späť na obsah časopisu

Hlavným zámerom tohto článku je ukázať možné aplikácie virtuálnej a zmiešanej reality v procese projektovania stavieb. Zaoberá sa históriou virtuálnej reality a súčasnými možnosťami rôznych headsetov pre virtuálnu realitu (VR). Zobrazuje proces návrhu, VR headsety, VR softvér atď. Ukazuje aj možné aplikácie v budúcnosti, najmä v stavebníctve.

 

Čo je virtuálna realita?

Podľa American Heritage Science Dictionary je virtuálna realita počítačová simulácia skutočného alebo imaginárneho sveta alebo scenára, v ktorej môže používateľ interagovať so simulovanými predmetmi alebo živými vecami v reálnom čase. Sofistikovanejšie systémy virtuálnej reality umiestňujú na telo používateľa senzory, ktoré snímajú pohyby a tie systém interpretuje ako pohyby v simulovanom svete; binokulárne okuliare sa niekedy používajú na simuláciu vzhľadu predmetov v troch rozmeroch [1].

 

História virtuálnej reality

Stereoskopia. Stereoskopia je technika na vytvorenie alebo zosilnenie ilúzie hĺbky v obraze pomocou stereopsie na binokulárne videnie. Slovo stereoskopia pochádza z gréckeho στερεός (stereos), čo znamená „pevný“, a σκοπέω (skopeō), čo znamená „dívať sa, vidieť“. Akýkoľvek stereoskopický obraz sa nazýva stereogram. Pôvodne stereogram označoval pár stereoobrázkov, ktoré bolo možné prezerať pomocou stereoskopu.

Väčšina stereoskopických metód zobrazuje dva ofsetové obrazy oddelene pre ľavé a pravé oko diváka. Tieto dvojrozmerné obrazy sa potom kombinujú v mozgu, aby poskytli vnímanie 3D hĺbky. Táto technika sa odlišuje od 3D displejov, ktoré zobrazujú obraz v troch plných rozmeroch, čo umožňuje pozorovateľovi zvýšiť informácie o zobrazovaných trojrozmerných objektoch pohybmi hlavy a očí [2]. Tento princíp sa nazýva stereoskopia a samotný výpočet hĺbok sa nazýva triangulácia (obr. č. 1) [3].

 

 

Obr. č. 1 Stereoskopia. 3D scéna sa premietne do dvoch 2D obrazov. Hĺbky dl a dr je možné získať, ak sú známe vzdialenosti B, dx a niektoré ďalšie parametre kamery (alebo očí) [3]

 

Prvá stereografická fotografia. V roku 1838 Charles Wheatstone a Fox Talbot spolupracovali na stereofotografii, ktorá umožnila kombinovať dvojice identických obrazov a prezerať ich 3D okuliarmi (obr. č. 2) [4]. Pozostáva z dvoch fotografií zhotovených v rôznych polohách fotoaparátu. Potom sa táto stereofotografia vloží do stereoskopu. Keď sa ľudia pozerajú cez stereoskop, môžu vidieť statický 3D obraz.

 

 

 

Obr. č. 2 Stereografická fotografia v roku 1901 [4]

Na vytvorenie 3D obrazu zo zdrojov 2D obrazu sa používa viac techník. Začali sa rozvíjať s kinematografiou. Toto je zoznam používaných aktívnych/pasívnych techník: shutter systémy, polarizačné systémy, interferenčné filtračné systémy, color anaglyph systémy, chromadepth systém, Pulfrich systém atď. Všetky tieto systémy vyvinuté v histórii viedli k vývoju zariadení virtuálnej reality, ako ich poznáme dnes.

 

Virtuálna realita – VR a rozšírená realita – AR

Virtuálna realita a zariadenia pre VR. Virtuálna realita je plne počítačom generované prostredie odosielané na zobrazovacie zariadenie. Jeho princíp je založený na stereoskopii. Namiesto tlačených obrázkov využíva dvojicu full HD displejov. Jeden displej je pre každé oko.

Zariadenia virtuálnej reality majú ďalšie ovládače, pomocou ktorých sa môžeme pohybovať vo VR scéne. Niektoré majú pohybové senzory, ktoré sledujú našu polohu v 3D priestore. Náš pohyb v 3D priestore je vďaka nim presnejší.

