KONCEPT INFORMACIJSKEGA SISTEMA ZA UPORABO NADGRAJENE RESNIČNOSTI IN BIM-a NA GRADBIŠČU

Transcription

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA GRADBENIŠTVO David Polanec KONCEPT INFORMACIJSKEGA SISTEMA ZA UPORABO NADGRAJENE RESNIČNOSTI IN BIM-a NA GRADBIŠČU Magistrsko delo Maribor, junij 2014

2

3 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču I Fakulteta za gradbeništvo Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM KONCEPT INFORMACIJSKEGA SISTEMA ZA UPORABO NADGRAJENE RESNIČNOSTI IN BIM-a NA GRADBIŠČU Študent: Študijski program: Smer: David POLANEC Podiplomski študij 2. stopnja, Gradbeništvo Gradbeni management Mentor: doc. dr. Andrej Tibaut Somentor: / Lektorica: Iris Strelec, prof. slovenščine in zgodovine Maribor, junij 2014

4

5 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču II

6

7 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču III Fakulteta za gradbeništvo ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju, doc. dr. Andreju Tibautu, za pomoč, svetovanje in sodelovanje pri nastajanju magistrskega dela. Posebna zahvala velja ožjim družinskim članom, ki so me podpirali tekom celotnega študija. Zahvala velja tudi Iris Strelec, prof., za strokovno lektoriranje.

8

9 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču IV KONCEPT INFORMACIJSKEGA SISTEMA ZA UPORABO NADGRAJENE RESNIČNOSTI IN BIM-a NA GRADBIŠČU Ključne besede: gradbišče, BIM, nadgrajena resničnost, primeri uporabe, AR4BIM UDK: :[ ])(043.2) POVZETEK Magistrsko delo obravnava koncept in prototip informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in informacijskega modela zgradbe (BIM) na gradbišču. Izvedli smo raziskavo uporabe tehnologije za nadgrajeno resničnost na gradbišču, izdelali specifikacijo zahtev in prototipno rešitev sistema AR4BIM. V okviru raziskave tehnologij za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču smo obravnavali način delovanja posameznih tehnologij. Podrobno smo proučili možnost uporabe obstoječih tehnologij in orodij ter izvedli eksperimente pri iskanju ustreznih rešitev za uporabo nadgrajene resničnosti. Prikazali smo tudi bistvene prednosti sistema AR4BIM, ki predstavlja združitev tehnologije nadgrajene resničnosti in BIM ter nakazuje na možnost uvedbe novih tehnologij na gradbišču. V okviru specifikacije zahtev sistema AR4BIM smo podrobno proučili primere uporabe in funkcije sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču. Poudarki raziskave so na razpoznavanju elementa/detajla na klasičnem 2D načrtu, uporabi IR pisala, vizualizaciji elementa in priklicu zahtevanih podatkov iz informacijskega modela zgradbe. V praktičnem delu magistrske naloge smo izdelali specifikacije zahtev za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču ter izdelali delne prototipe za potrditev koncepta informacijskega sistema. Uporabljeni informacijski sistem za uporabo nadgrajene resničnosti na gradbišču je hkrati robusten in cenovno ugoden, saj lahko le s tem zagotovimo, da se bo tehnologija AR4BIM uspešno uveljavila in uporabljala na gradbiščih. Rezultati naloge lahko služijo tudi razvijalcem sistemov, ki želijo implementirati nadgrajeno resničnost na področju izvajanja gradbenih del oz. gradbišču.

10

11 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču V REQUIREMENTS SPECIFICATION AND SYSTEM IMPLEMENTATION FOR USE OF AUGMENTED REALITY AND BIM ON CONSTRUCTION SITE Key words: construction site, BIM, augmented reality, use cases, AR4BIM UDK: :[ ])(043.2) ABSTRACT Master thesis deals with the concept and prototype of information system for the use of augmented reality and building information modeling (BIM) on constructions site. We carried out an analysis of the possibility of using existing technologies of augmented reality on site and built a prototype system consisting of augmented reality and building information modeling (AR4BIM). Our research included technologies for the use of augmented reality and BIM on construction site. We evaluated existing technologies and tools and also conducted experiments to find the appropriate solutions for the use of augmented reality and BIM on construction site. We have demonstrated advantages of AR4BIM, which represents the amalgamation of augmented reality technology and BIM. In the context of requirements analysis for AR4BIM we examined in detail the functions of the system and its specific requirements for the use of augmented reality and BIM on construction site. Highlights of our approach are: the possibility to identify the element/detail on the classic 2D plan, the use of IR pens and visualization of building elements and use of data from the building information model. In the practical part of the master's thesis we analyzed and specified system requirements for the AR4BIM, developed partial prototypes to validate the concept of the system. The AR4BIM must be at the same time robust and affordable,which ensures that the system could successfully be implemented and used on construction sites. Results of the project can be used by software system developers for implementation of the AR4BIM.

12

13 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču VI VSEBINA 1 UVOD PREDSTAVITEV IN OPIS PRIMERA NEPREDVIDLJIVEGA DOGODKA NA GRADBIŠČU IDEJA IN CILJ RAZISKAVE SPLOŠNO O AR IN BIM NADGRAJENA RESNIČNOST Definicije nadgrajene resničnosti Zgodovinski razvoj nadgrajene resničnosti INFORMACIJSKI MODEL GRADBENEGA OBJEKTA Definicije informacijskega modela gradbenega objekta Kaj je BIM in kakšne so njegove karakteristike? Razvoj BIM tehnologij UPORABA AR IN BIM NA GRADBIŠČU TEHNOLOGIJE BIM-A KAKŠNI SO KRITERIJI DA SE BIM TEHNOLOGIJA UVELJAVI? STREŽNIK ZA INFORMACIJSKI MODEL ZGRADBE Graphisoft Archicad BIM strežnik BIM strežnik (BIMserver) TEHNOLOGIJE ZA NADGRAJENO RESNIČNOST GRADNIKI SISTEMA ZA UPORABO NADGRAJENE RESNIČNOSTI Sledilni sistem Strežnik navideznih predmetov in digitalnih informacij Prikazovalnik Naprave za interakcijo PREGLED PROGRAMSKE OPREME ZA AR Proučitev možnosti uporabe obstoječih AR orodij Proučitev možnosti uporabe obstoječih tehnologij površinskih prikazovalnikov OPIS SISTEMA AR4BIM SPLOŠNE ZAHTEVE SISTEMA AR4BIM KOMPONENTNI DIAGRAM UML ZA SISTEM AR4BIM... 39

14 VII Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču 5.3 FUNKCIJE SISTEMA AR4BIM Primeri uporabe za investitorja / naročnika Primeri uporabe za vodjo projekta Primeri uporabe za predstavnika naročnika Primeri uporabe za arhitekta Primeri uporabe za projektanta Primeri uporabe za inženirja strojništva Primeri uporabe za izvajalca instalacijskih del Primeri uporabe za glavnega izvajalca del Primeri uporabe za gradbeni nadzor Primeri uporabe za nadzornika Primeri uporabe za direktorja podjetja SPECIFIČNE ZAHTEVE Funkcionalne zahteve Prikaz 3D modela v odvisnosti od napredka del Prikaz 3D modela v kombinaciji z zahtevanimi podatki Priklic informacij o vrsti in količini vgrajenih materialov Predogled vpliva spremembe načrta na arhitekturno vklopitev v okolico Odkrivanje napak v fazi pred pričetkom gradnje Preprečevanje napak v fazi projektiranja in hitra identifikacija težav Primer uporabe za izvajalca instalacijskih del Primer uporabe za izvajalca del Primer uporabe za gradbeni nadzor Primer uporabe za nadzornika Primer uporabe za direktorja podjetja OPIS ZAHTEV ZA INTEGRACIJO OBSTOJEČIH REŠITEV FUNKCIONALNE ZAHTEVE ZA INTEGRACIJO OBSTOJEČIH REŠITEV Funkcionalne zahteve Nefunkcionalne zahteve UPORABLJENE TEHNOLOGIJE IN NAPRAVE Klasični 2D načrti Layar Junaio... 76

15 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču VIII AR ToolKit Aktivna miza AR/BIM strežnik kot platforma za sodelovanje PRIDOBLJENE IZKUŠNJE Klasični načrti Layar Junaio AR ToolKit Aktivna miza AR/BIM strežnik ANALIZA IZDELANIH PROTOTIPOV SISTEMA AR4BIM TEŽAVE IN OMEJITVE Omejitve strojne opreme Sestavljanje sistema v realnem okolju Združevanje obstoječe programske opreme OCENA STROŠKOV SISTEMA ZAKLJUČEK VIRI IN LITERATURA PRILOGE SEZNAM SLIK SEZNAM TABEL KONTAKTNI PODATKI ŠTUDENTA

16 IX Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC 1 AR Augmented Reality VR Virtual Reality SAR Spatial Augmented Reality BIM Building Information Model IFC Industry Foundation Classes UML Unified Modelling Language AR4BIM Augmented Reality For BIM AB armiran beton HMD Head Mounted Device VRD Virtual Retinal Display POI Points of Interest VP vodja projekta GPS Global Positioning System IGES Initial Graphics Exchange Specification VRML Virtual Reality Markup Language ID Identification IR Infra Red 1 Po dogovoru z mentorjem.

17 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Stran 1 1 UVOD Koncept informacijskega modela zgradbe (angl. Building Information Model), v nadaljevanju BIM, se v gradbeništvu uspešno uveljavlja, zato se le-ta pričenja povezovati z drugimi informacijskimi in komunikacijskimi tehnologijami. Velik potencial predstavlja povezava nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču. Ustrezen informacijski sistem, ki povezuje obe tehnologiji, je bistvo naše raziskave. Pri načrtovanju gradbenih projektov je prisotna velika količina različnih informacij, ki se v fazi realizacije gradnje objekta uporabljajo na gradbišču. Ker do teh informacij želimo priti hitro in enostavno, je pomembno, da lahko s stacionarnimi in mobilnimi računalniškimi napravami do teh informacij dostopamo kadarkoli in kjerkoli. Prav dostop do relevantnih informacij v realnih inženirskih situacijah je tudi cilj področja nadgrajene resničnosti. Metode nadgrajene resničnosti omogočajo zlivanje realne slike in virtualnih predmetov, torej nadgraditev realnosti. V takšni mešani resničnosti sobivajo resnični in navidezni predmeti. Resničnost, v kateri uporabnik opazuje in uporablja stvarno okolje, ki je nadgrajeno z navideznimi predmeti, imenujemo torej nadgrajena (tudi razširjena) resničnost (angl. Augmented Reality). Če nato združimo nadgrajeno resničnost z BIM, ki predstavlja vse bolj uveljavljen koncept projektiranja v gradbeni industriji, dobimo model, ki s pomočjo različnih tehnologij smiselno povezuje (kontekstne) natančne podatke o modelu in samo vizualizacijo v realnem prostoru in času.

18 Stran 2 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču 1.1 PREDSTAVITEV IN OPIS PRIMERA NEPREDVIDLJIVEGA DOGODKA NA GRADBIŠČU Predstavljajmo si naslednji scenarij: V času izvajanja gradbenih del, ko so že nameščeni prefabricirani AB nosilci in zabetonirane AB stene, na gradbišče prispe nadzornik za vgradnjo instalacijskih vodov. Po natančnem pregledu, na podlagi dejanskega stanja na gradbišču, projektne dokumentacije in natisnjenih 2D načrtov, ugotovi, da ni možno namestiti vseh instalacijskih vodov, ker v AB steni ni bilo izvedenih štirih prebojev, ampak samo trije. V nadaljevanju ugotovi, da četrti preboj ni bil izveden, ker je prišlo na predvidenem mestu četrtega preboja do prekrivanja preboja AB stene in pozicije prefabriciranega AB elementa. Do pomanjkanja prostora za izvedbo četrtega preboja AB stene je prišlo zaradi napačno nameščenega prefabriciranega AB nosilca, ki je 5 cm širši, kot predpisan v projektu. Do ugotovitve te napake je prišlo, ko se vgrajuje beton v zadnje AB konstrukcijske elemente objekta oz. se zaključujejo groba gradbena dela na zadnji etaži objekta. prefabricirani AB nosilec Legenda: preboj JE izveden preboj NI izveden Slika 1: Neizveden preboj v AB steni

19 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Stran 3 Tabela 1: Vpleteni deležniki v zastavljenem primeru nepredvidljivega dogodka na gradbišču Deležnik Investitor/naročnik Vodja projekta (VP) Predstavnik naročnika Arhitekt Projektant Inženir strojništva Izvajalec instalacijskih del Glavni izvajalec del Gradbeni nadzor Nadzornik Direktor podjetja, ki izvaja dela Vloga Predstavlja fizično osebo ali podjetje, ki financira projekt. Predstavlja glavnega odgovornega izvajalca na gradbišču. Na večjem gradbišču je VP odgovorna oseba, ki nadzoruje vse vodje posamičnih del, tudi vodjo gradbišča. Na manjših gradbiščih je VP istočasno tudi vodja gradbišča. Predstavlja stranko, ki nadzira kakovost, stroške in čas izvajanja del na gradišču. Izdela arhitekturne načrte in risbe. Izdela konstrukcijsko zasnovo in risbe. Izdela strojno zasnovo in risbe. Izvedba instalacijskih del s sedežem na gradbišču. Izvedba del na gradbišču za naročnika. Nadzor kvalitete izvedbe gradbenih del. Nadzor, imenovan s strani vodje projekta. Ovrednoti vpliv stroškov podjetja.

20 Stran 4 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Investitor / naročnik Vodja projekta Predstavnik naročnika Nadzornik Arhitekt Skupni delovni prostor Skupna projektna dokumentacija Gradbeni nadzor Projektant Inženir strojništva Glavni izvajalec del Izvajalec inštalacijskih del Direktor podjetja Slika 2: Komunikacija interesne skupine za reševanje zastavljenega primera Izvajalec instalacijskih del želi pričeti z nameščanjem cevi, ko opazi, da se število prebojev v zidu ne ujema, in sicer so po načrtu predvideni štirje preboji, dejansko število prebojev pa je tri. Po tej ugotovitvi se podizvajalec obrne na glavnega izvajalca del, s katerim se skupaj vrneta na mesto zaznane napake in jo pregledata. Nato izvajalec del poskusi stopiti v kontakt z vodjo projekta. V kolikor se vodja projekta nahaja na gradbišču, se skupaj lotijo proučevanja nastalega problema, če ne, se morajo dela zaustaviti in počakati, dokler se ne reši nastala težava. Ko se izvajalec del sestane z vodjo projekta, skupaj preverita, če je možno izvesti

21 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Stran 5 naknadni preboj na mestu, kot je to podano v načrtu. Po proučitvi načrtov in dejanskega stanja na mestu nastalega problema, ugotovita, da dodatna izvedba četrtega preboja na predvidenem mestu zaradi pomanjkanja prostora ni možna. Ker se dela na tem mestu ne morejo nadaljevati, dokler ni znana rešitev nastalega problema, se mora podati zahtevek za spremembo načrtov. V nadaljevanju vodja projekta prične skupno komunikacijo s projektantom, z inženirjem strojništva, glavnim izvajalcem, izvajalcem instalacijskih del, gradbenim nadzorom in nadzornikom. Če je do napake prišlo v zasnovi projekta, jo bo projektant poskušal popraviti in dati rešitve za vodjo projekta. Če to ni problem zasnove projekta, mora celotna ekipa na podlagi vseh načrtov in dokumentov ugotoviti, zakaj je prišlo do napake in kdo je za napako odgovoren. Po pregledu vseh načrtov in dokumentacij se ugotovi, da je do napake prišlo zaradi dobave in vgradnje širšega prefabriciranega AB nosilca, ki je celovito gledano boljši, vendar je širši kot podano v načrtu. V tem trenutku, po terminskem planu, instalaterska dela zaostajajo že več kot deset delovnih dni. Po posvetovanju celotne ekipe (predstavnik naročnika, vodja projekta, projektanta, inženirja strojništva, izvajalca del, gradbenega nadzora in nadzornika) se ugotovi, da je zamenjava prefabriciranih AB elementov nemogoča, saj je objekt tik pred končanjem grobih gradbenih del. Zaradi tega se odločijo za proučitev možnosti premika četrtega preboja čim bližje odprtine tretjega preboja in ugotovijo, da je možno izvesti četrti preboj in namestitev instalacij, če se izvede tik ob odprtini tretjega preboja. Po ugotovitvi se izdelajo načrti, ki se potrdijo s strani projektanta in inženirja strojništva. Nato se načrti predajo vodji projekta, ki jih nato posreduje izvajalcu del. Ko izvajalec del prejme načrte, se lahko dela nadaljujejo po spremenjenih načrtih.

