XSENS@用于建筑工地的新型混合現(xiàn)實全息投影儀

建筑專業(yè)人員現(xiàn)在可以在一塊磚砌好之前就能“看到”建筑物的位置和豐富的細節(jié).

士兵們有一句諺語，“沒有一個作戰(zhàn)計劃能在與敵人的第一次接觸中幸存?！?/p>

以一種不那么危險的方式，建筑行業(yè)還必須處理紙面上的理想計劃(以建筑師的圖紙形式)與現(xiàn)實之間的差異。建筑師的設(shè)計是一個愿景，但實現(xiàn)這一愿景的工作是建設(shè)者的。

幾個世紀以來，建筑師向建筑者傳達他們的愿景的主要方式是平面圖或圖紙的形式:一種2D，對3D現(xiàn)實的抽象表現(xiàn)。即使在今天，當數(shù)字系統(tǒng)已經(jīng)在如此多的領(lǐng)域取代了基于紙張的方法時，建筑商仍然依賴于建筑師計劃的計算機渲染——當在顯示屏上觀看時，這些圖紙仍然是2D的。

在頭腦中把一個平面的、抽象的表現(xiàn)投射到3D現(xiàn)實上—換句話說，想象在一塊磚砌好之前，完工的結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場會是什么樣子—需要建筑專業(yè)人士的技能、判斷和解釋。不可避免地，這為建筑項目團隊成員之間的錯誤、誤算和誤解創(chuàng)造了空間。

圖1:建筑工地上使用的EBMR混合現(xiàn)實頭盔

Dura Vermeer是一家著名的荷蘭家族建筑公司，專門從事(商業(yè))房地產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施的開發(fā)、工程、建設(shè)和維護。如今，Dura Vermeer和Dura Vermeer之間的合資企業(yè)開發(fā)出了一種全新的方式，讓建筑商可以在現(xiàn)場看到建筑師的設(shè)計再創(chuàng)造增強現(xiàn)實軟件開發(fā)商。被稱為EBMR(工程建筑混合現(xiàn)實)頭盔，它首次提供了一個建筑師的平面圖的3D實時全息渲染，覆蓋在用戶的建筑工地視圖上。站在一個空的建筑工地上，用戶可以看到正確定位的結(jié)構(gòu)，就好像它已經(jīng)建成了一樣(見圖1)。當用戶移動時，他們的結(jié)構(gòu)視圖也會移動。用戶不再需要根據(jù)對圖紙的理解來想象建筑的樣子:EBMR頭盔向用戶精確地展示了建筑的樣子，而無需看圖紙。

EBMR頭盔的開發(fā)是一項非凡的技術(shù)成就，它依賴于尖端硬件和軟件技術(shù)的先進結(jié)合，包括XsensMTi-300.

一種不同的安全帽

戴頭盔是建筑專業(yè)人員的第二天性:安全條例要求他們在現(xiàn)場戴安全帽。因此，Dura Vermeer的想法是為建筑商設(shè)計一個安全帽，向他們展示他們要建造的東西，這非常符合他們作為荷蘭領(lǐng)先建筑公司之一的角色。

Dura Vermeer為EBMR項目帶來了160年的建筑行業(yè)經(jīng)驗。它深知將建筑師的圖紙轉(zhuǎn)化為詳細的分步施工計劃的難度，以及在有時由數(shù)百名建筑商組成的大型團隊中協(xié)調(diào)施工計劃實施的難度。Recreate的開發(fā)團隊多年來一直致力于虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實等技術(shù)，憑借他們的知識，開發(fā)出了使用微軟HoloLens可視化3D模型的軟件。

指導(dǎo)建筑項目管理的主要文件是建筑師的藍圖，如Dura Vermeer所承擔的項目。但是藍圖和給建造者的指令不是一回事。例如，建筑師的圖紙可能要求建造一堵墻。建筑商需要確切地知道需要在哪里挖地基的洞。紙上或電腦上的圖畫不能指著泥里的一個點說，“在這里挖洞?！?/p>

圖2:微軟HoloLens將一個建筑設(shè)計投射到用戶對建筑場地的看法上

EBMR頭盔可以。它提供了繪圖的真實世界投影，因此建造者可以在現(xiàn)場走動，并準確地“看到”結(jié)構(gòu)的每個元素將走向哪里(參見圖2)。使用超精確的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，頭盔知道用戶在地球表面的確切位置。從圖紙上，它確切地知道該結(jié)構(gòu)將建在地球表面的什么地方。然后，它可以在虛擬現(xiàn)實中“構(gòu)建”該結(jié)構(gòu)，并將其呈現(xiàn)給用戶，準確定位和定向。因為它是全息呈現(xiàn)的，這個結(jié)構(gòu)覆蓋在用戶面前的視野上——一個“混合現(xiàn)實”的展示。

