document is to discuss how the identified key technical issues can potentially be solved in the context of application architecture and design.
Ключевые слова: Строительство зданий, Архитектурное образование Виртуальная реальность,'УгЯ технологии
Keywords: Building construction, Architectural education Virtual reality, VR technologies
Введение. Виртуальная реальность представляет собой принципиально
революционный способ взаимодействия с компьютерами. Это также новое мощное средство выражения, которое все еще развивается и
меняется. На основе преимуществ, недостатков и ограничений, обнаруженных в текущей разработке, объясняются возможные методы создания инструмента проектирования для изучения будущих возможностей. Есть надежда, что,
объединив виртуальную реальность и новые информационные технологии, виртуальную реальность можно будет использовать в качестве инструмента проектирования для повышения творческих способностей и в качестве инструмента исследования для решения разнообразных проблем, связанных с информационными средствами массовой информации, которые возникнут в 21 веке.
Основная часть. К миру информационных технологий применяются два термина: киберпространство и виртуальная реальность. Термин «киберпространство» впервые был использован Уильямом Гибсоном (1984) в книге под названием «Нейромант», чтобы проиллюстрировать воображаемый мир, переживаемый при взаимодействии в глобальном сетевом пространстве данных. Таким образом, киберпространство обозначает пространство данных компьютера. Все данные вводятся пользователями системы. А виртуальная реальность показывает эмоции и чувства, которые пользователи мира испытывают при использовании данной системы данных. Он включает в себя больше эмоциональных ситуаций, чем может предложить киберпространство. В этой статье определение виртуальной реальности относится к пространству данных, в котором может стимулироваться и отражаться некоторое подмножество человеческих чувств. Среда виртуальной реальности (VR) обеспечивает захватывающий опыт, в котором участники надевают очки с отслеживанием, чтобы просматривать стереоскопические изображения, слушать трехмерные звуки и могут свободно исследовать и взаимодействовать в трехмерном мире. Как усовершенствованный инструмент взаимодействия человека с компьютером и интерфейса (Durlach and Mavor, 1995; Mine, 1995a; 1995b), он не только предоставляет разнообразные средства для визуального, слухового и интерактивного изучения архитектурного дизайна (Ellis, 1991a; 1991b), но и позволяет дизайнерам воспринимать, схватывать и перемещать трехмерные элементы здания в пространстве виртуальной реальности.
В пространстве виртуальной реальности виртуальные дисплеи окружают пользователей трехмерными моделями. У пользователей появляется ощущение, что они живут в новом месте, вместо того, чтобы смотреть на картинку. С сенсорным погружением в пространство виртуальной реальности пользователи становятся частью окружающей среды и могут воспринимать и визуализировать окружающую среду, прогуливаясь по ней. Для архитекторов и дизайнеров применение VR позволит им частично понять пространственные качества своих собственных проектов и поможет понять свои работы, прогуливаясь по виртуальному пространству, чтобы визуализировать цвет и текстуру назначенных материалов, пропорции пространственной планировки, и эстетическое
выражение структурных элементов. Таким образом, виртуальная реальность станет ценным визуальным инструментом для изучения и преподавания архитектуры, и сейчас она находится на стадии стремительно развивающихся исследований.
До сих пор архитекторам приходилось передавать свои дизайнерские идеи с помощью масштабных моделей и перспективных чертежей. Если клиенты хотели изменений, чертежи и модели нужно было переделывать. Инструмент, который позволяет клиентам посещать проект и прогуливаться по нему, прежде чем он будет построен, принесет огромную пользу архитекторам и клиентам. Фредерик Брукс из UNC смоделировал новое здание информатики, Sitterson Hall, с рабочими чертежами в качестве руководства. Используя мощный графический компьютер, точку обзора можно расположить в любом месте модели для визуализации. Контролируя скорость и направление, можно создавать последовательные внутренние и внешние изображения. Используя беговую дорожку и рули, пользователи могут физически ходить по коридорам. В UNC были также разработаны другие программы для архитектурного пошагового руководства для создания визуального инструмента для оценки концепций проекта (Brooks, 1986). Первым коммерческим продуктом VR для маркетинговых концепций дизайна стала виртуальная кухня, разработанная в апреле 1991 года японской компанией Matsushita Electric Works. Клиенты могут увидеть, как будет выглядеть кухня, построенная по индивидуальному заказу (Bylinsky, 1991). Эти компьютерные симуляции предоставляют дизайнерам и клиентам ценные знания, которые можно использовать для улучшения окружающей среды и дизайна. Джон Уокер, один из основателей Autodesk, начал «Autodesk Cyberspace Initiative» в 1988 году. Применяя периферийные устройства виртуальной реальности, такие как перчатки и очки (дисплей на голове), они запустили виртуальную реальность на платформах ПК. Первый продукт является ядром нового объектно-ориентированного языка трехмерного моделирования под названием «Cyberspace Development Toolkit». Этот инструментарий предоставляет программистам простой способ создания сложных виртуальных сред. Подробное введение в историю VR и текущие разработки можно найти в Pimentel and Teixeirz (1995). Другая информация о VR в дизайне находится в Bertol (1997).