22 Stran 6 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču prefabricirani AB nosilec Legenda: preboj JE izveden dodatno izveden preboj Slika 3: Nov, naknadno izveden preboj v AB steni 1.2 IDEJA IN CILJ RAZISKAVE Ideja in cilj raziskave našega nepredvidljivega dogodka na gradbišču, ki smo ga podrobneje opisali v poglavju 1.1 in predstavlja pojav težave v fazi izvajanja del, je, da se raziščejo in identificirajo možnosti uporabe napredne tehnologije na gradbišču. Nadgrajena resničnost (angl. Augmented Reality), v nadaljevanju AR, je v zadnjih nekaj letih postala vse bolj priljubljena tehnologija, ki se predvsem na področju mobilne tehnologije izjemno hitro razvija. Kljub priljubljenosti in razvoju aplikacij za mobilno tehnologijo je napredek na področju, ki zajema uporabo tehnologije v realnem svetu oz. na gradbišču in v realnem času, zelo počasen. AR lahko opredelimo kot tehniko za prikaz virtualne vsebine v realnem okolju. Po drugi strani pa tehnika AR omogoča izboljšati in okrepiti trenutni prikaz vsebine, kot interakcijo med uporabnikom in projektno dokumentacijo. Da bi lahko vizualizacijo povezali s podatki, ki jih lahko prikličemo kjerkoli in kadarkoli, je potrebno AR povezati s konceptom BIM. Ker pa je eden od ključnih izzivov za priklic podatkov iz BIM modela pravilno prepoznavanje klasičnih 2D načrtov objekta ali posameznih konstrukcijskih elementov, bo to tudi prvo glavno raziskovalno vprašanje v tej nalogi. Da bi lahko v celoti izkoristili in pokazali prednosti uporabe AR z BIM tehnologijo na gradbišču, je pomembno, da se zagotovi strojna oprema, ki je primerna za uporabo na gradbišču, in da se zmanjša poraba virov (človek kot interakcijska naprava in prenos podatkov), ki jih zahtevajo različne aplikacije. Prav tako je potrebno

23 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Stran 7 uporabljati strojno opremo, ki je istočasno cenovno ugodna in robustnejša za uporabo na gradbišču. Ker je v današnjem času velika verjetnost, da se gradbena podjetja zaradi pomanjkanja financ ne bodo odločila za nakup drage strojne opreme, ki bo nezanesljiva in tudi podvržena pogostejšim okvaram zaradi delovnega okolja, se bo drugo raziskovalno vprašanje glasilo: katero, cenovno ugodno, strojno opremo je možno uporabljati za tehnologijo AR v povezavi z BIM na gradbišču? Cilj te naloge ni potrjevanje že znanega, ampak prepoznavanje možnosti, ki se nam ponujajo, prav zdaj, na presečišču tehnologij in razvoja. Načrtovanje nepredvidljivega dogodka na gradbišču oz. scenarija je metodologija, namenjena za pomoč pri vodenju posameznikov in skupin preko točno določenega postopka oziroma procesa. Postopek se začne z opredelitvijo sil, ki je odgovorna za spremembe v svetu, nato kombiniramo te sile na različne načine in iz tega ustvariti različne zgodbe oz. scenarije o tem, kako razvijamo "prihodnost". Oblikovati jih moramo tako, da izdelamo hipoteze, ki nam omogočajo, da si procese predstavljamo in nato na njih vadimo različne strategije za to, kako biti bolj pripravljen za prihodnost ali še bolj ambiciozno, kako pomagati bolje oblikovati prihodnost. (Foundation, 2010) Ob predpostavki, da je tehnologija BIM v letu 2003, ko je podjetje Autodesk izdalo dokument z naslovom Beli papir (angl. White Paper), predstavljala inovativen pristop k zasnovi, gradnji in upravljanju stavbe ( 4, 2014), lahko sklepamo, da je kombinacija uporabe BIM in AR na gradbišču nadgradnja obstoječe tehnologije, ki je prava rešitev za reševanje nepredvidenih dogodkov na gradbišču in prinaša prednosti, kot so: povečana hitrost razumevanja nastale težave (prihranek časa), povečana hitrost ugotovitve vzroka nastanka težave (prihranek časa), boljše usklajevanje med vsemi udeleženci projekta (manj napak), povečanje produktivnosti zaradi eliminiranja pojava nepredvidenih težav v fazi izvedbe (prihranek časa) in znižanje stroškov zaradi enostavnejšega in hitrejšega načina pristopa k reševanju nastale nepredvidene težave ali preprečitev nastanka nepredvidene težave še preden se pojavi (prihranek denarja).

24 Stran 8 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču 2 SPLOŠNO O AR IN BIM 2.1 NADGRAJENA RESNIČNOST Definicije nadgrajene resničnosti Nadgrajena resničnost je integracija digitalnih informacij v realni prostor in realni čas. V bistvu AR tehnologija uporabi uporabnikovo okolje kot podlago za virtualno ustvarjene objekte ali informacije. Tako sestavljeni pogled (angl. Composite View) da uporabniku vtis, da so virtualni objekti del resničnega okolja. Natančna definicija izraza AR ne obstaja. Kljub temu da ni natančne definicije, se na splošno uporablja definicija, ki jo je podal Ronald Azuma v svojem prispevku A survey of augmented reality, kjer so za definicijo navidezne resničnosti vključene tri točke, in sicer: (Azuma R. T., 1997) a) Združenje realnosti in virtualnosti (angl. Combines real and virtual) Prva ključna točka nam pove, da mora končni rezultat vsebovati tako realnost kot tudi virtualnost. Tukaj se generira računalniška tridimenzionalna scena, ki uporabniku s pomočjo pogleda omogoča veliko mero realizma in dojemanje navideznega okolja. b) Interaktivnost v realnem času (angl. Interactive in real time) Druga ključna točka je interaktivnost, ki uporabniku omogoča komuniciranje s sistemom. Ko je mogoče komuniciranje s sistemom, lahko vnesemo zahtevek, s pomočjo katerega pridobimo odziv sistema in s tem povratne informacije v realnem času. Da dosežemo interaktivnost v realnem času, morajo biti virtualni oziroma navidezni predmeti ustvarjeni v resničnem času, njihov videz in odziv pa morata biti odvisna od zahtev uporabnika in sprememb v okolju.

25 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Stran 9 c) Registriranost v tridimenzionalnem okolju (angl. Registered in 3-D) Tretja in zadnja ključna točka navidezne resničnosti je sistem, ki uporabniku omogoča aktiviranje vseh čutov uporabnika, s čimer ga potegne iz realnosti v navideznost ter ga tako povsem oddalji od resničnega življenja. Takšno okolje je v celoti ustvarjeno s pomočjo računalniške tehnologije, pri čemer morajo biti virtualni objekti in okolje uporabnika čim bolj stvarni, realistični. (Sairio, 2001) Največje razlike med navidezno in nadgrajeno resničnostjo se kažejo prav v tretji, zadnji točki, saj je navidezna resničnost zasnovana tako, da s pomočjo računalniške tehnologije ustvarimo virtualno okolje in objekte ter tako nadzorujemo vse čute uporabnika. Da dosežemo najboljši prikaz virtualne resničnosti in istočasno največji občutek, se največkrat uporabljajo očala, ki vsebujejo prikazovalnik, kar omogoča uporabniku vživljanja v virutalni svet in pozabo (odsotnost) resničnega sveta. Slika 4: Primer možnosti doživljanja navidezne resničnosti (sickchirpse, 2014) V nasprotju z navidezno resničnostjo lahko nadgrajena resničnost, kot je možno sklepati že iz poimenovanja, nadgradi resnično okolje z dodatnimi informacijami, obenem pa uporabniku daje občutek, da je del tega okolja. Za najboljši občutek združenja realnega sveta v realnem času in navideznega sveta je pomembno, da resnični in navidezni objekti med seboj delujejo usklajeno. Glavna prednost nadgrajene resničnosti v primerjavi z navidezno resničnostjo je torej možnost, da uporabnik vidi virtualno generirane objekte v realnem svetu okoli sebe Zgodovinski razvoj nadgrajene resničnosti Prvi začetki segajo v obdobje okrog leta 1950, ko je mnogo računalniških znanstvenikov govorilo o interakciji človeka in računalnika, vključno z Mortonom

26 Stran 10 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Heilingom, ki je razvil "Sensorama", napravo z multi-senzorično gledališko izkušnjo. Šele leta 1966 je Ivan Sutherland izumil prikazovalnik, nameščen na glavo (angl. Head Mounted Display), ki je uporabniku omogočil videti realnost, kjer je bila možna interakcija med človekom in računalnikom. Pri čemer je Sutherlandov "head mounted display" uporabniku omogočil manipulirati grafiko in 3D. (Carmigniani, 2011) Leta 1970 je ta tehnologija postala znana kot umetna realnost (angl. Artificial Reality). (Zhao, 2009) Myron Kruger je na Univerzi v Connecticutu razvil "Video Place" za interakcijo človeka in računalnika. Sistem je bil zasnovan tako, da je uporabljal podatke, ki so bili posredovani iz fotoaparata na računalnik in nato projicirani na zaslon, kjer je uporabnik lahko interagiral z umetno realnostjo na zaslonu. (Nagler, 1994) Raziskave in razvoj okrog tega novega pogleda na realni svet se je nadaljeval dve desetletji, predvsem v vojaške in gradbene NASA aplikacije za urjenje pilotov, astronavtov in celo vojaške enote - pehote, vlog za usposabljanja pilotov, astronavtov in celo pehoto. Čeprav so bile uvedene številne novosti na področju umetne realnosti, večina od teh ni bistveno spremenila poteka razvoja. Večji napredek v razvoju se je pojavil šele, ko sta Zimmerman in Lanier predstavila "Dataglove" in s tem omogočila uporabniku bolj prijazen način za interakcijo z umetnim okoljem. (Sturman, 1997) Uporabnik je lahko s pomočjo "Dataglove" uporabljal svoje spretnosti gibanja, da manipulira predmete v virtualnem svetu, brez posredniške naprave, kot je to npr. igralna palica.

27 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Stran 11 Slika 5: Dataglove Prav tako je Jaron Lanier leta 1989 opredelil izraz virtualna realnost (angl. Virtual Reality) in bil prvi, ki je omogočil dostop do te tehnologije javnosti, s prodajajo očal in rokavic, kot vstopnih točk v virtualni svet. Navidezna resničnost (VR angl. Virtual reality) generira digitalno okolje, v katerem so čuti, kot so vidno zaznavanje, sluh in občutek za dotik, zelo podobni tistim iz dejanskega okolja. (Zhao, 2009) Slika 6: Mešana resničnost (Milgram P., 1994) Leta 1990 se je izraz "AR" pripisoval Tomu Caudellu, ki je izoblikoval izraz, medtem ko je delal za podjetje Boeing. Zasnoval je digitalni prikazovalnik, ki je nameščen na glavo uporabnika (angl. head-mounted digital display,) in tako delavcem pomagal pri nameščanju in povezovanju kablov oz. instalacij na posameznih nivojih letal. (Vaughan-Nichols, 2009)

28 Stran 12 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču To prekrivanje realnega in virtualnega okolja je mogoče pojasniti z Milgram kontinuumom, ki pojasnjuje, da se AR aplikacije lahko postavijo kot prepletena realnost na kontinuumu spektra. (Milgram, 2006) Leta 1997 je Ronald Azuma napisal pomembno poročilo, ki opredeljuje področje nadgrajene resničnost, in v njem predstavil tri glavne kriterije za nadgrajeno resničnost, s pomočjo katerih AR ločuje od umetne in virtualne realnosti. Trije glavni kriteriji: (Azuma R. T., 1997) 1) Združenje realnosti in virtualnosti (angl. Combines real and virtual) 2) Interaktivnost v realnem času (angl. Interactive in real time) 3) Registriranost v tridimenzionalnem okolju (angl. Registered in 3-D) Od tega trenutka dalje je AR področje doživelo eksplozijo napredka in do leta 2002 se pojavi prva zunanja AR igra "Quake", kjer so se predmeti prekrivali z njihovo dejansko okolico. (Thomas, 2002) Tehnologija temelji na pogledu skozi transparentni prikazovalnik, ki je bil nameščen na glavi uporabnika in je uporabnikom omogočil videnje ciljev ali drugih virtualnih predmetov, ki so se prikrivali z njihovo dejansko okolico v realnem času. (Azuma R. T., 1997) zaslon združevalnik kamera zaslon združevalnik digitalnih informacij na realno podlago Slika 7: Princip tehnologije transparentnega prikazovalnika Poročilo "The Horizont Report 2005" je AR zapisal na seznam ključnih nastajajočih tehnologij v časovnem razponu zadnjih petih let. Prav tako so napovedali, da bodo vmesniki za AR postali lažji za uporabo in da bo AR postal običajen v namene izobraževanja in usposabljanja. (Consortium, 2005) Do leta 2007 je rednost in priljubljenost pametnih telefonov zagotovila spodbudo, da se je AR tehnologija preselila v uporabnikove roke.

29 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Stran 13 V tem času sta se razvili dve glavni obliki AR: Lokacija uporablja tehnologijo GPS (angl. Global Positioning System) naših pametnih telefonov za določitev natančne lokacije naprave, njene okolice in slojnih (angl. Layar) informacij, ki se prikažejo na vrhu zajete slike skozi kamero naprave. Dva glavna primera te tehnologije sta bila "Wikitude" (izdaja leta 2008) in "Layar" (izdaja leta 2009), pri čemer oba zagotavljata osnovne mobilne aplikacije. (Carmigniani, 2011) Marker temelji na prepoznavanju markerjev s pomočjo kamere v pametnih telefonih, tabličnih računalnikih ali prenosnikih in omogoča prikaz informacij ali 3D objektov na mestu, kjer je lociran ali so locirani markerji. Ta tehnologija je zelo podobna umetni in virtualni resničnosti, ki se je razvijala v preteklosti. Podjetje HITLab v Novi Zelandiji je bil prvo, ki je proizvajalo AR markerje za tiskane medije. Le-ta je bil prvič uporabljen oz. natisnjen v časopisu kot oglas za Wellington Zoo. Ko so bralci zajeli natisnjen marker s pomočjo kamere svojih mobilnih telefonov, se je na ekranu telefona, na površini markerja v časopisu, prikazal 3D grafični prikaz živali. (Schmalstieg, 2011) Ko pogledamo v prihodnost, vidimo, da bo tehnologija za uporabo nadgrajene resničnosti vedno manjša, mobilna, osebna in še bolj socialna. Možnost posedovanja sistema nadgrajene resničnosti v svojih rokah je že v dosegu zmožnega in le vprašanje časa je, kdaj bo celotna tehnologija AR toliko razvita, da bo uporaba AR v gradbeništvu, arhitekturi, medicini, izobraževanju itd. povsem običajna. (Carmigniani, 2011)

30 Stran 14 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču 2.2 INFORMACIJSKI MODEL GRADBENEGA OBJEKTA Definicije informacijskega modela gradbenega objekta Definicijo informacijskega modela gradbenega objekta je podal "The National Building Information Model Standard Project Committee": Building Information Modeling (BIM) is a digital representation of physical and functional characteristics of a facility. A BIM is a shared knowledge resource for information about a facility forming a reliable basis for decisions during its life-cycle; defined as existing from earliest conception to demolition. (States, 2014) Kar prevedeno pomeni, da je informacijski model gradbenega objekta digitalna predstavitev fizičnih in funkcionalnih karakteristik objekta in služi kot skupna zbirka podatkov za informacije o oblikovanju zgradbe, kot zanesljiva osnova za odločitve skozi življenjski cikel od zasnove naprej Kaj je BIM in kakšne so njegove karakteristike? BIM je zbirka podatkov življenjskega cikla gradbenega objekta. BIM omogoča ustvarjanje povezav med informacijami gradbenega objekta. BIM je osredotočen na varčevanje virov (denarja, časa in materiala) skozi vsako fazo življenjskega cikla gradbenega objekta. Bolj kot je BIM model starejši, več informacij vsebuje Razvoj BIM tehnologij Nekje do leta 1950 so se tudi zahtevni objekti gradili brez načrtov. Po letu 1950 pa se je pričelo načrtovanje z risanjem v merilu in perspektivi na papir. Z uvedbo tako imenovanih načrtov se le-ti s časom uveljavijo in načrt postane glavni način komuniciranja stroke. Takšen način komuniciranja je uveljavljen še danes. Zaradi velikega obsega razvoja tehnologij bodo v tej magistrski nalogi navedene le ključne tehnologije za razvoj BIM-a, brez da bi se v njih poglobili: (Rebolj, 2010) Grafične podatkovne strukture v tekstovnih ali binarnih datotekah o CGM (2D Computer Graphics Metafile, 1977) o DWG, DXF (Autodesk, 1982) o PLN (ArchiCAD)

31 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Stran 15 za uporabo so potrebni posebni programski vmesniki standardi za opise geometrijskih modelov praviloma tekstovne opisne datoteke o o IGES (Initial Graphics Exchange Specification, 1980); nevtralni DXF VRML (Virtual Reality Markup Language) geometrija in animacija, zvoki, osvetlitev,.wrl (world),.wrz,.vrml; (ISO, 1994) standardi in tehnologije za modeliranje na osnovi semantičnih strukturnih shem metamodelov o o o X3D (naslednik VRML) IFC aecxml izdelava shem o STEP / EXPRESS (ISO 10303) o XML (ISO 8879) izdelava modelov z uporabo shem: o o o IFC gradbeni objekti CIS2 jeklene gradnje LandXML infrastruktura IFC (Industry Foundation Classes) o v okviru IAI (angl. Industry Alliance for Interoperability, 1995) o o o o o najpomembnejši standard za opisovanje informacijskih modelov zgradb obstajata dve shemi: v obliki STEP/EXPRESS (IFC2x3, 2006) in kot XML shema (ifcxml2x3, 2007) objektni model za izmenjavo geometrijskih, konstrukcijskih in organizacijskih podatkov zgradb osnovni razredi objektov so elementi zgradbe (stene, stebri, odprtine...) in procesov shema IFC razvoja skozi zgodovino je na voljo kot ISO 16739:2013 do leta 2014 (Liebich, 2013)

32 Stran 16 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Začetni prototip Izdani prvi produkti 2. krog zgodnjih uporab - predstavitev koncepta platform - prve stabilne aplikacije Nove uporabe, e.g. preverjanje kode V praktični uporabi dandanes Prihodnost Slika 8: Shema IFC razvoja Na primer v Severni Ameriki je procent podjetij, ki uporabljajo BIM, poskočil iz 28 % v letu 2007 na 49 % v letu 2009 in na 71 % v letu Prav tako, prvič nasploh, uporablja BIM več izvajalcev kot arhitektov. (Stephen A. Jones, 2012) V prihodnosti lahko podoben razvoj pričakujemo tudi na področju Slovenije. 80% Uporaba BIM-a ( ) po udeležencu 70% 60% 50% 40% 30% 50% 74% 42% 67% 58% 70% 20% 10% 0% Izvajalci Inženirji Arhitekti Slika 9: BIM

33 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Stran UPORABA AR IN BIM NA GRADBIŠČU Kot podpora arhitektom, inženirjem, gradbeništvu in objektnemu managementu se je razvil širok nabor novih računalniških orodij (AEC/FM). (Froese, The impact of emerging information technology on project management for construction Automation in Construction 19, , 2010). Vse več strokovnega kadra za načrtovanje in konstrukcije v AEC/FM zdaj uporablja BIM. Dosedanja prevladujoča dela so bila osredotočena na to, kako lahko BIM izboljša komunikacijo in sodelovanje med sodelujočimi na projektu, ki so običajno omejeni na delovno okolje pisarn in običajne namizne računalnike, skoz celotni življenjski cikel projekta (npr. 3D predstavitev in modeliranje, simulacija...). Informacije iz BIM-a, ki so začetno zasnovane v pisarnah oz. računalnikih, je treba sčasoma uporabiti na gradbišču, da bi iztržili njihove največje potenciale in obljube (npr. 88 % BIM projektov uporablja BIM kot reprezentativno orodje). (Construction, 2008) Prav tako lahko na spletu najdemo nekaj primerov uporabe AR/BIM na gradbišču, kot je to na primer D4AR. (Lab, ) Kljub temu ugotavljamo, da je bilo zelo malo prizadevanj vloženih v raziskave, kako učinkovito uporabljati AR/BIM na gradbišču (npr. Woodward je razvil prototip AR za 4D BIM) (Woodward, 2010). Prav zaradi pomanjkanja vlaganja v raziskovanje AR in BIM-a na gradbišču le 18 % BIM projektov uporablja BIM kot orodje za gradbeni nadzor. (McGraw-Hill, 2008) Menimo, da morajo raziskave v prihodnosti potekati predvsem v smeri ustvarjanja orodij, ki bodo omogočala dvosmerne povezave med enoto AR in BIM strežnikom. S tem bo pogodbenik (ali katerikoli drug pooblaščen uporabnik na gradbišču) imel možnost, da predlaga alternativne rešitve in jih istočasno vnese v sistem, s čimer dobimo takojšno aktualizacijo najnovejših podatkov v sistemu. BIM sam po sebi vključuje velike količine podatkov, za katere moramo točno vedeti, kaj pomenijo in kako do njih dostopamo. Če se teh dveh dejstev ne zavedamo, ne moremo izkoristiti potenciala uporabe AR/BIM na gradbišču. Prav tako je oblikovanje v BIM ena stvar, učinkovita gradnja v skladu z načrtom pa druga.