EBMR頭盔已經(jīng)在試點項目中使用，例如Dura Vermeer在荷蘭建造的一座橋梁，并在其中提供了三個有價值的好處:

節(jié)約時間

• –頭盔使施工和現(xiàn)場經(jīng)理能夠在任務(wù)排序、建筑設(shè)備等資產(chǎn)分配以及材料采購和儲存方面做出更快、更好的決策。這導(dǎo)致減少時間、資產(chǎn)和材料的浪費。

成本節(jié)約

• –EBMR頭盔非常精確，可以用來進行現(xiàn)場測量，而這在以前需要專業(yè)測量員的服務(wù)?，F(xiàn)在，這種測量可以由建筑隊的普通成員進行。因為頭盔的使用也降低了出錯的可能性，所以減少了對昂貴且耗時的返工的需求。

質(zhì)量改進

• –EBMR頭盔消除了判斷和解釋建筑師圖紙的要求。當建造者可以查看現(xiàn)場，并看到在需要建造的位置需要建造什么時，他們的工作傾向于更加精確地符合建筑師的意圖，沒有缺陷或差異。

一流技術(shù)的結(jié)合

為了提供EBMR頭盔的功能，Dura Vermeer和Recreate需要四個主要硬件元素(見圖3):

全息投影儀

• -這是一個安裝在頭盔前面的微軟HoloLens設(shè)備。Hololens是世界上最廣泛用于專業(yè)應(yīng)用的全息設(shè)備。

定位系統(tǒng)

• -這是安裝在頭盔頂部的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收器。GNSS接收器是基于半導(dǎo)體的小型模塊，通常用于車輛和移動電話，以支持導(dǎo)航和制圖應(yīng)用。EBMR頭盔使用精確的GNSS接收器來提供精確的定位坐標。

電池電源

• -這需要提供足夠的容量，以便在兩次充電之間為設(shè)備供電一整天，因為現(xiàn)場充電可能并不總是可行的。

Xsens MTi-300

• 一種運動傳感器模塊，提供方向和航向信息。因為Xsens運動跟蹤器(MTi-300），頭盔知道用戶面向哪個方向，以及頭部的位置。在導(dǎo)航術(shù)語中，這種定位信息被稱為俯仰、滾動和偏航。航向信息是相對于磁北的羅盤讀數(shù)。

圖EBMR頭盔是標準的安全帽形式，現(xiàn)在足夠舒適，可以長時間佩戴。顯示的圖片是1標準時間頭盔的版本。

為了避免其他電子系統(tǒng)和IMU之間的磁干擾風險，IMU包含一個極其敏感的磁力計或磁羅盤，IMU安裝在頭盔的后部。

Xsens是提供可穿戴IMU的專家。它是全球領(lǐng)先的運動追蹤緊身衣提供商，好萊塢電影公司的動畫電影制作中的演員以及汽車行業(yè)的碰撞測試假人都穿著這種緊身衣。Xsens IMUs在這些應(yīng)用中很受歡迎，因為它們集緊湊尺寸、超低功耗和高精度于一體。Xsens還為系統(tǒng)開發(fā)人員提供了全面的開發(fā)工具套件和配置工具，能夠在任何應(yīng)用中快速優(yōu)化運動跟蹤和定位功能的特性。

EBMR系統(tǒng)的另一個重要元素由Recreate提供:該軟件將建筑師的計算機繪圖轉(zhuǎn)換為全息透鏡投影的全息圖像。該軟件將圖紙中的信息與來自IMU和GNSS接收器的實時定位和方向信息相融合，以投射全息圖像，該圖像在水平和垂直平面上準確地代表了觀察者對虛擬建筑的視角。

EBMR:建筑規(guī)劃和管理技術(shù)的革命

EBMR的性能已經(jīng)在詳細的現(xiàn)場試驗中得到證明:它對建筑設(shè)計的可視化足夠精確，可以用來代替專業(yè)的測量設(shè)備。它足夠舒適，可以長時間穿著，受到了建筑工人的熱烈歡迎。這是一項革命性的發(fā)展，取代了數(shù)百年來建筑設(shè)計的2D表現(xiàn)形式，并取代了3D投影，后者在混合現(xiàn)實中與用戶對建筑工地的實時視圖無縫融合。

EBMR頭盔已經(jīng)幫助Dura Vermeer在大型復(fù)雜的土木工程和建筑項目中加快建筑項目、降低成本并提高施工質(zhì)量。