XSENS@用于建筑工地的新型混合现实全息投影仪

建筑专业人员现在可以在一块砖砌好之前就能“看到”建筑物的位置和丰富的细节.

士兵们有一句谚语，“没有一个作战计划能在与敌人的第一次接触中幸存。”

以一种不那么危险的方式，建筑行业还必须处理纸面上的理想计划(以建筑师的图纸形式)与现实之间的差异。建筑师的设计是一个愿景，但实现这一愿景的工作是建设者的。

几个世纪以来，建筑师向建筑者传达他们的愿景的主要方式是平面图或图纸的形式:一种2D，对3D现实的抽象表现。即使在今天，当数字系统已经在如此多的领域取代了基于纸张的方法时，建筑商仍然依赖于建筑师计划的计算机渲染——当在显示屏上观看时，这些图纸仍然是2D的。

在头脑中把一个平面的、抽象的表现投射到3D现实上—换句话说，想象在一块砖砌好之前，完工的结构在现场会是什么样子—需要建筑专业人士的技能、判断和解释。不可避免地，这为建筑项目团队成员之间的错误、误算和误解创造了空间。

图1:建筑工地上使用的EBMR混合现实头盔

Dura Vermeer是一家著名的荷兰家族建筑公司，专门从事(商业)房地产和基础设施的开发、工程、建设和维护。如今，Dura Vermeer和Dura Vermeer之间的合资企业开发出了一种全新的方式，让建筑商可以在现场看到建筑师的设计再创造增强现实软件开发商。被称为EBMR(工程建筑混合现实)头盔，它首次提供了一个建筑师的平面图的3D实时全息渲染，覆盖在用户的建筑工地视图上。站在一个空的建筑工地上，用户可以看到正确定位的结构，就好像它已经建成了一样(见图1)。当用户移动时，他们的结构视图也会移动。用户不再需要根据对图纸的理解来想象建筑的样子:EBMR头盔向用户精确地展示了建筑的样子，而无需看图纸。

EBMR头盔的开发是一项非凡的技术成就，它依赖于尖端硬件和软件技术的先进结合，包括Xsens MTi-300.

一种不同的安全帽

戴头盔是建筑专业人员的第二天性:安全条例要求他们在现场戴安全帽。因此，Dura Vermeer的想法是为建筑商设计一个安全帽，向他们展示他们要建造的东西，这非常符合他们作为荷兰领先建筑公司之一的角色。

Dura Vermeer为EBMR项目带来了160年的建筑行业经验。它深知将建筑师的图纸转化为详细的分步施工计划的难度，以及在有时由数百名建筑商组成的大型团队中协调施工计划实施的难度。Recreate的开发团队多年来一直致力于虚拟现实、增强现实和混合现实等技术，凭借他们的知识，开发出了使用微软HoloLens可视化3D模型的软件。

指导建筑项目管理的主要文件是建筑师的蓝图，如Dura Vermeer所承担的项目。但是蓝图和给建造者的指令不是一回事。例如，建筑师的图纸可能要求建造一堵墙。建筑商需要确切地知道需要在哪里挖地基的洞。纸上或电脑上的图画不能指着泥里的一个点说，“在这里挖洞。”

图2:微软HoloLens将一个建筑设计投射到用户对建筑场地的看法上

 

EBMR头盔可以。它提供了绘图的真实世界投影，因此建造者可以在现场走动，并准确地“看到”结构的每个元素将走向哪里(参见图2)。使用超精确的卫星定位数据，头盔知道用户在地球表面的确切位置。从图纸上，它确切地知道该结构将建在地球表面的什么地方。然后，它可以在虚拟现实中“构建”该结构，并将其呈现给用户，准确定位和定向。因为它是全息呈现的，这个结构覆盖在用户面前的视野上——一个“混合现实”的展示。

EBMR头盔已经在试点项目中使用，例如Dura Vermeer在荷兰建造的一座桥梁，并在其中提供了三个有价值的好处:

节约时间

• –头盔使施工和现场经理能够在任务排序、建筑设备等资产分配以及材料采购和储存方面做出更快、更好的决策。这导致减少时间、资产和材料的浪费。

成本节约

• –EBMR头盔非常精确，可以用来进行现场测量，而这在以前需要专业测量员的服务。现在，这种测量可以由建筑队的普通成员进行。因为头盔的使用也降低了出错的可能性，所以减少了对昂贵且耗时的返工的需求。

质量改进

• –EBMR头盔消除了判断和解释建筑师图纸的要求。当建造者可以查看现场，并看到在需要建造的位置需要建造什么时，他们的工作倾向于更加精确地符合建筑师的意图，没有缺陷或差异。

一流技术的结合

为了提供EBMR头盔的功能，Dura Vermeer和Recreate需要四个主要硬件元素(见图3):

全息投影仪

• -这是一个安装在头盔前面的微软HoloLens设备。Hololens是世界上最广泛用于专业应用的全息设备。

定位系统

• -这是安装在头盔顶部的全球导航卫星系统(GNSS)接收器。GNSS接收器是基于半导体的小型模块，通常用于车辆和移动电话，以支持导航和制图应用。EBMR头盔使用精确的GNSS接收器来提供精确的定位坐标。

电池电源

• -这需要提供足够的容量，以便在两次充电之间为设备供电一整天，因为现场充电可能并不总是可行的。

  Xsens MTi-300

• 一种运动传感器模块，提供方向和航向信息。因为Xsens运动跟踪器(MTi-300），头盔知道用户面向哪个方向，以及头部的位置。在导航术语中，这种定位信息被称为俯仰、滚动和偏航。航向信息是相对于磁北的罗盘读数。

图EBMR头盔是标准的安全帽形式，现在足够舒适，可以长时间佩戴。显示的图片是1标准时间头盔的版本。

为了避免其他电子系统和IMU之间的磁干扰风险，IMU包含一个极其敏感的磁力计或磁罗盘，IMU安装在头盔的后部。

Xsens是提供可穿戴IMU的专家。它是全球领先的运动追踪紧身衣提供商，好莱坞电影公司的动画电影制作中的演员以及汽车行业的碰撞测试假人都穿着这种紧身衣。Xsens IMUs在这些应用中很受欢迎，因为它们集紧凑尺寸、超低功耗和高精度于一体。Xsens还为系统开发人员提供了全面的开发工具套件和配置工具，能够在任何应用中快速优化运动跟踪和定位功能的特性。

EBMR系统的另一个重要元素由Recreate提供:该软件将建筑师的计算机绘图转换为全息透镜投影的全息图像。该软件将图纸中的信息与来自IMU和GNSS接收器的实时定位和方向信息相融合，以投射全息图像，该图像在水平和垂直平面上准确地代表了观察者对虚拟建筑的视角。

EBMR:建筑规划和管理技术的革命

EBMR的性能已经在详细的现场试验中得到证明:它对建筑设计的可视化足够精确，可以用来代替专业的测量设备。它足够舒适，可以长时间穿着，受到了建筑工人的热烈欢迎。这是一项革命性的发展，取代了数百年来建筑设计的2D表现形式，并取代了3D投影，后者在混合现实中与用户对建筑工地的实时视图无缝融合。

EBMR头盔已经帮助Dura Vermeer在大型复杂的土木工程和建筑项目中加快建筑项目、降低成本并提高施工质量。