34 Stran 18 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Gradnjo objekta sestavljajo vhodne komponente, kot so materiali, delo, čas itd., in izhodne komponente, kot so kakovost, cenovna in časovna usklajenost po terminskemu in stroškovnemu planu in proces izgradnje, ki vključuje pripravo na gradnjo, preoblikovanje vseh vhodnih komponent, nadzor ter zapiranja gradbišča. (Bernold, 2011) Kljub temu da posamezne komponente projekta niso zapletene, se zaradi velikega števila vhodnih komponent v enem projektu pojavijo težave zaradi medsebojne povezave posameznih komponent. Te povezave lahko razvrstimo v štiri poglede, in sicer: proizvod, proces, vire in čas. (Froese, The impact of emerging information technology on project management for construction Automation in Construction 19, , 2010) Tabela 2 podaja vizijo, kako lahko skupna uporaba BIM in AR opravi odločilno vlogo v vseh štirih pogledih. AR je neke vrste "zbiralnik informacij", kjer se informacije zbirajo in se s pomočjo posameznih orodij, kot je to npr. BIM, združijo. Prav tako AR uporabnikom omogoča, da s pomočjo različnih vizualnih tehnik prepozna posamezne dele objekta in nato prikliče informacije iz BIM-a ali preprosto vizualizira zahtevane komponente. Tabela 2: Vloga AR/BIM kot izdelek, postopek in viri Vrsta Opis Vloga AR/BIM Proizvod Skupek vseh informacij, ki se AR poudarja kontinuum, ki povezuje nanašajo na točno definiran model oziroma projekt z vsemi pripadajočimi informacijami. virtualni objekt s fizičnim. Prav tako je lahko enotna platforma za projektno vodenje, ki omogoča vizualno predstavitev modela in informacij, do katerih dostopamo. Proces Se nanaša na gradnjo in proizvodni postopek za pretvorbo sredstev v fizični izdelek. Nanaša se na opravila, 4D CAD lahko predstavljamo z AR preko časovne animacije posameznih gradbenih faz ali celote. ki jih je možno realizirati v 4D CAD in BIM. Vir To so fizično prisotni viri (npr. materiali, orodja, oprema itd.), ki se zahtevajo, da je končni izdelek enak predpisanemu v projektu. Da se ugotovi, sledi in nadzoruje vsak fizično, na gradbišču, prisoten vir. Prav tako lahko AR naredi povezavo do BIM modela.

35 Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Tabela 3: Utemeljitev praktičnega primera za pomembne dejavnosti AR/BIM na gradbišču. Izdelava Komunikacija Začetek Vodenje Nadzor Konec Planiranje dela na gradbišču in koordinacija le-teh, da se zagotovi dostop v prihodnosti. Varnostna navodila in upravljanje: pred začetkom naloge lahko delavec s pomočjo AR vizualizira periferna digitalna varnostna navodila (npr. kontrolni seznam vseh del na višini, upravljanje strojev, varnost uporabe itd.). Popis in preverjanje materialov, potrebnih na gradbišču: vedeti, kakšne vrste konstrukcijskega elementa, iz kakšnega materiala in v kakšnem številu je dostavljen ali proizveden, kje se shranjujejo in kdaj bodo dostavljeni na gradbišče. Komunikacija z naročnikom: imeti dostop do veljavnih in aktualnih načrtov, ki so neposredno vezani na izvedbo del v realnem okolju, in naročniku zagotoviti boljši prostorski občutek za to, kaj se izvaja in kako bo to vplivalo na končno zadovoljstvo izvedenih del. Komuniciranje in usklajevanje na gradbišču: pričetek diskusije in koordinacija med posameznimi udeleženci v delovnem procesu še pred pričetkom dejanske gradnje objekta ali konstrukcijskega elementa (npr. izmenjava informacij med arhitektom in inženirji na gradbišču). Prostorsko načrtovanje: razumevanje prostorskega razmerja med fizičnimi gradbenimi materiali, dosegljivostjo, delom, prostorskimi omejitvami in lastnosti strojne opreme. Prostorska predstava: vodji projekta daje boljšo predstavo oz. občutek, kako bo pozicija posameznih gradbenih materialov, ki so začasno shranjeni na gradbišču, vplivala na površino, ki je potrebna za izvedbo del. S pomočjo načrtov, v katerih so registrirani konstrukcijski elementi in virtualni konstrukcijski elementi, lahko zmanjšamo možnost napačne razlage konstrukcijskih elementov in zato obstaja možnost, da se objekt gradi hitreje in natančneje, kot je bilo načrtovano, še posebej pri bolj kompleksnih projektih z omejenim delovnim prostorom. AR je lahko gradbiščna verzija BIM-a za integracijo in usklajevanje izvajanja del v realnem času na licu mesta (npr. nameščanje še neizvedenih konstrukcijskih elementov ob že nameščenih). Izvedba 4D animacij na gradbišču, da vodilni delavci pridobijo boljši občutek za to, ali dela potekajo kot planirano (izvajanje del po terminskem planu). Primerjava podatkov, zgrajenega z načrtovanimi podatki (BIM) prek AR za spremljanje in nadzor napredovanja projekta. Spremljanje 4D animacije na gradbišču in primerjava z dejanskim stanjem na gradbišču. Nadzor naročil med proizvodnjo in gradbiščem. Končni pregled kakovosti izvedenih del na podlagi primerjave med fizično zgrajenim konstrukcijskim elementom in AR vizualizacijo načrtovanega konstrukcijskega elementa Uporaba AR modelov olajša sočasno delo z več ekipami izvajalcev in dobaviteljev ter s tem pomaga zmanjševati čas, ki je namenjen vodstvu oz. vodenju del. Izboljšana integriteta podatkov, inteligentna dokumentacija, omogočen dostop in pridobitev podatkov o objektu ali konstrukcijskem elementu. Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Stran 19

36 Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Nadaljevanje Tabela 4: Vrednotenje Odločanje Začetek Vodenje Nadzor Konec Odkrivanje napak v zasnovi načrtov, napak v prostorskem načrtovanju in napak v terminskem planu še pred pričetkom gradnje, montaže ali namestitve določenega objekta ali posameznega konstrukcijskega elementa. Vizualizacija, s čimer se omogoči preverjanje načrtov za izvedbo objekta ali posameznega konstrukcijskega elementa. Narediti dobro odločitev na podlagi informiranosti oz. obveščenosti o lokaciji surovin in dinamičnem prilagajanju. Sprejeti odločitev v začetni fazi delovnega procesa in s tem izboljšati kvaliteto odločitve. Izboljšanje odločitve inženirjev zaradi razpoložljivosti informacij o samem gradbišču. Boljše načrtovanje lahko zmanjša količino prekomerne proizvodnje, čakanja, nepotrebnega gibanja oz. premikanja in nepotrebnega inventarja. Vodi gradbene delavce skozi gradnjo objekta ali posameznega konstrukcijskega elementa in pomaga izboljšati kvaliteto izvedbe. Koordinacija med različnimi delovnimi metodami, različnimi cilji in različnimi ambicijami različnih specialnih področij. Opredelitev zaporedja identificiranja napak in spopadov ter prilagajanje dela. Lahko pomaga nastaviti in prilagoditi prioritetne naloge. Lahko zmanjša količino nepotrebnega čakanja in nepotrebnih procesov. Olajša hkratno delo na več različnih procesih. Boljši vizualni nadzor zapletene geometrije in zapletenih odnosov. Manj odpovedi in spopadov v medsebojnih odnosih. Izboljšana analiza učinkovitosti. Nastavitve urnika, ki temelji na sedanjem napredku. Lahko se zmanjša količina napak. Imeti končni izdelek vizualiziran v okviru realnega okolja lahko delavcem daje boljše razumevanje okolice delovnega prostora tako, da se lahko načrtuje primerna metoda, ki bo ustrezala. Boljši in hitrejši nadzor kakovosti in zagotovil. Dnevno poročilo. Stran 20 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču

37 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 21 3 TEHNOLOGIJE BIM-A Na svetovnem delovnem tržišču številne organizacije razpisujejo delovna mesta z nazivi, kot so npr. BIM specialist, BIM administrator, 4D specialist in manager virtualnega dizajniranja in konstrukcij. Svetovni delovni trg spodbuja ljudi za tovrstno izobraženost z višjimi plačami in bonitetami, čeprav odgovornosti, ki jih prinašajo ti nazivi, še niso dobro opredeljene. Prav zaradi večjega povpraševanja po ustreznem kadru je BIM tehnologija v položaju, da AEC podjetjem pomaga oz. omogoči prehod iz dosedanje prakse, ki je vsebovala le klasično 2D risanje, na naprednejši način s pomočjo BIM-a. BIM je po mnenju mnogih pomembna izboljšava načina dela, ki jih opravljajo arhitekti, izvajalci in proizvajalci, saj omogoča sam po sebi skladno risanje nizov in odlično vizualizacijo načrta stavbe med načrtovanjem, izdelavo in postavitvijo. 3.1 KAKŠNI SO KRITERIJI DA SE BIM TEHNOLOGIJA UVELJAVI? Bolje: več znanja o zgradbi v začetku življenjskega cikla objekta glede stroškov, porabe energije, organizacijske uspešnosti in 3D vizualizacije s strani vseh članov projektne skupine (vključno z lastnikom oz. investitorjem). Hitreje: sposobnost, da se uporabi znanje iz gradnje in proizvodnje v fazi načrtovanja, s čimer izboljšamo npr. hitrost spreminjanja načrtov ali proizvodnje izven gradbišča. Ceneje: veliko boljše usklajevanje projektne skupine s pomočjo izdelanega modela kot vira odločanja in načrtovanja, hitrejša naročila, možnost uporabe večjega števila komponent, manj sprememb na objektu zaradi boljšega razumevanja stavbe in kako bo deloval za svoje uporabnike, manj napak pri načrtovanju itd.

38 Stran 22 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču 3.2 STREŽNIK ZA INFORMACIJSKI MODEL ZGRADBE Graphisoft Archicad BIM strežnik V programu ArchiCAD je bila uvedba BIM strežnika zagotovo ena najbolje sprejetih novosti, ki je spremenila pogled na to, kako arhitekti in projektanti sodelujejo na projektu. Možno je istočasno delo več arhitektov in projektantov na majhnem ali večjem projektu. Prav tako je sodelovanje na projektu možno iz različnih lokacij, kar ima za posledico enostavnejše sodelovanje (angl. Teamwork). Tukaj je potrebno omeniti, da je BIM-strežnik že vključen v paket programske opreme ArchiCAD in skrbi za deljenje projektov, knjižnic opreme in pravice uporabnikov pri dostopu do projektov. Zadolžen je tudi za redno zapisovanje varnostnih kopij projekta in pošiljanje sporočil med sodelavci. (Graphisoft, 2014) Pri namestitvi moramo paziti le na to, da ga namestimo na dovolj zmogljiv računalnik in da je vedno dosegljiv preko internetne povezave (angl. Online) BIM strežnik (BIMserver) BIM strežnik (angl. BIM server) ni strojna oprema, ampak odprtokodna programska oprema, ki jo lahko brezplačno prenesemo preko spleta. Po prenosu odprtokodne programske opreme, ki je dosegljiva preko spletne strani jo namestimo na računalnik, s čimer le-ta postane BIM strežnik. Omogoča nam centralizacijo in shranjevanje informacij o projektu ali gradnji. Kljub temu da se na strežnik shranjujejo informacije o modelu, strežnik ni samo strežnik za shranjevanje datotek, ampak uporablja "Model-Driven Architecture", kar pomeni, da se informacije shranjujejo v obliki, kot je to zapisano za IFC standard. Glavna prednost tega pristopa je v tem, da nam je omogočeno poizvedovanje, združevanje in filtriranje zahtevanih informacij. Trenutno je IFC najbolj razširjen in najbolj dodelan odprtokodni standard za BIM modele ter ga za uvoz in/ali izvoz podatkov IFC uporablja več kot 150 programskih aplikacij. Ker je IFC odprtokodni standard in ga uporablja že toliko aplikacij, je prav IFC postal odprt standard za podatke BIM. S strani razvijalca programske opreme buildingsmart je ponujen program certificiranja, ki zagotavlja dodatno stopnjo varnosti za uporabnika BIM, z navedbo, da programske aplikacije lahko izpolnjujejo potrebe izmenjevanja. Obstajajo tudi drugi zaprti standardi, ki se morda uporabljajo pogosteje kot IFC, vendar ti ne

39 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 23 podpirajo zmanjšanja odvisnosti od komercialnih programskih prodajalcev. Poleg IFC standarda lahko programska oprema BIM strežnika sodeluje tudi z drugimi odprtokodnimi standardi za BIM. Sama programska oprema BIM strežnika ponuja veliko funkcionalnosti, pri čemer uporabnik odloča, katere funkcije bo uporabljal. (BIMserver Faq, 2014) Po specifikaciji je IFC nevtralen format podatkov, ki se uporablja v industriji gradbenega sektorja in upravljanja objektov. IFC je mednarodni standard za openbim, ki je pri mednarodni organizacije za standardizacijo ISO registriran kot ISO ISO 16739:2013 določa konceptualno shemo podatkov in format za izmenjavo datotek BIM podatkov. Konceptualna shema je definirana v specifikaciji EXPRESS podatkovnega jezika. Standardni format za izmenjavo datotek in podatkov glede na konceptualno shemo uporablja besedilo kodiranja izmenjevalne strukture. Alternativne oblike zapisa za izmenjavo datotek se lahko uporabi, če so skladne s konceptualno shemo. Slika 10: Vrste buildingsmart standardov (BuildingSMART, 2014)

40 Stran 24 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Slika 11: Shema koncepta organizacije IFC (Core data schemas, 2014) ISO predstavlja odprt mednarodni standard za BIM podatke, ki se izmenjujejo in delijo med programskimi aplikacijami in jih uporabljajo različni udeleženci v fazi gradnje stavbe ali upravljanje objekta.

41 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 25 Specifikacijo IFC razvija in vzdržuje buildingsmart International, uradno znano kot Mednarodna zveza za interoperabilnost (angl. International Alliance for Interoperability). Za objavo IFC in s tem povezane specifikacije je uradna spletna stran ki organizira tudi uradni program certificiranja IFC ( (ifcwiki.org, 2014) Trenutna IFC verzija podpira standard: (IFC Releases, 2014) IFC2x3-TC1, IFC2x3, IFC4, IFC2x2-Add1, IFC2x2, IFC2x-Add1 in IFC2x. Obstajajo tudi še starejši standardi IFC2.0, IFC1.5.1, IFC1.5 in IFC1.0, ki so medtem zastareli in jih več ne vzdržujejo. Trenutna ifcxml verzija podpira standard: ( ifcxml Overview, 2014) ifcxml4, ifcxml2x3 in ifcxml2x2. Razvijalec, buildingsmart, na svoji uradni spletni strani posodablja seznam programske opreme, ki podpira IFC standard in seznam izdanih IFC certifikatov.

