體育工程AR展示平臺(tái)構(gòu)建

趙云杰 唐竹韻 李吉 朱芷睿 李林燕

【摘 要】隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算攝像頭的位置和角度，并加上相應(yīng)圖像和視頻等虛擬信息達(dá)到與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行融合的場(chǎng)景效果，是近年來(lái)計(jì)算機(jī)視覺(jué)與人機(jī)交互領(lǐng)域備受關(guān)注的熱點(diǎn)。利用AR技術(shù)可將二維圖紙與三維BIM模型無(wú)縫對(duì)接，將BIM模型中的大量建設(shè)信息得以更充分展示，通過(guò)體育工程一張AR展示圖，可減少由于對(duì)圖紙的誤讀和信息傳遞失真所造成的巨大損失，減少施工人員反復(fù)讀圖、識(shí)圖所耗費(fèi)的時(shí)間，使得工程施工管理可視化、便捷化。

【關(guān)鍵詞】AR展示;體育工程一張圖;體育工程智能化管理;體育工程數(shù)字化

一、引言

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱 AR），是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無(wú)縫”集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息（視覺(jué)信息、聲音、味道、觸覺(jué)等）通過(guò)電腦等科學(xué)技術(shù)，模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。AR技術(shù)包含了多媒體、三維建模、實(shí)時(shí)視頻顯示及控制、多傳感器融合、實(shí)時(shí)跟蹤及注冊(cè)、場(chǎng)景融合等新技術(shù)與新手段。

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)通常采用從二維圖形到三維思維轉(zhuǎn)化的方法，由于二維圖紙或三維模型僅體現(xiàn)建筑物的部分信息，而設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象缺乏全方位的思考，眼界較窄、缺乏整合思維能力，因而一些設(shè)計(jì)缺陷常被掩蓋。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）引入建筑設(shè)計(jì)中，可以使建筑師的創(chuàng)作過(guò)程中通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的真實(shí)對(duì)象位置姿態(tài)跟蹤技術(shù)及虛實(shí)融合技術(shù)，將建筑設(shè)計(jì)三維模型在真實(shí)世界中注冊(cè)，并與真實(shí)的建筑周邊環(huán)境融合，有效避免建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境的建模，同時(shí)保證在設(shè)計(jì)結(jié)果中周邊環(huán)境的真實(shí)性，有利于設(shè)計(jì)師對(duì)建筑設(shè)計(jì)方案做出更合理的評(píng)估。

由于AR可在施工現(xiàn)場(chǎng)加載虛擬的施工內(nèi)容，使現(xiàn)場(chǎng)人員從平面化的數(shù)據(jù)提取這種需要較高專業(yè)素養(yǎng)的活動(dòng)中解脫出來(lái)，就可以在現(xiàn)場(chǎng)施工管理中減少由于施工組織和圖紙的誤解和信息傳遞的失真所造成的巨大損失，減少施工員反復(fù)讀圖識(shí)圖的時(shí)間，輔助施工員的管理、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的培訓(xùn)甚至通過(guò)加載明顯的標(biāo)記信息強(qiáng)調(diào)重要節(jié)點(diǎn)的施工從而有利于現(xiàn)場(chǎng)安全管理。

二、系統(tǒng)構(gòu)建

結(jié)合體育工程施工現(xiàn)場(chǎng)直觀展示的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，參照國(guó)家、省電子政務(wù)一系列規(guī)范，面向工程管理部門(mén)、運(yùn)營(yíng)企業(yè)和施工企業(yè)形成體育工程AR展示平臺(tái)的總體框架思路布局如圖1所示。

系統(tǒng)將通過(guò)視景仿真、數(shù)字動(dòng)畫(huà)生成，綜合集成計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)體育施工現(xiàn)場(chǎng)、動(dòng)態(tài)變化的實(shí)景展示，構(gòu)建和共享體育工程資源庫(kù)，形成體育工程“一張圖”，并對(duì)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，搭建體育工程AR展示平臺(tái)。下面主要對(duì)系統(tǒng)的核心“體育工程一張圖”以及數(shù)據(jù)獲取和具體的應(yīng)用進(jìn)行分析。

（一）體育工程“一張圖”

智能化停車管理綜合平臺(tái)的核心是停車資源數(shù)據(jù)。通過(guò)構(gòu)建體育工程“一張圖”和體育工程共享平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)理論，綜合構(gòu)建體育工程的分析專題，統(tǒng)一對(duì)外提供共享服務(wù)，體育工程AR影像數(shù)據(jù)獲取步驟如圖2所示。體育工程“一張圖”包括AR影像圖、工程數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、其他專題數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)，它們被統(tǒng)一保存在服務(wù)器端。由于體育工程資源數(shù)據(jù)中的專題數(shù)據(jù)中的工程信息和人員出入是動(dòng)態(tài)互動(dòng)獲得，在數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)設(shè)置歷史庫(kù)、臨時(shí)庫(kù)和現(xiàn)勢(shì)庫(kù)確保數(shù)據(jù)的及時(shí)更新維護(hù)。

（二）體育工程信息采集器

體育工程信息采集器主要完成體育工程現(xiàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器，其系統(tǒng)功能由三部分組成：體育工程信息采集單元、設(shè)備信息處理與控制單元和和數(shù)據(jù)GPRS無(wú)線傳輸單元。該采集器可實(shí)時(shí)完成對(duì)體育工程信息進(jìn)行采集，經(jīng)控制中心處理器處理數(shù)據(jù)后，再通過(guò)GPRS無(wú)線通信終端將車場(chǎng)車位信息進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，最后通過(guò)平臺(tái)對(duì)體育工程狀態(tài)信息進(jìn)行發(fā)布。