Bežná špecifikácia headsetov je: OLED displeje s rozlíšením 2 160 × 1 200 pixelov, obnovovacia frekvencia 90 Hz, zorné pole 110 stupňov, akcelerometer, gyroskop, laserový sledovací systém, sledovacia kamera. Pokročilejšie headsety disponujú funkciou sledovania oka (kamery vnútri headsetu), tým sa dá docieliť lepšie zaostrenie obrazu v mieste scény, kde práve smerujeme svoj pohľad.

 

Obr. č. 3 Príklady zariadení virtuálnej reality – zľava doprava: Google Glass, Samsung VR, Oculus Rift, HTC Vive. [5]

 

Softvér. Virtuálna realita bola primárne vytvorená pre zábavný priemysel – hry a filmy. Zariadenia VR potrebujú výkonné počítače na výpočet veľkého množstva operácií. Ak ich chceme používať v stavebníctve, musíme tieto zariadenia urobiť mobilnými. Môžeme ich pripojiť cez bezdrôtový systém, ale stále potrebujeme výkonné výpočtové zariadenie. Preto musíme vytvoriť softvér, ktorý predpovedá a zjednoduší tieto komplikované numerické metódy na generovanie 3D VR scény. V súčasnosti sa na vývoj hier používa softvér, keď chceme vytvoriť VR scénu zo softvéru CAD alebo BIM. Potrebujeme previesť modely na platformy na vývoj hier ako Unity 3D alebo Unreal Engine. Vznikajú aj špecializované programy na tvorbu vizualizácií a prechádzania v takomto modeli v reálnom čase. Výpočtové jadro týchto programov je však takisto prevzaté zo softvérov určených pre herný priemysel. Príkladmi takýchto softvérov sú napr. Twinmotion a Enscape. Tieto predstavujú veľmi jednoduchý systém importovania modelu z aplikácie BIM do vizualizačného softvéru. Jednoduchým prepojením s VR headsetom je možné sa poprechádzať v scéne, meniť povrchy, meniť spôsoby zobrazenia modelu, pozrieť sa na simuláciu výstavby. Ak použijeme model BIM a vizualizačný softvér túto funkcionalitu podporuje, vieme si pozrieť aj kompletné informácie o prvkoch.

 

Rozšírená a zmiešaná realita (AR). Rozšírená a zmiešaná realita kombinuje objekty a scény VR so skutočným svetom. Rozhranie môže interagovať aj s reálnym svetom, takže používatelia môžu vidieť, aké typy konštrukcií sú už vytvorené a aké konštrukcie budú vytvorené. Budúce kolízie budeme môcť vidieť na mieste a opraviť ich. To je veľmi výhodné na stavbe. Pracovníci môžu mať prilby s integrovaným zariadením a vidieť zmeny pri konštrukcii v reálnom čase. Rozšírená realita využíva nezávislé výpočtové zariadenie, ktoré je integrované v náhlavnej súprave. Táto funkcia je veľmi pohodlná, ale cena týchto zariadení je veľmi vysoká. V poslednom čase narástol záujem spoločností o rozšírenú/zmiešanú realitu. Toto nové médium nie je určené len na zábavu, ale aj pre umenie a dizajn, vzdelávanie, simulácie, psychológiu a pod. [7].

Virtuálna realita a stavebníctvo

Pojem virtuálna realita sa ľuďom spája väčšinou so zábavou. Využíva sa hlavne v hernom priemysle. V poslednom čase sa však rozširuje aj do oblasti stavebníctva. Ako sme už spomínali, virtuálna realita sa dá použiť na prezentáciu návrhov v 3D priestore (obr. č. 5). Na to slúži 3D modelovací program a rendrovacie jadro (vo väčšine prípadov je to plugin programu alebo samostatný program, kam sa importuje geometria z modelovacieho programu), ktoré podporuje prepočítavanie obrazu do VR headsetu v reálnom čase. Na to je potrebný aj dostatočný výpočtový výkon. V stavebnom priemysle však nejde len o vizualizácie. Pri používaní virtuálnej reality je možné skúmať konštrukcie zvnútra, pochopiť detaily, postupy vytvárania konštrukcie atď. Rozšírená realita sa používa priamo na stavbách, kde sa skúmajú zabudované prvky, predchádza sa rôznym druhom a stupňom kolízií.

 

 Celý článok nájdete v aktuálnom čisle Eurostavu


Autor
Ing. Lukáš Bosák, PhD.
Digitalizované ukážky časopisov
E-shop eurostav
Archbooks
YTONG