42 Stran 26 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Seznam izdanih IFC certifikatov: Slika 12: Uradni seznam sodelujočih v procesu IFC certificiranja (buildingsmart, 2014)

43 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 27 Seznam aplikacij po kategoriji: Slika 13: Po kategorijah ločen seznam vseh aplikacij, ki vključujejo ključne funkcije IFC standarda (buildingsmart, 2014)

44 Stran 28 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču 4 TEHNOLOGIJE ZA NADGRAJENO RESNIČNOST Vsak sistem nadgrajene resničnosti za uspešno delovanje in generiranje resničnosti, ki ustreza kriterijem nadgrajene resničnosti, potrebuje specifično strojno in programsko opremo. Prav s pomočjo pravilne izbire programske in strojne opreme je možno doseči, da se združita slika resničnega okolja v realnem času in računalniško ustvarjenimi predmeti. To idealno prekrivanje realnega in virtualnega sveta dosežemo nekoliko težje, ker je človek bolj dovzeten za vizualne nepravilnosti resničnega sveta, kot pa za vizualno kinetične (angl. Vision-Kinesthetic) napake znotraj običajnega sistema navidezne resničnosti (angl. Virtual Reality). 4.1 GRADNIKI SISTEMA ZA UPORABO NADGRAJENE RESNIČNOSTI Vsak sistem za nadgrajeno resničnost potrebuje specifično strojno in programsko opremo, da bi lahko ustvaril resničnost, ki ustreza bistvenim značilnostim nadgrajene resničnosti. Na splošno je vsak tak sistem zgrajen iz štirih temeljnih gradnikov. Ti pa so: sledilni sistem, ki omogoča sledenje uporabnikovega položaja in smer pogleda, strežnik navideznih predmetov, ki shranjuje niz navideznih predmetov (potrebujejo jih določeni AR sistemi, ki izvršujejo upodabljanja navideznih predmetov), prikazovalnik, ki omogoča vpogled v nadgrajeno resničnost in naprave za interakcijo oziroma uporabniški vmesnik, kateri omogočajo upravljanje računalniško ustvarjenih navideznih predmetov.

45 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 29 Slika 14: Zaslonski prikazovalnik (Azuma R., 1997) Sledilni sistem Prva in osnovna lastnost, ki jo mora sistema AR zagotoviti, je sposobnost sledenja uporabnika. Namen sledilnega sistema je določanje natančne lokacije uporabnika, njegova orientacija in smer pogleda v realnem okolju realnega časa kakor tudi v navideznem svetu. Za reševanje problema sledenja so se razvile različne tehnike, ki v splošnem za določanje lege uporabljajo dva glavna pristopa, in sicer: (Zlatanova, 2002) Relativna lokalizacija, ki je sestavljena iz ocenjevanja položaja in orientacije s močjo pridobivanja podatkov od različnih senzorjev, pri čemer se podatki konstantno posodabljajo. Absolutna lokalizacija je tehnologija, ki omogoča, da se določa položaj in orientacija med gibanjem osebe ali predmeta. Takšne metode se običajno zanašajo na navigacijske signale, aktivne ali pasivne znamenitosti, ujemanje zemljevida ali satelitske signale, kot je GPS. Sistemi uporabljajo za sledenje pomika uporabnikov, določanja pozicije in orientacije uporabnika senzorje, kot so npr. magnetni, zvočni, optični, mehanski ali inercialni (pospeškometri in žiroskopi). (Pucer, 2011) Po sledenju ločimo: Mehanično sledenje deluje na podlagi mehaničnih senzorjev, pri čemer morajo biti kotomeri (angl. Goniometer) fizično pritrjeni na telo uporabnika. Prednost mehaničnega sledenja je v majhnem zaostajanju signala (angl.

46 Stran 30 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Lag) in predvsem v natančnosti določanja pozicije, smeri gibanja in hitrosti uporabnika. Slabost mehaničnega sledenja je omejenost gibanja zaradi mehanskih delov, nameščenih na telo uporabnika. Magnetno sledenje deluje na podlagi sprememb v magnetnem polju, in sicer je naprava sestavljena iz oddajne enote, ki s pomočjo tuljave ustvarja elektromagnetno polje, in senzorjev, ki zaznavajo spremembe v polju. Prednosti magnetnega sledenja se kažejo v mobilnosti senzorjev v prostoru. Slabost magnetnega sledenja je zaostajanje signala in nenatančnost senzorjev. Akustično sledenje deluje na podlagi ultrazvočnih (angl. Ultrasonic) valov, kjer se meri čas potovanja zvoka (angl. Time-Of-Flight). Slabost akustičnega sledenja se kaže v počasnejšem osveževanju podatkov zaradi manjše hitrosti potovanja zvoka po zraku in drugih atmosferskih vplivov (npr. temperatura ali vlaga), ki spreminjajo hitrost potovanja zvoka. Optično sledenje deluje na podlagi vizualizacije. V primerjavi z ostalimi tehnologijami nam optično sledenje omogoča zajemanje dejanskega vidnega polja uporabnika v realnem času. Prednosti optičnega sledenja se kažejo predvsem v zmožnosti sledenja premikajočih se objektov in ni odvisna od senzorjev in oddajnikov v okolici uporabnika. Sicer se natančnost optičnega sledenja spreminja glede na velikost in oddaljenost opazovanega objekta, vendar je takšen način sledenja najbolj povezan s tehnologijo AR Strežnik navideznih predmetov in digitalnih informacij Strežnik navideznih predmetov in digitalnih informacij je običajno osebni računalnik oz. strežniki. Osrednja naloga takšnega računalniškega oz. strežniškega sistema je hranjenje in posredovanje podatkov (zvočnih in grafičnih), navideznih predmetov in informacij (konstrukcijski podatki), ki jih potrebuje določeni sistem razširjene resničnosti. Prav tako strežnik skrbi za hranjenje navideznih predmetov in digitalnih informacij ter izvršuje njihovo uporabo. To storitev (shranjevanje) s pridom izkoriščajo AR aplikacije, da lahko z njihovo pomočjo ustvarimo prikaz pogleda na grafični model in izpis digitalnih informacij, ki so shranjene znotraj modela.

47 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Prikazovalnik Prikazovalnik s pomočjo optičnih in video tehnologij uporabniku omogoča pogled na resnično okolje, ki je razširjeno z navideznimi predmeti (t. i. pogled v nadgrajeno resničnost). Delimo jih v štiri skupine: zaslonske, prostorske, ročne in naglavne. (Pucer, 2011) zaslonski ali projekcijski prikazovalniki se uporabljajo v kombinaciji uporabe kamere, ki zajema sliko iz realnega sveta in prikazovalnika (zaslon, projekcija slike na površino), s pomočjo katerega lahko vidimo nadgrajeno resničnost. Takšen način (projekcija slike na podlago mize) prikazovanja nadgrajene resničnosti je uporabljen tudi v tej nalogi, saj menimo, da je takšen način prikaza 3D modela in digitalnih informacij najbolj smotrn tako v smislu uporabnosti kot tudi ekonomičnosti celotnega sistema. naglavne naprave (angl. Head-Mounted) so na glavo nameščeni prikazovalniki (HMD), ki vizualno spominja na čelado. Prikazovalnik uporabniku, v smeri pogleda, prikaže resnični svet in virtualni svet kot eno sliko. očalni prikazovalnik (angl. Eyeglasses) je zaslonska AR naprava, ki je integrirana v očalih in vizualno spominja na očala. Uporablja tehnologijo kamere, ki prestreza pogled na realni svet in nato na površini stekel očal ustvari oz. prikaže AR. kontaktne leče (angl. Contact Lenses) uporabljajo tehnologijo zajemanja kamer, ki prestrežejo pogled uporabnika in na površini leč ustvarijo oz. prikažejo AR. virtualni mrežnični zaslon (angl. Virtual Retinal Display - VRD) je zaslonska tehnologija, znana tudi kot očesno mrežnični zaslon ali projektor, ki zaslon prikaže neposredno na očesno mrežnico uporabnika. Na ta način je uporabniku možno videti klasični ekran, ki lebdi v prostoru pred njim. prostorski prikazovalnik (angl. Spatial Augmented Reality - SAR) prikazuje virtualne oz. navidezne predmete direktno na podlago resničnega oz. realnega sveta.

48 Stran 32 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču ročni prikazovalnik (angl. Handheld) deluje kot okno, skozi katerega uporabnik vidi svet nadgrajene resničnosti. V današnjem času se, zaradi svoje priljubljenosti, za ročne prikazovalnike uporabljajo predvsem pametni telefoni in tablični računalniki. Te naprave delujejo na principu zajemanja slike realnega okolja z uporabo vgrajene ali zunanje kamere, ki na ekranu prikažejo sestavljen pogled na realno-virtualni svet Naprave za interakcijo Naprave za interakcijo oz. uporabniški vmesniki uporabniku omogočajo upravljanje virtualnih oz. navideznih predmetov. Omenjene naprave se najpogosteje pojavijo v obliki klasičnih računalniških vmesnikov, kot so tipkovnica, miška, igralna palica ali prepoznavanje govora. Prav tako se uporabljajo vmesniki, ki so bolj znani v navideznem svetu, kot je npr. rokavica ali tridimenzionalna miška. 4.2 PREGLED PROGRAMSKE OPREME ZA AR Proučitev možnosti uporabe obstoječih AR orodij APLIKACIJA LAYAR Layar aplikacija je primarno namenjena uporabi na pametnih telefonih ali tabličnih računalnikih in za svoje delovanje potrebuje kompas in GPS sledilnik. Na podlagi teh dveh komponent se ugotovi lokacija uporabnika in njegova usmeritev. Nato se glede na pridobljene podatke o usmeritvi pogleda uporabnika in njegove lokacije oz. koordinat s strežnika pridobijo informacije o razpoložljivih grafičnih slojih in modelih. Ko naprava, kot je to npr. pametni telefon ali tablični računalnik, pridobi vse potrebne informacije, jih preko direktnega video vnosa, katerega zagotavlja kamera mobilne naprave, prikaže na ekranu naprave. Glavna funkcija aplikacije je prikazovanje digitaliziranih informacij v obliki slik, informacij ali 3D modelov, ki so shranjene na strežniku za točno določeno lokacijo, (GPS koordinate) tako imenovanih točk interesa (angl. Points of interest - POI). Zraven tega nam aplikacija omogoča določene dodatne funkcije, kot je na primer

49 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 33 zaznavanje bližine. Ta funkcija približevanja deluje kot neke vrste sprožilec za funkcijo, ki se bo prikazala oziroma izvedla (npr. prikaz multimedijskega dokumenta ali spletne strani) ob vnaprej določeni oddaljenosti oziroma bližini točke interesa. (Layar, 2014) Slika 15: Aplikacija Layar APLIKACIJA JUNAIO Druga aplikacija, ki je dokaj podobna že zgoraj predstavljeni aplikaciji Layar, je Junaio. Prednost te aplikacije je v tem, da so vse funkcije, ki jih aplikacija ponuja, brezplačne. Uporablja se na pametnih telefonih ali tabličnih računalnikih, ki na podlagi informacij o lokaciji (GPS koordinate) in usmerjenosti pogleda na ekranu prikaže predhodno izdelani 3D model ali informacijo. Vse informacije, ki se prikažejo na ekranu uporabljene naprave, aplikacija pridobi iz spletnega strežnika Hoppala Augmentation. Aplikacija s strežnika pridobi informacije o določeni geolokaciji s pomočjo tako imenovanega URL-ja, ki deluje kot povratni klic (angl. Callback). (Junaio, 2014) Slika 16: Aplikacija Junaio

50 Stran 34 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču ARTOOLKIT ARToolkit je aplikacija, ki temelji na prepoznavanju predizdelanih markerjev in projekcije 3D modelov na mestu oz. podlago, kjer je prisoten marker. Istočasno nam program omogoča izdelavo in nato uporabo poljubno izdelanih markerjev. Ko program, s pomočjo kamere, prepozna marker, se na ekranu prikaže 3D model oz. navidezni predmet ali digitalne informacije, ki so shranjene na strežniku. Program za izvedbo lahko zapišemo s pomočjo brezplačne programske opreme, kot je to na primer program Eclipse. (ARToolKit, 2014) Slika 17: Orodje ARToolKit Proučitev možnosti uporabe obstoječih tehnologij površinskih prikazovalnikov SMARTBOARD SmartBoard je naprava, ki je po svoji podobi zelo podobna klasični šolski tabli. Lahko je samostoječa ali pa jo je potrebno namestiti na steno. Področja stene, kamor je naprava SmartBoard nameščena, praktično ni mogoče več uporabiti za druge namene. Naprava nam omogoča interaktivno delo z miško, svetlobnim (IR) pisalom ali kar na dotik, brez dodatnih pripomočkov. (SMART Board interactive whiteboards, 2014) Na tržišču obstajajo prikazovalniki različnih formatov (4:3, 16:9 ter 16:10) z različnim maksimalnim številom slikovnih elementov piksli (angl. Pixels): (SMART Board Interactive Whiteboard - smarttech, 2014)

51 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 35 Tabela 5: Vrste prikazovalnikov glede na format in maksimalno število slikovnih elementov Splošno Resolucija Razmerje Splošno Resolucija Razmerje QVGA 320 X 240 4:3 QHD 640 X :9 VGA 640 X 480 4:3 WGA 1024 X :9 SVGA 800 X 600 4:3 WXGA 1280 X :10 XGA 1024 X 768 4:3 WXGA 1366 X :9 Quad VGA 1280 X 960 4:3 WXGA X :10 SXGA 1400 X :3 WSXGA X :10 UXGA 1600 X :3 WUXGA 1920 X :10 QXGA 2048 X :3 WQXGA 2560 X :10 SXGA X :3 WQUXGA 3840 X :10 QUXGA 3200 X :3 Ultra Definition 3840 X :9 Slika 18:Orodje SmartBoard (Smartboard-smarterinteractive, 2014) MICROSOFT SURFACE Naprava Microsoft površina (angl. Microsoft Surface) je vizualno zelo podobna SmartBoard napravi. Namestimo jo lahko na različne površine, pri čimer se najpogosteje namesti oz. vgradi v mizo in po svoji velikosti zasede najmanj tolikšen prostor, kot je velikost prikazovalnika in delovne površine. (Microsoft Surface, 2014) Slika 19:Prikaz dela na napravi z Microsoft površino

52 Stran 36 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču AKTIVNA MIZA Je projekt Katedre za gradbeno in prometno informatiko Univerze v Mariboru. Glavne naloge projekta so bile: (AktivnaMiza, 2014) Uporabiti ter prilagoditi strojno in programsko opremo za izdelavo mize, ki omogoča projekcijo in manipulacijo digitalnih načrtov ter drugih digitalnih vsebin na različne načine, vključujoč uporabo: o o o tipkovnice in miške, svetlobnega peresa ali drugega fizičnega pripomočka (lučka, prstan itd.) ali upravljanje samo z rokami (opcija). Razviti uporabniški vmesnik z naborom funkcij, ki omogočajo učinkovito uporabo digitalnih načrtov in drugih oblik digitalne dokumentacije. Vzpostaviti dvosmerni informacijski tok podatkov med projektivo in operativo, tj. med pisarno in gradbiščem ter med gradbiščem in pisarno. Glavna prednost aktivne mize je v tem, da se slika oz. delovna površina projicira na mizo ali katero koli drugo, ravno, površino in nam za relativno majhno ceno ponuja isto oz. še več kot zgoraj omenjena SmartBoard in MicrosoftSurface. Slika 20: Prikaz orodja Aktivna miza (AktivnaMiza, 2014)

53 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 37 5 OPIS SISTEMA AR4BIM Izraz AR4BIM (angl. Augmented Reality For (4) BIM) je oznaka predlaganega sistema, ki ga predlagamo za vizualizacijo in interaktivno uporabo tehnologije nadgrajene resničnosti in BIM-a. V tem sistemu je vključenih enajst deležnikov in ti so: vodja projekta, predstavnik naročnika, arhitekt, projektant, inženir strojništva, izvajalec instalacijskih del, glavni izvajalec del, gradbeni nadzor, nadzornik in direktor podjetja. Natančne vloge vseh posameznikov v sistemu smo podali že v poglavju 1.1 v tabeli SPLOŠNE ZAHTEVE SISTEMA AR4BIM Sistem AR4BIM je oblikovan za uporabo na gradbišču, kjer lahko olajša delo in pospeši hitrost odvijanja aktivnosti pri posameznih procesih ali reševanju določene problematike. Pri oblikovanju smo upoštevali cilje za zmogljivost, učinkovitost in uporabnost. Načrtovani cilji vključujejo zahteve hitrosti, prostora in ekonomičnosti predlaganega sistema. Odzivni čas: Ustvarjanje, spreminjanje in brisanje virtualnih objektov ali konstrukcijskih elementov in njihovih podatkov mora biti hitro. Majhna poraba računalniških virov: Komponente za upravljanje podatkov naj uporabljajo malo pomnilnika (angl. Memory) in računalniške zmogljivosti tako, da se lahko za sistem uporabljajo manj zmogljivi računalniki, ki so cenovno ugodnejši ob nakupu in pri vzdrževanju.

54 Stran 38 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Nizka latenca (angl. Latency) dostopa do podatkov: Zakasnitev oz. latenca je po definiciji čas, ki preteče od uporabniške zahteve do odziva sistema, od katerega pričakujemo odziv. Za čim bolj nemoteno komunikacijo oz. dostop do podatkov je pomembno, da je latenca oz. zakasnitev čim manjša. Učinkovita pretvorba podatkov (angl. Efficient Throughput): V glavnem 3D prikaz (angl. Render) prizorov zahteva obdelavo večje količine podatkov, zaradi česar mora biti distribucija podatkov učinkovita. To pomeni, da mora biti glavni poudarek na dostopnosti podatkov, ker v večini primerov želimo le priklicati določene informacije in ne spreminjati. Cilji odvisnosti razkrivajo potrebe po sistemu z minimalnimi sistemskimi težavami in porušitvijo sistema z njihovimi posledicami. Zanesljivost: Storitve morajo opravljati svoje naloge, kakor je določeno. Robustnost: Vse storitve morajo delovati zanesljivo tudi takrat, ko se istočasno izvaja več procesov hkrati in se pojavi višja obremenitev sistema (angl. High Load). Razpoložljivost: Delovanje posameznih komponent sistema mora biti stabilno. Toleranca napak: Storitve morajo z omrežnimi napakami ravnati tolerantno, da se še vedno zagotavlja uporabnost sistema. Pri uporabnosti sistema se cilja na zmožnost ustvarjenja sistema, ki ga lahko končni uporabnik implementira v svoj sistem oz. aplikacijo, s pomočjo katere nudi svojo storitev na tržišču.