Системы виртуальной реальности
стремительно развиваются вместе с быстрым развитием компьютерного оборудования и программного обеспечения. В настоящее время самой передовой платформой для эффективного и мощного запуска виртуальной реальности является Silicon Graphic Machine. Пять функций, описывающих характеристики систем VR: трехмерный просмотр, динамическое отображение, пользователи являются активными навигаторами,
изображение, отображаемое в VR, является с точки зрения пользователя голова и мультимедийное взаимодействие (Stuart 1996). Виртуальная реальность - это человеко-машинный интерфейс, в котором компьютер создает среду сенсорного погружения, которая интерактивно реагирует на поведение пользователя и управляется им. Таким образом, в VR-сцене существуют две необычные особенности: погружение и интерактивность.
Успех создания среды VR заключается не в том, является ли созданный виртуальный мир таким же реальным, как и физический мир, а в том, является ли созданный мир достаточно реальным, чтобы зрители могли приостановить свое недоверие и создать ощущение пребывания там в течение определенного периода времени. Это относится к понятию погружения, что означает блокирование отвлекающих факторов и выборочное сосредоточение только на той информации, с которой вы хотите работать. Чтобы достичь этого эффекта погружения, изображение мира на дисплее рассматривается с точки зрения пользователя (той точки, которой управляет элемент управления). Таким образом, исследователь виртуальной среды будет смотреть на этот мир с точки зрения, подобной перспективе камеры, размещенной на голове исследователя, а не с фиксированной позиции камеры и точки обзора. Эффект погружения подобен эффекту зрителя и театральной постановки. Только когда зрители погрузятся в театр, их внимание сосредоточится на выступлениях актеров. Если в театре царит захватывающая атмосфера, то зрители приглашаются в рассказы артистов посредством декораций, драмы и музыки. Когда это работает, театр может привлечь публику и удерживать внимание аудитории. Этот захватывающий опыт может убедить, научить и вдохновить.
Интерактивность - важный аспект виртуальной реальности, имеющий два измерения: навигация по миру и динамика окружающей среды. Навигация - это способность пользователя передвигаться самостоятельно. Это также относится к количеству степеней свободы, предоставляемых программным обеспечением VR. Динамика среды - это гибкое позиционирование точки зрения пользователя. Его можно использовать, например, для перемещения по проекту нового здания, как если бы оно было в инвалидной коляске, чтобы проверить, действительно ли оно будет доступно для инвалидных колясок.
Недавнее развитие информационных технологий открывает огромные возможности для улучшения архитектурного образования с точки зрения методологий, стратегий и инструментов. Курсы по строительству зданий, которые преподаются в Колледже архитектуры и дизайна Иорданского университета науки и технологий, в основном зависят от традиционного метода преподавания, ориентированного на учителя, однако с использованием новых технологий, что
значительно упрощает процесс понимания объемных композиций.
Существует много способов создания пространства виртуальной реальности, хотя общие процедуры построения зданий на платформе SGI имеют следующие последовательности. Необходимо предварительно собрать планы этажей, фасады и прочую документацию здания. Модель твердого здания может быть построена программой MultiGen, 3dsMax, Revit, Archicad или любым трехмерным пакетом и сохранена в формате файла DXF для передачи на машины SGI для визуального отображения. Ключевой программой VR является программное обеспечение MultiGen, однако большие перспективы наблюдаются и в использовании программ для создания 3д компьютерных игр, таких как Unreal Engine. Это основные процедуры построения архитектурных моделей VR.