（三）體育工程信息查看

將體育工程信息在平臺(tái)中進(jìn)行維護(hù)更新，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)數(shù)據(jù)共享服務(wù)方式，可將數(shù)據(jù)庫(kù)中的體育工程信息集成至體育工程AR一張圖中，工程管理人員通過(guò)直接在AR一張圖上點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的工程模塊，即可查看改模塊的基礎(chǔ)工程信息，如工程任務(wù)、工程施工單位、工程監(jiān)理單位、工程要求等各類工程基礎(chǔ)信息。

（四）體育工程進(jìn)展查詢

通過(guò)建立一整套科學(xué)完善的管理監(jiān)督評(píng)價(jià)體系，對(duì)體育工程的進(jìn)展實(shí)時(shí)核計(jì)，平臺(tái)開(kāi)發(fā)工程進(jìn)展預(yù)測(cè)模型，通過(guò)將工程管理中獲取的AR影像信息、工程管理人員掌握信息、工程監(jiān)理人員反饋信息進(jìn)行綜合演算，將體育工程的實(shí)時(shí)預(yù)計(jì)進(jìn)展集成顯示在AR一張圖中，方便管理人員實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤，提升管理水平。

（五）體育工程監(jiān)測(cè)信息集成

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取體育工程每個(gè)重要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在體育工程AR展示平臺(tái)中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備每日、每月和每年以及不同時(shí)段的數(shù)據(jù)集成展現(xiàn)，并可將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備獲取的每日、每月、每年以及不同時(shí)段的數(shù)據(jù)分析、趨勢(shì)變化情況集成展現(xiàn)在AR一張圖中。這些信息可以為體育工程管理部門(mén)、監(jiān)理部門(mén)、施工部門(mén)及上級(jí)主管部門(mén)提供智能化管理數(shù)據(jù)支撐。

（六）體育工程數(shù)據(jù)分析

在體育工程AR展示平臺(tái)中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每日、每月和每年以及不同時(shí)段的分析;同時(shí)通過(guò)分析用戶搜索條件，分析搜索的地區(qū)、工程進(jìn)展情況等，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，并以直觀的圖表進(jìn)行展現(xiàn)，管理人員及相關(guān)人員查看體育工程數(shù)據(jù)情況一目了然。

三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

為了驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，以蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院操場(chǎng)體育工程為例，進(jìn)行了體育工程AR展示平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)。主要以Java、MySQL等工具實(shí)現(xiàn)了體育工程“一張圖”、體育工程數(shù)據(jù)分析、AR展示系統(tǒng)等功能。

圖3為體育工程AR“一張圖”，通過(guò)一張圖可以展示動(dòng)態(tài)體育工程施工現(xiàn)場(chǎng)信息，可實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)體育工程進(jìn)展情況，也可以查詢當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也將體育工程各類相關(guān)的數(shù)據(jù)依據(jù)不同條件、不同類別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的圖表一體化在AR“一張圖”中進(jìn)行集成。

圖4為體育工程信息查詢結(jié)果。在AR全景圖像中點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的工程，可將工程的基本信息進(jìn)行展現(xiàn)，包括工程的基本情況、任務(wù)概況、工程標(biāo)段、質(zhì)量要求、管理單位、管理人員、施工單位、施工人員、監(jiān)理單位、監(jiān)理人員、施工材料、生成廠家、性能指標(biāo)等各類體育工程基礎(chǔ)信息。

圖5為工程進(jìn)度查詢結(jié)果，可在全景圖像上以浮窗的形式直接將該工程的實(shí)時(shí)預(yù)計(jì)進(jìn)度狀況顯示出來(lái)，包括工程預(yù)計(jì)進(jìn)度、管理人員巡查數(shù)據(jù)、監(jiān)理人員反饋數(shù)據(jù)、施工單位報(bào)送數(shù)據(jù)、相關(guān)附件資料等信息，管理人員通過(guò)查看施工現(xiàn)場(chǎng)AR影像一張圖時(shí)，即可將其體育工程相關(guān)的各類數(shù)據(jù)集成反映。

四、總結(jié)

本文結(jié)合AR技術(shù)、VR技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、GIS技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)可滿足實(shí)際需要的體育工程AR展示平臺(tái)，通過(guò)采集體育工程AR數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)、體育工程數(shù)據(jù)的共享接口以及AR展示系統(tǒng)，滿足為管理部門(mén)、施工企業(yè)和相關(guān)主管部門(mén)提供體育工程數(shù)據(jù)資源的實(shí)時(shí)展示、查詢、統(tǒng)計(jì)和管理等功能，為體育工程管理提供了智能化支撐。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 錢(qián)慶平，楊烈君，章立亮. 基于VR和AR的三維產(chǎn)品展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 寧德師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2018，030（001）： 76-80.

[2]黃如寤，鄧?yán)誓? BIM與AR技術(shù)在工程質(zhì)量管理中的應(yīng)用. 建材發(fā)展導(dǎo)向， 2018，016（005）：280-281.

[3]黃濤娟. AR技術(shù)在建筑施工領(lǐng)域中的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用. 數(shù)字建造，2018，10（053）： 1001-1004.

[4]王廷魁，胡攀輝，楊喆文.基于BIM與AR的施工質(zhì)量控制研究.項(xiàng)目管理技術(shù)，2015，013（005）：19-23.

[5]林海，楊旭東. 基于BIM平臺(tái)的AR技術(shù)在機(jī)電安裝工程施工管理中的應(yīng)用.互聯(lián)網(wǎng)天地，2019，（04）：125-126.

[6]朱鋒. BIM+VR/AR工程建設(shè)與管理體系的建構(gòu). 建筑設(shè)計(jì)管理，2018，35（06）：87-89.