55 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran KOMPONENTNI DIAGRAM UML ZA SISTEM AR4BIM Kaj je UML, kaj vsebuje in kaj omogoča? Po definiciji je poenoteni jezik modeliranja UML (angl. Unified Modelling Language) računalniški standard, ki standardizira modeliranje računalniških sistemov, procesov itd. (Poenoteni jezik modeliranja, 2014). UML jezik vsebuje slovar besed in pravila za konstrukcijo besed jezika v stavkih, ki nam služijo za komunikacijo. Pravimo mu tudi jezik za modeliranje, saj vsebuje besede in gradnike, s katerimi predstavimo konceptualni in fizični ustroj sistema. Standard zapisa sistemskega načrta omogoča, da s pomočjo konceptualne analize problema in načrta za rešitev problema odgovorimo s konkretnim, kaj in kako opravimo določeni proces. Načrtovanje sistema Pri načrtovanju sistema AR4BIM se moramo zavedati, da je potrebno zagotoviti stabilno arhitekturo sistema, ki bo zagotovila zanesljivost in enostavnost vzdrževanja sistema. Prav tako nam stabilna arhitektura sistema omogoča enostavno dodajanje funkcionalnosti z le majhnimi spremembami same arhitekture sistema. Sistem AR4BIM lahko razdelimo na štiri večje komponente, ki jih v nadaljevanju lahko razdelimo na manjše. Te komponente so: delovni prostor: o o o o identifikator načrta, identifikator elementa načrta, AR prikazovalnik in brskalnik načrtov. razpoznavanje načrtov: o o o razpoznavalnik načrta, razpoznavalnik elementov in AR generator.

56 Stran 40 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču podatkovna baza: o o načrti in markerji elementov. BIM strežnik Povezave med posameznimi komponentami sistemi AR4BIM smo prikazali v komponentnem UML diagramu na sliki 21, pri čemer smo za njegovo izdelavo uporabili program Visual Paradigm for UML (Standard Edition Academic).

57 Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Slika 21: Komponentni UML diagram sistema AR4BIM Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Stran 41

58 Stran 42 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču 5.3 FUNKCIJE SISTEMA AR4BIM To podpoglavje opisuje primere uporabe vseh deležnikov posebej, pri čemer je primer uporabe opis obnašanja sistema, kot ga vidi deležnik (uporabnik ali sistem). Deležniki, ki imajo možnost uporabe sistema AR4BIM kot interaktivno orodje na gradbišču in je nameščen v kontejnerju vodje gradbišča, so: (1) investitor/ naročnik, (2) vodja projekta, (3) predstavnik naročnika, (4) arhitekt, (5) projektant, (6) inženir strojništva, (7) izvajalec instalacijskih del, (8) glavni izvajalec del, (9) gradbeni nadzor, (10) nadzornik in (11) direktor podjetja. Na tem mestu moramo pojasniti, da je tudi sistem deležnik, ki skupaj z ostalimi deležniki tvori sistem AR4BIM, vendar ga v nadaljevanju ne bomo natančneje opisali, ker je sam sistem še v fazi razvoja. Sistem AR4BIM je možno namestiti in uporabljati tudi izven gradbišča, vendar, v kolikor želimo sodelovati z več sistemi na enem projektu, morajo biti vsi sistemi povezani na eno podatkovno bazo oz. BIM strežnik.

59 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Primeri uporabe za investitorja / naročnika Primer uporabe: 3D vizualizacija že izvedenega dela objekta in dela objekta, ki je po terminskem planu predviden za izgradnjo Diagram: Prikaz 3D modela Slika 22: Primer uporabe za prikaz 3D modela Kratek opis Investitor želi v realnem času preveriti, kako napredujejo gradbena in instalacijska dela na objektu, za kar uporabi vizualizacijo 3D modela, iz katerega je razvidno, kateri deli objekta so že izvedeni in kateri deli objekta so šele predvideni za izgradnjo. Podroben opis Investitor v realnem času preveri napredek izgradnje objekta, za kar potrebuje tehnologijo AR4BIM, ki je povezan s podatkovno bazo, kjer so shranjeni vsi podatki projekta, vključno s 3D modelom objekta. Za lažjo predstavo stanja uporabi funkcijo vizualiziranja 3D modela objekta, iz katerega je razvidno, kateri deli objekta so že izvedeni in kateri deli objekta so šele predvideni za izgradnjo. 1. Investitor na aktivno mizo položi 2D načrt. 2. Sistem identificira načrt. 3. Aplikacija s pomočjo AR prikazovalnika na aktivno mizo vizualizira AR model načrta. 4. Investitor izbere funkcijo BIM strežnik.

60 Stran 44 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču 5. Investitor izbere funkcijo Izvedena dela ali funkcijo Dela v izvajanju. 6. Investitor izbere časovni interval (v primeru izbire funkcije Izvedena dela izbere datum obiska na gradbišču, v primeru izbire funkcije Dela v izvajanju izbere željeni časovni interval). 7. Sistem izvede verifikacijo izbranega datuma oz. časovnega intervala. 8. Aplikacija prikaže 3D model dela objekta, ki je že izveden ali ki je predviden za izvedbo v izbranem časovnem intervalu. 9. Investitor pregleda izvedena dela in dela, ki se bodo šele izvajala.

61 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Primeri uporabe za vodjo projekta Primer uporabe: Prikaz 3D modela in zahtevanih podatkov o posameznih konstrukcijskih elementih za hitrejše sporazumevanje nastale problematike Diagram: Prikaz 3D modela in podatkov Slika 23: Primer uporabe za prikaz 3D modela in podatkov Kratek opis Na podlagi informacij, ki jih pridobi s strani svojih delavcev in podizvajalcev, vodja projekta prične skupno komunikacijo s projektantom, inženirjem strojništva, glavnim izvajalcem, izvajalcem instalacijskih del, gradbenega nadzora in nadzornika. Prav tako vodja projekta prikliče 3D model objekta, posameznega konstrukcijskega elementa ali vgrajene opreme. Podroben opis Na podlagi informacij, ki jih izvajalec instalacijskih del posreduje vodji projekta, se izvede 3D vizualizacija dela objekta, kjer je prišlo do težave. Po uspešni vizualizaciji 3D modela predmetnega območja se pregleda stanje, kot je predvideno po projektu in se v nadaljevanju primerja z dejanskim stanjem na gradbišču v realnem času. V nadaljevanju se na podlagi vizualiziranega 3D modela povežemo s podatkovno bazo (BIM strežnik) in pridobimo informacije o, v projektu predpisanih, predvidenih delih in materialih, ki se nato primerjajo z dejanskim stanjem na gradbišču. Na podlagi primerjave vseh razpoložljivih podatkov se ugotovi, da je do napake prišlo zaradi dobave in vgradnje širšega prefabriciranega AB nosilca, ki je celovito gledano boljši, vendar je širši kot podano v načrtu.

62 Stran 46 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču 1. Izvajalec instalacijskih del obvesti vodjo projekta o nastali težavi v fazi izvedbe. 2. Vodja projekta na mizo položi 2D načrt ali izbere funkcijo Brskalnik načrtov. 3. V primeru položitve 2D načrta sistem identificira načrt. 4. V primeru izbire funkcije Brskalnik načrtov aplikacija prikaže seznam načrtov. 5. V primeru položitve 2D načrta sistem vizualizira 3D model predmetnega dela objekta. 6. V primeru izbire funkcije Brskalnik načrtov sistem vizualizira 3D model dela objekta. 7. V primeru izbire funkcije Brskalnik načrtov vodja projekta izbere ID Načrta AR modela. 8. Vodja projekta izbere funkcijo BIM strežnik. 9. Vodja projekta izbere funkcijo BIM element in izbere element. 10. Sistem izvede verifikacijo izbranega elementa. 11. Aplikacija prikaže podatke o vrsti, številu, poteku in lokaciji izbrane instalacije.

63 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Primeri uporabe za predstavnika naročnika Primer uporabe: Priklic informacij o vrsti in količini vgrajenih materialov v posamezne konstrukcijske elemente ali strojne opreme Diagram: Priklic informacij o elementih Slika 24: Primer za priklic informacij o elementih Kratek opis Predstavnik naročnika preveri skladnost zaračunanih količin in storitev. Podroben opis S pomočjo tehnologije AR4BIM se preveri ali se zaračunane količine posameznih izvedenih del in vgrajene opreme ujemajo z dejanskimi količinami in cenami. Za priklic zahtevanih načrtov predstavnik naročnika preko uporabniškega vmesnika sistema izbere funkcijo Brskalnik načrtov. V nadaljevanju se na podlagi izbora AR modela poveže z BIM strežnikom, iz katerega pridobi informacije o, po projektu predvidenih, količinah in vrsti materiala, ki jih nato primerja z zaračunanimi količinami in storitvami. 1. Naročnik izbere funkcijo Brskalnik načrtov. 2. Aplikacija prikaže seznam načrtov. 3. Naročnik izbere ID Načrt AR modela. 4. Naročnik izbere funkcijo BIM strežnik. 5. Naročnik izbere funkcijo BIM element in izbere element. 6. Sistem izvede verifikacijo izbranega elementa v odvisnosti od časa izvedbe. 7. Aplikacija prikaže podatke o vrsti in količini za gradnjo potrebnih materialov. 8. Naročnik izvede primerjavo izdanih računov in količin s podatki pridobljenimi s pomočjo sistema AR4BIM.

64 Stran 48 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Primeri uporabe za arhitekta Primer uporabe: Vizualizacije/predogled, kako bo sprememba načrta vplivala na arhitekturo vklopitev objekta v realno okolje Diagram: Vizualizacija / predogled objekta v realnem okolje elementih Slika 25: Primer vizualizacije / predogleda objekta v realnem okolje Kratek opis Arhitekt želi preveriti, kako bo sprememba načrta vplivala na arhitekturo in vklopitev objekta v realno okolje v realnem času. Podroben opis Za izvedbo tega primera mora biti model objekta izdelan s pomočjo tehnologije AR4BIM, ki omogoča vizualizacijo virtualnega 3D objekta in njegovih arhitekturnih detajlov. Zaradi spremembe v osnovnem načrtu objekta, ki je posledica reševanja nastale problematike, arhitekt preveri vklopitev modificiranega objekta v realno okolje. Za izvedbo vklopa modificiranega objekta v realno okolje arhitekt na aktivno mizo položi modificiran načrt, ki ga sistem prepozna in izvede vizualizacijo 3D modela objekta in digitalne fotografije, ki je projekcija realnega sveta v realnem času. 1. Arhitekt izbere funkcijo Brskalnik načrtov. 2. Aplikacija prikaže seznam načrtov. 3. Arhitekt izbere ID načrt. 4. Sistem izvede verifikacijo izbranega načrta. 5. Aplikacija prikaže 3D model objekta na digitalno podlago fotografije, ki je projekcija realnega sveta v realnem času.

65 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Primeri uporabe za projektanta Primer uporabe: Odkrivanje napak v fazi pred pričetkom gradnje Diagram: Odkrivanje napak Slika 26: Primer odkrivanja napak Kratek opis Projektant želi preveriti, če se izdelani projekt za izvedbo, v nadaljevanju PZI, ujema z idejno zasnovo, v nadaljevanju IDZ. Projektant prvič poda zahtevek za priklic 3D modela objekta, na katerem izvede kontrolo izdelanih načrtov. Podroben opis Ko se izvede ta primer uporabe, morajo biti načrti izdelani s pomočjo tehnologije AR4BIM, ki omogoča vizualizacijo virtualnega 3D modela objekta in priklic informacij o celotnem objektu ali posameznih konstrukcijskih elementih. Projektant se odloči, da bo v svojem delovnem okolju preveril ujemanje izdelanega PZI in s strani arhitekta posredovane IDZ. Posamezni načrti IDZ so shranjeni na BIM strežniku, do katerih projektant dostopa preko sistema AR4BIM. Ker v tej fazi projekta, gradbišče fizično še ne obstoja, projektant uporablja le sistem AR4BIM, ki je sestavni del tehnologije AR4BIM. Na podlagi priklica IDZ in PZI iz podatkovne baze oz. BIM strežnika lahko vizualizira 3D model objekta in izvede preverbo ustreznosti izdelanega PZI. 1. Arhitekt poda projektantu zahtevek za preverbo izdelanih načrtov. 2. Projektant preko vmesnika sistema AR4BIM izbere funkcijo Brskalnik načrtov. 3. Aplikacija prikaže seznam načrtov.

66 Stran 50 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču 4. Projektant izbere ID Načrt AR modela. 5. Projektant izbere funkcijo BIM strežnik. 6. Projektant izbere funkcijo BIM element in izbere element. 7. Sistem izvede verifikacijo izbranega elementa. 8. Aplikacija prikaže 3D model objekta oz. izbranega elementa. 9. Projektant preveri ustreznost izdelanega projekta z idejno zasnovo.

67 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Primeri uporabe za inženirja strojništva Primer uporabe: Identifikacija težav, ki se pojavijo med izvajanjem del Diagram: Preprečevanje napak in identifikacija težav Slika 27: Primer identifikacije težave Kratek opis Inženirji strojništva na podlagi 3D modela pregleda in prikliče informacije o posameznih komponentah strojnih instalacij iz PZI. Podroben opis Inženir strojništva, ki je med izvajanjem del naletel na težavo, želi ugotoviti vzrok nastanka težave. Po tem, ko med izvajanjem del zazna težavo, se odpravi do vodje projekta, kjer s pomočjo tehnologije AR4BIM in na podlagi 2D načrta vizualizirata 3D model objekta, primerjata stanje, kot je predvideno v PZI, in dejansko stanje na gradbišču. S pomočjo vizualizacije se ugotovi vzrok pojava težave med izvajanjem del, s čimer omogočimo hitrejše ukrepanje v nadaljevanju postopka odprave nastale težave. 1. Inženir strojništva zazna napako med izvajanjem del. 2. Inženir strojništva kontaktira vodjo projekta. 3. Inženir strojništva na aktivno mizo položi 2D načrt. 4. Sistem identificira načrt. 5. Aplikacija s pomočjo AR prikazovalnika na aktivno mizo projicira AR model načrta. 6. Inženir strojništva izbere funkcijo BIM strežnik. 7. Inženir strojništva izbere funkcijo BIM element in izbere element.

68 Stran 52 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču 8. Sistem izvede verifikacijo izbranega elementa. 9. Aplikacija prikaže 3D model objekta oz. izbranega elementa. 10. Inženir strojništva preveri potek in lokacijo posameznih komponent instalacij ter ustreznost izbranih komponent. 11. Inženir strojništva in vodja projekta ocenita nastalo težavo in pričneta z aktivnostmi, s katerimi se bodo odpravile nastale težave.

69 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Primeri uporabe za izvajalca instalacijskih del Primer uporabe: Priklic informacij o vrsti instalacijskega materiala in poteka oz. legi posameznih komponent Diagram: Priklic informacij o vrsti in poteku elementa Slika 28: Primer priklica informacij o vrsti in poteku elementa Kratek opis Inženirji strojništva pridobi informacije o vrsti, poteku in času instalacij, ki se bodo vgrajevale. Podroben opis Izvajalec instalacijskih del na vizualiziranem 3D modelu prikliče informacije o vrsti, poteku in času vgradnje instalacij, ki so predvidene za vgradnjo. Tako, s pomočjo tehnologije AR4BIM, zmanjšamo možnosti napak med samim izvajanjem instalacijskih del. 1. Izvajalec instalacijskih del na aktivno mizo položi 2D načrt. 2. Sistem identificira načrt. 3. Aplikacija s pomočjo AR prikazovalnika na aktivno mizo projicira AR model načrta. 4. Izvajalec instalacijskih del izbere funkcijo BIM strežnik. 5. Izvajalec instalacijskih del izbere funkcijo BIM element in izbere element. 6. Sistem izvede verifikacijo izbranega elementa. 7. Aplikacija prikaže 3D model elementa oz. instalacije. 8. Izvajalec instalacijskih del preveri potek, lokacijo in čas, ki je predviden za vgradnjo elementa oz. instalacije.

70 Stran 54 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Primeri uporabe za glavnega izvajalca del Primer uporabe: Kontrola izvedenih del po terminskem planu Diagram: Kontrola izvedenih del Slika 29: Primer kontrole izvedenih del Kratek opis Na aktivni mizi se vizualizira del 3D modela objekta, ki je že izveden in vsi elementi, ki so v fazi izdelave oz. izgradnje. Podroben opis Na podlagi vnesenih podatkov v bazo podatkov o izvedenih delih, ki se redno ažurirajo s strani izvajalca del, se vizualizira 3D model objekta, ki je že zgrajen, in vseh elementov, ki so v fazi izdelave, pri čemer so na 3D modelu vsi elementi v izdelavi obarvani z rdečo barvo in ne modelno strukturo površine. Na podlagi vizualne primerjave 3D modela in terminskega plana lahko ocenimo, ali je potrebno in kje je potrebno intenzivirati delo, da se izognemo zaostajanju po terminskem planom. 1. Izvajalec del na aktivno mizo položi 2D načrt. 2. Sistem identificira načrt. 3. Aplikacija s pomočjo AR prikazovalnika na aktivno mizo projicira AR model načrta. 4. Izvajalec del izbere funkcijo BIM strežnik. 5. Izvajalec del izbere funkcijo BIM element in izbere element. 6. Sistem izvede verifikacijo izbranega elementa. 7. Aplikacija prikaže 3D model izvedenega dela objekta in vse elemente, ki so v fazi izdelave, pri čemer so vsi elementi v izdelavi obarvani z rdečo barvo. 8. Izvajalec del izvede vizualno primerjavo izvedenih del in terminskega plana ter oceni trenutno stanje o morebitnem zaostanku izvajanja del.