В виртуальной реальности зрители могут перемещаться по пространству и быстро получать компьютерное трехмерное изображение, воспринимаемое как перспективное. При создании реалистичной сцены здания можно моделировать с помощью любого программного обеспечения для трехмерного твердотельного моделирования. Однако для точного представления реальности в пространстве виртуальной реальности и получения эффекта погружения ключевым моментом является реалистичное представление. Чтобы честно отразить цвет и текстуру строительных материалов, можно использовать пакет рендеринга для создания очень близкого изображения и текстуры, отображая их на поверхности моделируемых объектов. Пользователи также могут делать фотографии реальных объектов, сканировать их через сканер и сопоставлять сканированное изображение с моделируемым объектом. Эти методы применимы к созданию травы, облаков и неба для среды VR. С другой стороны, трудно представить пейзаж, особенно деревья, текущую воду, огонь, дождь, дым и горы. Хотя методы наложения текстуры могут использоваться для создания неподвижного имитационного изображения, оно теряет ощущение реальности в режиме анимации. Одно из решений -техника фрактального программирования. За счет создания большого количества мелких элементов и элементов из частиц в трехмерном виде моделирование ландшафта будет более реалистичным, хотя и добавит риск использования большого объема компьютерной памяти. Другая проблема, связанная с представлением, - это уровень детализации и точности, которые являются критериями оценки успеха архитектурных моделей. Чем выше уровень детализации и точности, которые можно выразить в модели, тем более реалистичной она будет выглядеть. Конечно, для завершения модели здания также требуется больше времени, усилий и объема памяти.
Традиционно архитектурный дизайн начинается с идеи. Затем двухмерная концепция набрасывается на бумаге и строится трехмерная модель для оценки спроектированного продукта.
Это соглашение во многом связано с культурой и ограничивает стимулы и вдохновение для генерации идей. Явление обеспечения разнообразия во время проектирования дает возможность улучшить качество дизайна. В профессии дизайнера разнообразие расширит личное видение, обогатит память о мысленных образах и будет стимулировать разнонаправленное мышление. Хотя архитекторы использовали карандаш и бумагу для воплощения идей в физические продукты для поколений, компьютерные технологии произвели революцию в архитектурном представлении за последнее десятилетие. Дизайн-продукт можно отображать на компьютере под разными углами с потрясающими визуальными эффектами. Изменения легко вносить, а результаты отображаются мгновенно.
Заключение. Интерактивный характер компьютерных технологий - отличный обучающий инструмент. Виртуальная реальность обещает еще больше. Пользователи виртуальной реальности действительно ощущают среду, созданную компьютером. Применяя виртуальную реальность в студии архитектурного дизайна, студенты могут сразу понять пространственные качества своих собственных проектов, визуализировать цвет и текстуру материалов, понять основные компоненты системы HVAC, ощутить пропорции пространства и оценить эстетику интерьера. структурные элементы. УЯ сделает возможным выражение и построение идей, о которых раньше даже не мечтали. Студии дизайна, в которых обучают,
таким образом, будут очень эффективными. Предоставляя такие среды, виртуальной реальности в разных местах и связывая их вместе, дизайнеры могут видеть и обмениваться информацией. Если система может собирать данные, которые отправляются на разные сайты в разных странах, дизайнеры будут изучать различные принципы, методы и процессы проектирования, унаследованные от различных культур дизайна. Потенциальные клиенты могут визуализировать результаты и мгновенно предоставлять обратную связь. Усилия по разработке интерактивной среды, в которой дизайн можно рассматривать как промежуточное звено, создадут новый мир для дизайнеров, который позволит отказаться от условностей и повысить качество. VR изменит не только способ общения, но и способ нашего мышления.
Список литературы: •Bertol, D.: 1997, Designing Digital Space: An Architect's Guide to Virtual Reality, John Wiley & Sons New York.
•Biocca, F.: 1992, Communication within virtual reality: Creating a space for research, Journal of Communication, 42(4), 5-22.
•Bylinsky, G.: 1991, The marvels of "Virtual Reality," Fortune International, 123(12), 96.
•Visual Experience Automatic Virtual Environment. Communications of the ACM, 35:6, 6472.