71 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Primeri uporabe za gradbeni nadzor Primer uporabe: Priklic tehničnih informacij o posameznih konstrukcijskih elementih Diagram: Priklic tehničnih informacij o elementih Slika 30: Primer priklica tehničnih informacij o elementu Kratek opis Gradbeni nadzor poda zahtevek za tehnične informacije posameznih konstrukcijskih elementov. Podroben opis Gradbeni nadzor s pomočjo AR4BIM tehnologije prikliče informacije o posameznih konstrukcijskih elementih, ki so predvideni za vgradnjo, in jih primerja z dejansko izvedenimi deli in uporabljenimi materiali. 1. Gradbeni nadzor na aktivno mizo položi 2D načrt. 2. Sistem identificira načrt. 3. Aplikacija s pomočjo AR prikazovalnika na aktivno mizo vizualizira AR model načrta. 4. Gradbeni nadzor izbere funkcijo BIM strežnik. 5. Gradbeni nadzor izbere funkcijo BIM element in izbere element. 6. Sistem izvede verifikacijo izbranega elementa.

72 Stran 56 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču 7. Aplikacija prikaže 3D model elementa s informacijami o potrebnih materialih za izdelavo posameznega elementa, in sicer aplikacija prikaže podatke o zahtevani vrsti, količini, kvaliteti materiala in specifične zahteve, ki jih moramo upoštevati pri izvedbi. 8. Gradbeni nadzor primerja informacije, ki jih je pridobil o posameznih elementih z dejansko izvedenimi deli in za to uporabljenimi materiali.

73 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Primeri uporabe za nadzornika Primer uporabe: Kontrola zaračunanih in dejansko izvedenih del Diagram: Kontrola zaračunanih in izvedenih del Slika 31: Primer kontrole zaračunanih in izvedenih del Kratek opis Nadzornik izvede kontrolo zaračunanih del in dejansko izvedenih del vseh udeležencev. Podroben opis Nadzornik poda zahtevek o tehničnih informacijah za del ali celotni objekt, ki jih nato primerja z dejansko zaračunanimi deli. 1. Nadzornik preko vmesnika sistema AR4BIM izbere funkcijo BIM strežnik. 2. Nadzornik izbere funkcijo BIM element in izbere že izvedene elemente. 3. Sistem izvede verifikacijo izbranih elementov. 4. Aplikacija prikaže 3D model objekta z informacijo o vrsti in količini potrebnih materialov, ki so potrebni za izvedbo elementov. 5. Nadzornik izvede primerjavo vseh potrebnih količin in vseh vrst porabljenih materialov, potrebnih za izdelavo elementov. Na podlagi pridobljenih informacijah in delne situacije izvedenih del, ki jih nadzorniku v podpis posreduje izvajalec del, le-ta izvede primerjavo in ugotovi skladnost izvedenih in za obračun prikazanih del. Na ta način lahko nadzornik prepreči, da bi prišlo do podpisa delne situacije del, ki sploh niso bila izvedena.

74 Stran 58 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Primeri uporabe za direktorja podjetja Primer uporabe: Ocena vpliva predvidenih stroškov projekta na tekoče poslovanje podjetja Diagram: Kontrola predvidenih in dejanskih stroškov podjetja Slika 32: Primer kontrole predvidenih in dejanskih stroškov podjetja Kratek opis Direktor podjetja oceni vpliv predvidenih stroškov projekta v določenem časovnem obdobju na tekoče poslovanje podjetja. Podroben opis Direktor podjetja, ki izvaja dela, lahko s pomočjo sistema AR4BIM izvede oceno stroškov podjetja v določenem časovnem obdobju. S pomočjo vmesnika sistema se poveže s podatkovno bazo, kjer pridobi informacije o vrsti in količini potrebnih materialov za izvedbo le-teh. Na podlagi teh informacij se oceni vpliv stroškov projekta na tekoče poslovanje podjetja in v primeru pojava težave tudi ustrezno ukrepa, da lahko dela potekajo nemoteno in brez prekinitev. 1. Direktor podjetja izbere funkcijo BIM strežnik. 2. Direktor podjetja izbere funkcijo BIM element in izbere že izvedene element. 3. Sistem izvede verifikacijo izbranih elementov. 4. Aplikacija prikaže informacijami o vrsti in količini potrebnih materialov, ki so potrebni za izvedbo elementov. 5. Direktor izvede vpliv trenutnih stroškov na tekoče poslovanje podjetja.

75 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran SPECIFIČNE ZAHTEVE Funkcionalne zahteve V tem poglavju bomo specificirali, kako se naj vhodi programskih produktov transformirajo v izhode. Opisujejo se temeljne akcije, ki morajo biti zajete v programski opremi Prikaz 3D modela v odvisnosti od napredka del Primer uporabe Referenca Poglavje Prožilec Začetno stanje (vhod) Osnovno izvajanje (procesiranje) Alternativno izvajanje Končno stanje (izhod) Izjeme Ostalo 3D vizualizacija izvedenih del in del v fazi izvedbe Uporabnik na aktivno mizo položi 2D načrt. Aplikacija s pomočjo AR prikazovalnika na aktivno mizo vizualizira AR model načrta. 1. Sistem identificira načrt. 2. Aplikacija s pomočjo AR prikazovalnika na aktivno mizo vizualizira AR model načrta. 3. Sistem se poveže z BIM strežnikom. 4. Uporabnik izbere časovni interval. 5. Sistem preveri vnesene podatke in prikaže 3D model dela objekta, ki je že izveden in/ali del objekta, ki je predviden za izvedbo. V kolikor na aktivno mizo nismo položili 2D načrta ali izbrali BIM elementa, bo uporabnik opozorjen, da je za nadaljevanje potrebno na aktivno mizo položiti 2D načrt ali izbrati BIM element. 3D-AR model se prikaže na aktivno mizo. Uporabnik lahko kadarkoli prekine vnos podatkov z gumbom Prekini. Vrnemo se v osnovni meni aplikacije. Podatki o modelu vključujejo: ID načrta, ime modela, ime podlage modela.

76 Stran 60 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Prikaz 3D modela v kombinaciji z zahtevanimi podatki Primer uporabe Referenca Poglavje Prožilec Začetno stanje (vhod) Osnovno izvajanje (procesiranje) Alternativno izvajanje Končno stanje (izhod) Izjeme Ostalo Vizualizacija 3D modela s pripadajočimi podatki Uporabnik na aktivno mizo položi 2D načrt. Aplikacija s pomočjo AR prikazovalnika na aktivno mizo vizualizira AR model načrta. 1. Sistem identificira načrt. 2. Aplikacija s pomočjo AR prikazovalnika na aktivno mizo vizualizira AR model načrta. 3. Sistem se poveže z BIM strežnikom. 4. Uporabnik izbere časovni interval. 5. Sistem preveri vnesene podatke in prikaže 3D model objekta s pripadajočimi podatki, ki so shranjeni na BIM strežniku. V kolikor na aktivno mizo nismo položili 2D načrta, se nam prikaže brskalnik načrtov in moramo v nadaljevanju izbrati ID načrt AR modela. V kolikor nismo izvedli nobene od zgoraj navedenih aktivnosti, bo uporabnik opozorjen, da je za nadaljevanje potrebno na aktivno mizo položiti 2D načrt ali izbrati ID načrt AR modela. Aplikacija prikaže podatke o vrsti, številu, poteku in lokaciji izbrane instalacije. Uporabnik lahko kadarkoli prekine vnos podatkov z gumbom Prekini. Vrnemo se v osnovni meni aplikacije. Podatki o modelu vključujejo: ID načrta, ime BIM strežnika, ime BIM elementa in podatke o vrsti, številu, poteku in lokaciji izbrane instalacije.

77 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Priklic informacij o vrsti in količini vgrajenih materialov Primer uporabe Priklic informacij o vrsti in količini vgrajenih materialov Referenca Poglavje Prožilec Uporabnik izbere funkcijo Brskalnik načrtov. Začetno stanje Uporabnik se nahaja na začetnem ekranu Seznam ID načrtov. (vhod) Osnovno 1. Sistem prikaže brskalnik načrtov za izbor načrta. izvajanje 2. Uporabnik izbere ID načrt, BIM strežnik in BIM element in (procesiranje) potrdi vnos z gumbom Potrdi. 3. Sistem preveri vnesene podatke v odvisnosti od časa izvedbe in prikaže podatke o vrsti in količini za gradnjo potrebnih materialov. Alternativno V kolikor nismo izbrali nobenega ID načrta, BIM strežnika ali izvajanje BIM elementa, bo uporabnik opozorjen, da je za nadaljevanje potrebno izbrati zahtevani načrt, strežnik ali element. Končno stanje Aplikacija prikaže podatke o vrsti in količini za gradnjo potrebnih (izhod) materialov. Izjeme Uporabnik lahko kadarkoli prekine vnos podatkov z gumbom Prekini. Vrnemo se v osnovni meni aplikacije. Ostalo Podatki o modelu vključujejo: ID načrta, ime BIM strežnika, ime BIM elementa in podatke o vrsti in količini potrebnih materialov.

78 Stran 62 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Predogled vpliva spremembe načrta na arhitekturno vklopitev v okolico Primer uporabe Vizualizacije/predogled, kako bo sprememba načrta vplivala na arhitekturo vklopitev objekta v realno okolje Referenca Poglavje Prožilec Uporabnik izbere funkcijo Brskalnik načrtov. Začetno stanje Uporabnik se nahaja na začetnem ekranu Seznam ID načrtov. (vhod) Osnovno 1. Sistem prikaže brskalnik načrtov za izbor načrta. izvajanje 2. Uporabnik izbere ID načrt in potrdi vnos z gumbom Potrdi. (procesiranje) 3. Sistem preveri vnesene podatke in prikaže 3D model objekta na digitalno podlago fotografije, ki je projekcija realnega sveta v realnem času. Alternativno V kolikor nismo izbrali nobenega ID načrta, bo uporabnik izvajanje opozorjen, da je za nadaljevanje potrebno izbrati ID načrt. Končno stanje Aplikacija prikaže 3D model objekta na digitalno podlago, ki je (izhod) projekcija realnega sveta v realnem času. Izjeme Uporabnik lahko kadarkoli prekine vnos podatkov z gumbom Prekini. Vrnemo se v osnovni meni aplikacije. Ostalo Podatki o modelu vključujejo: ID načrta, ime modela, ime podlage modela.

79 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Odkrivanje napak v fazi pred pričetkom gradnje Primer uporabe Odkrivanje napak v fazi pred pričetkom gradnje Referenca Poglavje Prožilec Uporabnik izbere funkcijo Brskalnik načrtov. Začetno stanje Uporabnik se nahaja na začetnem ekranu Seznam ID načrtov. (vhod) Osnovno 1. Sistem prikaže brskalnik načrtov za izbor načrta. izvajanje 2. Uporabnik izbere ID načrt AR modela, BIM strežnik in BIM (procesiranje) element in potrdi vnos z gumbom Potrdi. 3. Sistem preveri vnesene podatke in prikaže 3D model objekta oz. izbranega elementa. Alternativno V kolikor nismo izbrali nobenega ID načrta, bo uporabnik izvajanje opozorjen, da je za nadaljevanje potrebno izbrati ID načrt. Končno stanje Aplikacija prikaže 3D model objekta oz. izbranega elementa. (izhod) Izjeme Uporabnik lahko kadarkoli prekine vnos podatkov z gumbom Prekini. Vrnemo se v osnovni meni aplikacije. Ostalo Podatki o modelu vključujejo: ID načrta, ime BIM strežnika, ime BIM elementa.

80 Stran 64 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Preprečevanje napak v fazi projektiranja in hitra identifikacija težav Primer uporabe Identifikacija težav, ki se pojavijo med izvajanjem del Referenca Poglavje Prožilec Uporabnik na aktivno mizo položi 2D načrt. Začetno stanje Aplikacija s pomočjo AR prikazovalnika na aktivno mizo (vhod) vizualizira AR model načrta. Osnovno 1. Sistem identificira načrt. izvajanje 2. Aplikacija s pomočjo AR prikazovalnika na aktivno mizo (procesiranje) vizualizira AR model načrta. 3. Sistem se poveže z BIM strežnikom. 4. Uporabnik izbere časovni interval. 5. Sistem preveri vnesene podatke in prikaže 3D model objekta. 6. Uporabnik identificira vzrok pojava težave. Alternativno V kolikor na aktivno mizo nismo položili 2D načrta, se nam izvajanje prikaže brskalnik načrtov in moramo v nadaljevanju izbrati ID načrt AR modela. V kolikor nismo izvedli nobene od zgoraj navedenih aktivnosti, bo uporabnik opozorjen, da je za nadaljevanje potrebno na aktivno mizo položiti 2D načrt ali izbrati ID načrt AR modela. Končno stanje Aplikacija prikaže 3D model objekta oz. izbranega elementa. (izhod) Izjeme Uporabnik lahko kadarkoli prekine vnos podatkov z gumbom Prekini. Vrnemo se v osnovni meni aplikacije. Ostalo Podatki o modelu vključujejo: ID načrta, ime BIM strežnika, ime BIM elementa, lokacijo in potek ID elementa.

81 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Primer uporabe za izvajalca instalacijskih del Primer uporabe Priklic informacij o vrsti instalacijskega materiala in poteka oz. legi posameznih komponent Referenca Poglavje Prožilec Uporabnik na aktivno mizo položi 2D načrt. Začetno stanje Aplikacija s pomočjo AR prikazovalnika na aktivno mizo (vhod) vizualizira AR model načrta. Osnovno 1. Uporabnik na mizo položi 2D načrt. izvajanje 2. Sistem prepozna 2D načrt in vizualizira 3D model z ID-jem. (procesiranje) 3. Uporabnik izbere BIM strežnik in BIM element in potrdi vnos. 4. Sistem preveri vnesene podatke in zraven 3D modela objekta oz. izbranega elementa prikaže tudi informacije o modelu oz. objektu. Alternativno V kolikor sistem ne prepozna 2D načrta, bo uporabnik izvajanje opozorjen, da načrt ni prepoznan oz. ga ni v bazi podatkov. V kolikor na aktivno mizo nismo položili 2D načrta, bo uporabnik opozorjen, da moramo na mizo položiti 2D načrt objekta oz. elementa. V kolikor nismo izbrali nobenega BIM strežnika, bo uporabnik opozorjen, da je za nadaljevanje potrebno izbrati BIM strežnik. V kolikor nismo izbrali nobenega BIM elementa, bo uporabnik opozorjen, da je za nadaljevanje potrebno izbrati BIM element. Končno stanje Aplikacija prikaže 3D model, iz katerega sta razvidna lega in (izhod) potek posameznih komponent in informacij, iz katerih je razvidna vrsta in količina instalacijskega materiala. Izjeme Uporabnik lahko kadarkoli prekine vnos podatkov z gumbom Prekini. Vrnemo se v osnovni meni aplikacije. Ostalo Podatki o modelu vključujejo: ID 2D načrta, ime BIM strežnika, ime BIM elementa, ID elementa predvidenega za vgradnjo, lokacija in potek ID elementa, terminski plan, kdaj naj bi se elementi izvedli.

82 Stran 66 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Primer uporabe za izvajalca del Primer uporabe Kontrola izvedenih del po terminskem planu Referenca Poglavje Prožilec Uporabnik na aktivno mizo položi 2D načrt. Začetno stanje Aplikacija s pomočjo AR prikazovalnika na aktivno mizo (vhod) vizualizira AR model načrta. Osnovno 1. Uporabnik na mizo položi 2D načrt. izvajanje 2. Sistem prepozna 2D načrt in vizualizira 3D model. (procesiranje) 3. Uporabnik izbere BIM strežnik in BIM element in potrdi vnos. 4. Sistem preveri vnesene podatke in zraven 3D modela objekta oz. izbranega elementa prikaže tudi informacije o modelu oz. objektu. 5. Aplikacija prikaže 3D model izvedenega dela objekta in del objekta v fazi izdelave. 6. Uporabnik izvede primerjavo izvedenih del in terminskega plana ter oceni trenutno stanje o morebitnem zaostanku izvajanja del. Alternativno V kolikor sistem ne prepozna načrta terminskega plana, nam izvajanje sistem ponudi izbor seznama terminskih planov ali vrnitev v osnovni meni. Končno stanje Aplikacija prikaže 3D model terminskega plana in informacije o (izhod) zaostajanju, prehitevanju ali "on time" izvedbenih del. Izjeme Uporabnik lahko kadarkoli prekine vnos podatkov z gumbom Prekini. Vrnemo se v osnovni meni aplikacije. Ostalo Predhodno morajo biti vneseni oz. aktualizirani podatki o že izvedenih delih (vnos podatkov takoj po izvedbi del ali alternativno na koncu delovnega dneva). Podatki o modelu vključujejo: ID elementa, predvideni čas izvedbe in zaostajanje/prehitevanje/"on time" izvedbenih del.

83 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Primer uporabe za gradbeni nadzor Primer uporabe Priklic tehničnih informacij o posameznih konstrukcijskih elementih Referenca Poglavje Prožilec Uporabnik na aktivno mizo položi klasični 2D načrt. Začetno stanje Uporabnik se nahaja na začetnem ekranu za prepoznavanje 2D (vhod) načrtov. Osnovno 1. Uporabnik na mizo položi 2D načrt. izvajanje 2. Sistem prepozna 2D načrt in vizualizira 3D model z ID-jem. (procesiranje) 3. Uporabnik izbere BIM strežnik in BIM element in potrdi vnos z gumbom Potrdi. 4. Sistem preveri vnesene podatke in zraven 3D modela objekta oz. izbranega elementa prikaže tudi informacije o modelu oz. objektu. Alternativno V kolikor sistem ne prepozna 2D načrta, bo uporabnik izvajanje opozorjen, da načrt ni prepoznan oz. ga ni v bazi podatkov. V kolikor nismo izbrali nobenega BIM strežnika, bo uporabnik opozorjen, da je za nadaljevanje potrebno izbrati BIM strežnik. V kolikor nismo izbrali nobenega BIM elementa, bo uporabnik opozorjen, da je za nadaljevanje potrebno izbrati BIM element. Končno stanje Aplikacija prikaže 3D model elementa z informacijami o potrebnih (izhod) materialih za izdelavo posameznega elementa, in sicer aplikacija prikaže podatke o zahtevani vrsti, količini, kvaliteti materiala in specifične zahteve, ki jih moramo upoštevati pri izvedbi. Izjeme Uporabnik lahko kadarkoli prekine vnos podatkov z gumbom Prekini. Vrnemo se v osnovni meni aplikacije. Ostalo Podatki o modelu vključujejo: ID 2D načrta, ime BIM strežnika, ime BIM elementa, vrsto/količino/kvaliteto materialov in specifične zahteve pri izvedbi elementov.

84 Stran 68 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Primer uporabe za nadzornika Primer uporabe Kontrola zaračunanih in dejansko izvedenih del Referenca Poglavje Prožilec Uporabnik izbere funkcijo BIM strežnik. Začetno stanje Uporabnik se nahaja na začetnem ekranu Seznam BIM strežnik. (vhod) Osnovno 1. Uporabnik izbere funkcijo BIM strežnik. izvajanje 2. Uporabnik izbere BIM element. (procesiranje) 3. Sistem izvede verifikacijo izbranih elementov. 4. Aplikacija vizualizira 3D z informacijami o vrsti in količini potrebnih materialov za izgradnjo. 5. Uporabnik izvede primerjavo vseh razpoložljivih podatkov. Alternativno V kolikor uporabnik ne izbere BIM elementa, nas sistem izvajanje opozori, da moramo za nadaljevanje izbrati BIM element. Končno stanje Aplikacija vizualizira 3D z informacijami o vrsti in količini (izhod) potrebnih materialov za izgradnjo. Izjeme Uporabnik lahko kadarkoli prekine vnos podatkov z gumbom Prekini. Vrnemo se v osnovni meni aplikacije. Ostalo Predhodno morajo biti vneseni podatki o vrsti in količini vseh porabljenih materialov.

85 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Primer uporabe za direktorja podjetja Primer uporabe Ocena vpliva predvidenih stroškov projekta na tekoče poslovanje podjetja Referenca Poglavje Prožilec Uporabnik izbere funkcijo Brskalnik načrtov Začetno stanje Uporabnik se nahaja na začetnem ekranu Seznam ID načrtov. (vhod) Osnovno 1. Uporabnik izbere funkcijo BIM strežnik. izvajanje 2. Uporabnik izbere BIM element. (procesiranje) 3. Sistem izvede verifikacijo izbranih elementov. 4. Aplikacija vizualizira 3D z informacijami o vrsti in količini potrebnih materialov za izgradnjo. 5. Uporabnik izvede kalkulacijo in oceni vpliv stroškov na tekoče poslovanje podjetja. Alternativno V kolikor uporabnik ne izbere BIM elementa, ga sistem opozori, izvajanje da je za nadaljevanje potrebno izbrati BIM element ali se vrniti v osnovni meni. Končno stanje Aplikacija vizualizira 3D z informacijami o vrsti in količini (izhod) potrebnih materialov za izgradnjo. Izjeme Uporabnik lahko kadarkoli prekine vnos podatkov z gumbom Prekini. Vrnemo se v osnovni meni aplikacije. Ostalo Predhodno morajo biti vneseni podatki o vrsti in količini vseh porabljenih materialov.

86 Stran 70 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču 5.5 OPIS ZAHTEV ZA INTEGRACIJO OBSTOJEČIH REŠITEV Integracijski proces določa zaporedje aktivnosti, ki jih je potrebno izvršiti za uspešno integracijo sistema AR4BIM. Za uspešno integracijo sistema za naš primer nepredvidljivega dogodka na gradbišču se morajo izpolniti naslednje faze procesa integracije: Faze procesa integracije Integracija na nivoju markerjev aplikacija prepozna oz. identificira 2D načrte s pomočjo markerjev z namenom dostopanja in skupne uporabe podatkov med različnimi uporabniki. Integracija na nivoju vizualizacije cilj je razviti komponente za vizualizacijo, ki zagotavljajo vmesnike z visokokvalitetnim prikazovanjem 3D modelov in podatkov. Integracija na nivoju podatkov osredotoča se na dostopanje, spreminjanje in shranjevanje podatkov na strežnik (BIM strežnik) s ciljem skupne uporabe podatkov med različnimi uporabniki in različnimi orodji (Autodesk, Archicad itd.). Integracija na nivoju aplikacijskih vmesnikov tako kot integracija na nivoju poslovnih metod se osredotoča ne samo na skupno rabo podatkov, temveč tudi funkcionalnost. Integracija na nivoju poslovnih metod cilj je razviti komponente, ki zagotavljajo vmesnike z visokonivojskimi poslovnimi metodami. Integracija na operativnem nivoju v tem koraku definiramo in implementiramo skupen uporabniški vmesnik za integriran informacijski sistem. Integracija na stroškovnem nivoju v tem koraku definiramo in implementiramo skupen uporabniški vmesnik, ki je cenovno sprejemljiv tako v fazi nabave kot tudi v fazi uporabe in vzdrževanja sistema.

87 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 71 V našem primeru se integracije na zgoraj navedenih nivojih kažejo pri: zmožnosti povezovanja prepoznanih 2D načrtov do podatkov, shranjenih na BIM strežniku, vizualiziranja kompleksnega 3D model s pomočjo projektorja na nivoju visokokvalitetne vizualizacije, dostop do podatkov, shranjenih na BIM strežniku, uporaba aplikacije, ki zmore uporabo podatkov, ustvarjenih v drugih aplikacijah, brez da se pri tem izgubi funkcionalnost podatkov, aplikacija, skupni uporabi enega vmesnika in ekonomska upravičenost tehnologije. 5.6 FUNKCIONALNE ZAHTEVE ZA INTEGRACIJO OBSTOJEČIH REŠITEV Na podlagi našega izbranega primera in interesne skupine oz. vseh deležnikov smo določili zahteve za sistem AR4BIM, pri čemer smo zahteve razdelili na dve kategoriji, in sicer na funkcionalne in nefunkcionalne zahteve, ki nam opišejo, kaj naj aplikacija dela in kako naj to izvede Funkcionalne zahteve Glavni cilj sistema AR4BIM je, da podpira širok nabor kontekstno usmerjenih funkcij za interakcijsko uporabljanje nadgrajene resničnosti. Da bi to dosegli, moramo uskladiti zahteve na nivoju uporabnika in na nivoju administratorja oz. skrbnika sistema. Uporabniške funkcije: Prikaz 3D modela in spreminjanje pogleda na model: poleg same vizualizacije modela je za uporabnika pomembno tudi interaktivno spreminjanje pogleda, kot je to npr. rotacija modela, približevanje modela, izbiranje posameznih elementov objektov modela ali celotnega modela. Vse te funkcije zagotovimo z vmesnikom IR pisala, tipkovnice in miške. Najdi lokacijo in potek elementa: pomembno je, da lahko uporabnik sam, s pomočjo navigiranja skozi model, poišče element ali pa enostavno vpiše iskani element v iskalnik, sistem pa ga nato najde in vizualizira pred uporabnika.

88 Stran 72 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Prikaz informacij o elementu: vključujejo najbolj osnovno funkcijo nadgrajene resničnosti, in sicer zagotoviti informacije o elementu, ki jih uporabnik išče. Informacije o elementu so lahko le splošne (npr. ID elementa ali dimenzije elementa) ali detajlirane (npr. vrsta uporabljenega materiala in količina materiala, ki je potrebna za izvedbo tega elementa). Vse te informacije zagotovimo s povezovanjem virov podatkov na BIM strežniku. Prikaz informacij prilagojene kontekstu: da se sistem zaveda konteksta, mora biti možna prilagoditev informacij glede na uporabnika. Če uporabnik npr. redno preverja terminski plan, mu bo v začetnem meniju prikazana opcija izbora "prikaz terminskega plana". Sistemsko - administratorske funkcije: Vnašanje podatkov: sistemski administrator lahko doda, spremeni ali odstrani shranjene informacije. Pregled dnevnika: omogočen mora pregled zapisa dnevnika, da vidimo kakšne informacije so bile zahtevane, posredovane, in če je prišlo do motenj v delovanju sistema.

89 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 73 Slika 33: Shematični prikaz funkcionalnih zahtev za integracijo obstoječih rešitev

90 Stran 74 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Nefunkcionalne zahteve V skladu s samo naravo sistema in uporabnika so nefunkcionalne zahteve povezane z zbirko podatkov ali varnostjo sistema. Zbirka podatkov mora vsebovati: tipe informacij (dimenzije elementov, vrste uporabljenega materiala, kvaliteto uporabljenega materiala, čas izvedbe del, predvideni čas izvedbe vseh elementov itd.), pogostost uporabe (koliko krat se določena zbirka podatkov uporablja in beleženje števila podanih zahtev za prikaz posameznih elementov ali objekta), dostopnost (beleženje, kdo je upravičen do posameznih podatkov, shranjenih v skupni zbirki podatkov), povezavo podatkovnih elementov do BIM strežnika s pomočjo uporabe globalnih ID elementov v modelu objekta in ohranitvene zahteve za podatke (obstojnost podatkov). Varnost je pomembna, da zagotovimo pravilno in nemoteno delovanje sistema ter da zaščitimo sistem pred naključnim ali zlonamernim dostopom: hranjenje dnevnika o zgodovini uporabe sistema in podatkov, dodelitev posebnih funkcij različnim uporabnikom in omejitev komunikacije med posameznimi deli sistema. 5.7 UPORABLJENE TEHNOLOGIJE IN NAPRAVE Klasični 2D načrti Tehnologija risanja klasičnih ravninskih oz. 2D načrtov se največkrat uporablja še danes. Ker temelji na ravninskem principu, je na načrtih vidna le ena ravnina, kot je to npr. tloris, naris in prerez, objekta ali posameznega konstrukcijskega elementa.

91 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 75 Slika 34: Prikaz primera uporabe klasičnega 2D načrta Layar Aplikacija Layar se uporablja za servisiranje informacij, ki so vezane na določeno GEO lokacijo, tako imenovanih točke interesa (angl. Points of interest - POI). Glavni vzrok, zakaj smo proučili to aplikacijo, je, da vsebuje možnost prikazovanja 3D modelov v realnem okolju in ob realnem času. Deluje pa tako, da aplikacija na izbrani GEO lokaciji namesto informacij POI točke izriše 3D model, pri čemer je aplikacija v osnovi izdelana za namen uporabe s pametnimi telefoni. Slika 35: Prikaz primera uporabe aplikacije Layar 3D model Slika 36: Prikaz primera uporabe aplikacije Layar POI točke

92 Stran 76 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Junaio Aplikacija Junaio se uporablja podobno kot že prej predstavljeni Layar, pri čemer je glavni vzrok, zakaj smo proučili to aplikacijo ta, da so vse opcije, ki jih aplikacija ponuja, brezplačne. Je pa aplikacija izdelana za pametne telefone, kjer se izdelani 3D model vizualizira na ekran v odvisnosti od podanih GPS koordinat ali podob, ki jih zajema vgrajena kamera AR ToolKit Aplikacija ARToolKit temelji na vizualizaciji 3D modelov na podlago, kjer je prisoten marker, ki ga aplikacija prepozna s pomočjo kamere. Program je v osnovi izdelan za uporabo z naglavnim prikazovalnikom, pri čemer se lahko uporablja tudi s pomočjo pametnih telefonov in namiznih ali prenosnih računalnikov. Slika 37: Naglavni prikazovalnik Slika 38: Aplikacija za pametne telefone Slika 39: Aplikacija za namizne ali prenosne računalnike

93 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Aktivna miza Zaradi agresivnosti okolja na gradbišču (prah, umazanija, kemikalije itd.) in velike možnosti poškodb strojne opreme za obdelavo in prikaz podatkov ali 3D modela smo se odločili za napravo, ki temelji na ideji in konceptu nizkocenovne naprave, avtorja Johnny Chung Leeja. Naprava je sestavljena iz štirih komponent: računalnik, video kamere, projektor (prikazovalnik), Wii remote in IR svetlobno pisalo. Vse štiri komponente, ki so sestavni del aktivne mize, lahko razdelimo na dve opremi. Za potrebe izvedbe lastnih eksperimentov smo uporabili opremo, kot je navedeno v nadaljevanju. Strojna oprema Običajno je v reševanje problema, ki se je pojavil na gradbišču, vključenih več deležnikov, kot so npr. arhitekt, projektant, nadzornik, izvajalec itd. Zaradi tega in dejstva, da je za potrebe prepoznavanja klasičnega 2D načrta s pomočjo kamere, položenega na površino mize, smo se odločili, da projektor preusmerimo na mizo, in sicer tako, da se projektor postavi nad mizo in usmeri navzdol. Računalnik in projektor sta med seboj povezana z VGA kablom, medtem ko je video kamera povezana z računalnikom preko USB in Wii remote preko brezžične BlueTooth povezave. Zadnja komponenta potrebne strojne opreme, ki nadomešča klasično miško in uporabniku poveča občutek uporabe zaslona na dotik, je IR pisalo. Programska oprema Na računalnik je nameščen operacijski sistem MS Windows 7, ki ob prej opisani namestitvi naprave omogoča običajno delo z računalnikom, pri čemer se slika projicira na prikazovalno površino, kar je v našem primeru miza.

94 Stran 78 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Upravljanje IR svetlobnega pisala in naprave Wii remote je mogoče zagotoviti z uporabo različnih aplikacij. Najpogosteje uporabljena je aplikacija Smoothboard, ki smo jo uporabili tudi mi in jo namestili na računalnik, s čimer smo omogočili upravljanje računalnika s pomočjo IR svetlobnega pisala AR/BIM strežnik kot platforma za sodelovanje Na podlagi pregleda 2D platform, ki se trenutno uporabljajo za interdisciplinarno sodelovanje v AEC industriji, in pregledu primerov z obstoječimi BIM strežniki smo izvedli opredelitev tehničnih zahtev BIM strežnika kot platforme za medsebojno sodelovanje AR in BIM-a. Identifikacija teh tehničnih značilnosti je pomembna za oceno povezovanja AR z BIM. V nadaljevanju bo prikazan povzetek pričakovanih tehničnih zahtev in značilnosti iz BIM strežnika ter kategorizacija osnovnih tehničnih zahtev BIM-a ZAHTEVE ZA UPRAVLJANJE MODELA IN ORGANIZACIJE Te lastnosti in tehnične zahteve so neposredno povezane s skladiščenjem, obratovanjem in vzdrževanjem modela BIM, ki vsebuje 3D geometrijo, 2D dokumente in druge informacije, povezane z objektom (angl. Building Informaton). Odlagališče modelov. BIM strežnik s skladiščem podatkov, ki se lahko poveže z drugimi zveznimi podatkovnimi zbirkami za povečanje zmogljivosti podatkov in izkoristka strežnika. Hierarhična struktura modelov. Model BIM na strežniku, ki je organizirana v hierarhično strukturo, ki mora biti fleksibilna. Pod-modeli in objekti z različnimi ravnmi podrobnosti. BIM strežnik mora zagotoviti možnost za popis lokacij predmetov z različnimi ravnmi podrobnosti. Uporabnikom mora biti omogočeno prosto prehajanje med različnimi pogledi, preprostimi funkcijami (orodne vrstice) in tipkami za bližnjice.

95 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 79 Predmet in zgodovina modela. V skladišču podatkov je potrebno ohraniti podatke o lastništvu in spremembi evidenc. Predmet lastnine. Omogočeno mora biti pripisovanje ali prepisovanje lastnosti posameznih predmetov in podatkov. Na primer, slike od tipičnih modelov elementov lahko povežemo z ustreznim predmetom v izvirnem modelu in v lastnostih predmeta shranimo podatke, kot je npr. kakovost izvedbe. Javni in zasebni prostori modela. Javni model je dostopen vsem uporabnikom s pravico dostopa. Zasebni model je lahko model v fazi izdelave ali v teku izvajanja, vendar ni pripravljen, da bi ga delili z drugimi. GUID (angl. Globally Unique Identifier). Omogoča, da je vsak element in predmet unikatno prepoznan in preprečuje podvajanje ZAHTEVE ZA DOSTOP MODELA IN UPORABNOSTI FUNKCIJ Hierarhični model administratorske strukture. Administracija BIM strežnika se ukvarja z upravljanjem in dodeljevanjem pravic dostopa do modela, nadzorom podatkov in varnosti. BIM server mora omogočati administratorske strukture, ki odražajo in podpirajo obstoječe organizacijske prakse. Potegni/naloži (angl. Download/upload) model. Možnost različnih načinov interakcije za prenos modela, npr. tipke za bližnjice in možnost povleci in spusti. Prijava/odjava in zaklepanje različice. Možnost prijave mora omogočati dodajanje novih delnih modelov ali združitev novih modelov z obstoječim. Podobno mora odjava omogočati prenos popolnega ali delnega modela s pomočjo uporabe različnih načinov interakcije. Pri načinu odjave s funkcijo zaklepanja morajo biti uporabniki obveščeni, da so podatki zaklenjeni in zato neuporabni. Možnosti gledanja modela. Uporabnik mora imeti možnost, da zajema in shranjuje slike zaslona, kar je standardna funkcionalnost na področju CAD paketov (angl. CAD packages).

96 Stran 80 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Dokumentacija in poročila. Pri prenosu delnih modelov mora biti možnost za ustvarjanje poročil o parametrični povezavi do zunanje informacije za izbrane predmete in do drugih objektov v preostalem modelu. Uporabniki. Uporabniki morajo imeti možnost, da ustvarjajo in izvozijo PDF ali druge oblike dokumentov. Integracija podatkov iz knjižnic izdelkov. Omogočeno mora biti ustvariti primerjalno poročilo za alternativne možnosti proizvodov. Funkcije. Zagotoviti je potrebno, da se lahko med nalaganjem izvede verifikacija pravil za nalaganje na BIM strežnik, pri čemer mora uporabnik istočasno imeti možnost, da lahko verifikacijo modela vklopi ali izključi ZAHTEVE ZA UPORABNIŠKI VMESNIK Zraven standardnih funkcij uporabniškega vmesnika, v nadaljevanju UV, mora vmesnik BIM strežnika vključevati: (1) drevesni pogled modela in 3D položaj gledalca; (2) podporo za spletni pogled v realnem času, tiskanje in označevanje; (3) sposobnost, da kliknemo na predmet in preverimo, v katero pod-nastavitev spada; (4) sposobnost, da kliknemo na predmet in preklopimo pod-nastavitev iz ene podskupine v drugo pod-skupino; (5) uporabniki bi morali imeti možnost, da lahko izbirajo in prilagajajo funkcije uporabniškega vmesnika PREGLED ZAHTEV DIZAJNIRANJA MODELOV Tehnične zahteve in značilnosti so povezane z načrtovanjem, vključno z različnimi funkcijami, ki so potrebne za projektiranje vizualizacije in navigacije, kot tudi s komunikacijo in interakcijo med uporabniki oz. ekipo (angl. Team). Komunikacije in interakcije ekipe. Zaradi porazdeljenosti članov ekipe na različnih lokacijah moramo imeti možnost vključevanja, v realnem času, preko videokonference in virtualnega okolja in na ta način pridobiti povratne informacije ali jih deliti. Prav tako mora BIM strežnik zagotoviti sposobnost za zajemanje in shranjevanje podatkov v realnem času, ki smo jih pridobili in shranili na virtualnem sestanku.

97 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 81 Oblikovanje vizualizacije in navigacija. Gradbeni projekti pogosto vsebujejo velike količine podatkov, ki zmanjšujejo hitrost spletne navigacije in pregledovanja posameznih delov ali celotnega modela. Zaradi tega je potrebno zagotoviti izdelovanje projektov oz. posameznih načrtov, ki niso obremenjeni z nepotrebnimi detajli in zmogljivost stiskanja podatkov, pri čemer ohranimo isti nivo kakovosti vizualizacije ZAHTEVE VARNOSTI PODATKOV Te lastnosti in tehnične zahteve se nanašajo na varnost omrežij in preprečevanje nepooblaščenega dostopa v sistem. Skratka, podatki na BIM strežniku morajo biti obravnavani kot zaupni podatki, istočasno pa moramo zagotoviti celovitost in razpoložljivost podatkov. 5.8 PRIDOBLJENE IZKUŠNJE Klasični načrti V našem primeru je klasični 2D načrt istočasno tudi marker, ki ga mora sistem AR4BIM pravilno prepoznati in povezati z razpoložljivimi podatki na strežniku. Na osnovi te predpostavke smo izvedli več eksperimentov na področju prepoznavanja klasičnih 2D načrtov in pri tem zaznali težavo, ki se je pojavila ob preveč popisanem ali poškodovanem papirnatem načrtu, ker se je zaradi poškodb in prekomerne popisanosti zmanjšala prepoznavnost le-teh. Težavo smo rešili z zamenjavo poškodovanih kopij načrtov (originalni načrti se na gradbišču hranijo v omari, pri čemer se na njih ne piše in ne riše) z novimi in prepoznavanje načrta je bilo ponovno brezhibno. Iz tega sklepamo, da se ta težava na gradbišču da najenostavneje rešiti na način, da se v primeru, ko le-te sistem več ne prepozna, zamenjajo z novejšo kopijo.

98 Stran 82 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Slika 40: Primer izgleda poškodovanega, na papir natisnjenega, 2D načrta Layar Pri testiranju aplikacije smo ugotovili, da se pojavlja težava z višinsko postavitvijo 3D modela, saj se nam je testni 3D model hiše vizualno prikazoval nad nivojem terena. Prav tako ugotavljamo, da ne moramo spreminjati samega programa za naše potrebe, ker je program narejen, kot so si zamislili razvijalci aplikacije Layar in ne dovoljuje dodatnega integriranja funkcij. Slika 41: Prikaz testiranja aplikacije Layar s pomočjo pametnega telefona

99 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran Junaio Pri testiranju aplikacije Junaio smo se odločili za testiranje programa GLUE in 3D model. Na podlagi testiranja smo ugotovili, da prihaja do pojava težave pri uporabi fiksne GPS lokacije, ki se je določala s pomočjo internetnega omrežja. Težava se pojavi zaradi nenatančnosti lociranja pozicije, kar je v našem primeru imelo posledico, da nismo uspeli oddaljiti 3D modela od naše dejanske lokacije. Slika 42: Prikaz testiranja aplikacije Junaio s pomočjo pametnega telefona AR ToolKit Orodje ARToolKit temelji na vizualizaciji 3D modelov na določeno podlago. Program je v osnovi izdelan za namen uporabe z naglavnim prikazovalnikom. Glede na to, da smo v našem primeru raziskovali področje uporabe orodja v kontejnerju na gradbišču, smo naglavni prikazovalnik nadomestili s spletno kamero in računalnikom, ki po funkciji opravljata identična opravila ZAHTEVE ORODJA ATTOOLKIT Orodje ARToolKit je za pravilno delovanje zahtevalo še namestitev sledečih programov: Java SE Development Kit 7, Java Media Framework (JMF) 2.1.1e, Java 3D API in JOGL (Java Bindings for OpenGL). Po namestitvi vseh Java orodij je bilo potrebno še konfigurirati vse nastavitve posameznih orodij za pravilno delovanje v okolju Windows (64 bit ali 32 bit).

100 Stran 84 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču IZVEDBA POSKUSOV Prvi korak je bil poskus zagona vzorčnega primera s pomočjo programa "cmd" v nadaljevanju CMD (angl. Command Prompt). Ob zagonu primera je prišlo do napake, saj se ni vključilo okno s kamero. Na tem mestu smo zaznali pomanjkljivost dela s CMD, saj se je program izvedel brez izpisa napake, kljub temu da ni deloval pravilno. Ker program ni bil napisan tako, da bi se v primeru pojava napake, ta izpisala, smo se odločili, da zamenjamo CMD z drugim programom, ki nam bo omogočal učinkovitejše odkrivanje napak v samem postopku ali programu. Slika 43: Prikaz zagona vzorčnega primera v CMD brez izpisa napake Drugi korak: Zaradi zgoraj navedene težave oz. pomanjkljivosti smo se odločili, da bomo celotni primer prenesli v orodje Eclips-Juno, ki nam omogoča lažje identificiranje napak v samem postopku izvajanja programa. Glede na to, da v projektu običajno sodeluje več udeležencev oz. uporabnikov, smo se odločili, da v raziskavi uporabimo tudi dodatek, ki nam omogoča istočasno razvijanje in ogled kode zapisa vsem udeležencem oz. uporabnikom. Ta dodatek za deljenje datotek v orodju Eclips-juno se imenuje EGit in deluje kot vmesnik za sinhronizacijo vseh datotek, ki smo jih shranili pod skupni projekt na portalu GitHub. Portal GitHub smo uporabili zato, ker je prostor in orodje brezplačno, dokler je projekt označen kot javen (angl. Public).

101 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 85 Slika 44: Prikaz orodja Eclips-Juno V prvem poskusu sinhronizacije našega projekta na github smo naleteli na težavo, povezano z identifikacijo razvijalca oz. razvijalčevega računalnika. Na podlagi podrobnejše raziskave in analize nastale težave smo ugotovili, da je za nezmožnost sinhronizacije vzrok nepopolna nastavitev v programu Ecljips-juno. Postopek, s katerim smo odpravili to pomanjkljivost v nastavitvah sistema, je: Setup HOME environment variable 1. Open Start > Right Click Computer and click Properties. 2. Click Advanced System Settings. 3. Open Environment variables. 4. Add a user variable HOME and set it to your user folder e.g. C:\Users\yourusername Create SSH keys (private and public keys) 1. Open Eclipse and navigate to Window > Preferences. 2. Go to General > Network Connections > SSH2. 3. Go to Key Management tab and then click Generate DSA key. 4. Copy the generated public key and paste it onto your preferred text editor. 5. Click the Save Private Key button and save the private key under C:\Users\yourusername\.ssh folder (if you are a windows user).

102 Stran 86 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Slika 45: Prikaz uporabe orodja Eclips-Juno in GIT Po uspešni nastavitvi oz. korekciji nastavitev aplikacije Eclips-Juno smo uspešno izvedli ukaz Commit in sinhronizacijo našega projekta na github.com. Projekt, ki je del naše raziskave, je dosegljiv na povezavi: Slika 46: Prikaz projekta na github z oznako public

103 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 87 Tretji korak je bila kontrola delovanja Java 3D in kamere. V tem koraku smo preverili delovanje Java 3D aplikacije in kamere, ker so se ob zagonu programa pojavljale napake, ki so nakazovale, da prihaja do težave pri teh dveh komponentah. Delovanje Java 3D smo preverili s pomočjo primera Java HelloUniverse in ugotovili, kot je to prikazano na sliki 45, da ta komponenta deluje pravilno. Nato smo preverili delovanje kamere, pri čemer smo po intenzivnem raziskovanju ugotovili, da je JMF bil prvotno zapisan le za 32-bitni operacijski sistem Windows. Ker je bil naš primer prvotno izvajan na 64-bitnem operacijskem sistemu Windows Vista, smo se odločili, da primer ponovimo na 32-bitnem operacijskem sistemu Windows Vista. Ko smo izvedli primer na 32-bitnem operacijskem sistemu, se težava z zaznavanjem kamere ni več pojavila. Pojavila pa se je nova napaka, in sicer nezmožnost spreminjanja formata zajemanja slike med RGB in YUV. To napako smo odpravili tako, da smo ročno spremenili datoteki jmf.properties in jmf.properties.orig, ki se nahajata v direktoriju JMF2.1.1e\lib. Po odpravi te napake se je pojavila še ena napaka, in sicer, da program ni našel potrebnih datotek.patt (marker) in.obj (3D model), kar smo rešili tako, da smo v orodju natančno definirali lokacijo potrebne datoteke. Slika 47: Prikaz izvedba primera Java HelloUniverse Slika 48: Prikaz možnosti zajemanja slike med RGB in YUV

104 Stran 88 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Četrti korak je izvedba poskusa vizualizacije modela s pomočjo prepoznavanja markerjev. Na podlagi izvedbe preskusa vizualizacije izdelanega enostavnega 3D modela enostanovanjske hiše, ugotavljamo, da je program zmožen vizualizirati kompleksnejše 3D modele, na katerem so vsi elementi vidni brezhibno. Slika 49: Prikaz izvedba preskusa vizualizacije s pomočjo orodja ARToolKit Peti korak je izvedba poskusa vizualizacije modela s pomočjo prepoznavanja klasičnega 2D načrta, ki opravlja funkcijo markerja. Za potrebe našega raziskovanja smo izdelali marker, ki temelji na 2D načrtu (glej slika 48), saj smo za njegov izgled oz. obliko uporabili glavne nosilne elemente. Za izdelavo markerja smo uporabili program z imenom MakerGenerator (MarkerGenerator, 2014). Po izdelavi potrebnega markerja (glej slika 49) smo ponovili postopek, kot smo ga uporabili že pri osnovnem testiranju vizualizacije (glej tretji korak te točke), le, da smo tokrat s pomočjo markerja 2D načrta vizualizirali model, ki smo ga poimenovali Bajta (glej slika 50).

105 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 89 Slika 50: Prikaz načrta tlorisa objekta Bajta Slika 51: Prikaz markerja za vizualizacijo modela Bajta, ki je izdelan na podlagi 2D tloris načrta (glej sliko 50)

106 Stran 90 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Slika 52: Prikaz izvedbe preskusa z uporabo markerja 2D načrta (glej sliko 51) S pomočjo orodja ARToolKit Aktivna miza V našem primeru je bilo izhodišče za izvedbo lastnih eksperimentov na področju vmesnika, ki omogoča interakcijo uporabnika in orodja sistema, projekt Aktivna miza, ki so ga izvedli na Katedri za gradbeno in prometno informatiko (KGPI) Fakultete za gradbeništvo, Univerze v Mariboru (UM FG). Po preučitvi zgoraj navedenega projekta smo se lotili zbiranja vseh petih komponent, ki so potrebne za delovanje aktivne mize: (1) računalnik, (2) video kamere, (3) projektor (prikazovalnik), (4) Wii remote in (5) IR svetlobno pisalo. Pri pridobitvi prvih štirih komponentah nismo imeli težav, saj so to povsem običajne komponente, ki se uporabljajo v današnjem vsakdanu. Pri peti komponenti (IR svetlobno pisalo) pa smo se odločili, da v eksperiment vključimo tudi lastno izdelavo dveh IR svetlobnih pisal, pri čemer smo za izdelavo le-tega potrebovali naslednje komponente:

107 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 91 IR led diodo, stikalo, 2 kom tanke žice in ohišje pisala Board Master. Ker smo želeli, da je končni izdelek IR svetlobnega pisala funkcionalen in estetski, smo odločili, da v našem primeru uporabimo barvno IR led diodo (slika 51), majhno stikalo (slika 52) in ohišje pisala Pilot Board Master (slika 53). Slika 53: IR led dioda Slika 54: Manjhno stikalo Slika 55: Ohišje pisala V nadaljevanju smo vse prve tri komponente povezali, kot je to prikazano na sliki 54, in vse skupaj vstavili v modificirano ohišje pisala. Po zaključku vseh del, potrebnih za izdelavo dveh IR svetlobnih pisal, smo izdelali dva IR svetlobna pisala, kot je to prikazano na sliki 57. Slika 56: Shematični prikaz delovanja IR pisala

108 Stran 92 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Slika 57: Končna oblika dveh izdelanih IR pisal za potrebe našega raziskovanja Po uspešni izdelavi dveh IR svetlobnih pisal smo se lotili sestavljanja vseh komponent, ki kot celota tvorijo orodje Aktivna miza. V fazi namestitve komponent in v fazi delovanja so se pojavile nekatere težave, ki jih bomo nekoliko podrobneje opisali v nadaljevanju. Opis težav, ki so se pojavile med raziskovanjem Prva težava se je pojavila, ker se naprava Wii remote z računalnikom povezuje preko Bluetooth-a. Da naprava uspešno vzpostavi povezavo z računalnikom, je v fazi inicializacije potrebno na Wii remote napravi pritisniti tipki 1 in 2, s čimer za nekaj sekund zagotovimo vklop naprave, ki je potreben za prepoznavanje naprave in namestitev ustreznih gonilnikov na računalnik. V kolikor uporabnik zamudi s pritiskom na tipki 1 in 2, se naprava izključi in gonilniki ne bodo nameščeni, zaradi česar naprava ne bo delovala in postopek inicializacije moramo ponoviti. Ker je takšen zagon za vsakodnevno delo neprimeren, je potrebno zagotoviti neprekinjeno napajanje preko sistema. Enako težavo so ugotovili tudi pri projektu Aktivna miza, kjer so težavo rešili s pomočjo USB vmesnika, ki je povezan z računalnikom in zagotavlja konstantno napajanje naprave, pri čemer je problem pritisk tipk 1 in 2 rešen s pomočjo dodatnega vezja.

109 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 93 Slika 58: Modifikacija Wii remote naprave za trajno oskrbo električne energije (AktivnaMiza, 2014) Druga težava se je pojavila v obliki oteženega dela okrog mize zaradi električnih in komunikacijskih kablov, ki jih posamezne komponente sistema potrebujejo za svoje delovanje. To težavo je najpreprosteje rešiti tako, da se vse kose strojne opreme vstavi v enotno ohišje, ki ga nato namestimo nad mizo. Takšno ohišje vsebuje: računalnik, video kamero, projektor, Wii remote in IR svetlobno pisalo. Slika 59: Prikaz možnosti pozicioniranja uporabnikov okrog aktivne mize zaradi česar je pomembno, da so komponente nameščene nad aktivno mizo

110 Stran 94 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Tretja težava se je pojavila v fazi testiranja prepoznavanja in vizualiziranja modela na aktivno mizo. Ugotovili smo, da pride do težave pri zajemanju slike, če se prostor zajemanja slike prekriva s prostorom vizualiziranja objekta. Težavo smo rešili s tem, da smo na aktivni mizi točno predvideli lokacijo in označili robove zajemanja, ki ni bilo v področju vizualiziranja objekta na aktivni mizi. Polje za zajemanje Polje za Slika 60: Prikaz ločenja površine predvidene za zajemanje in projekcijo Četrta težava se pojavi pri prikazovalni površini in sliki IR kamere iz Wii remote, ki jo je potrebno poravnati, kot je to podal Johhny Chung Lee. (Lee, 2014)

111 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran AR/BIM strežnik Tehnične zahteve AR/BIM strežnika, ki smo jih navedli in opisali v poglavju 5.7.6, izpostavljajo samoumevnost nujnosti novega vmesnika, ki za svoje delovanje uporablja in upošteva pravila, navedena v seznamu zahtev. Zaradi tega ugotavljamo, da je v okviru zastavljenega cilja projekta obvezna vključitev uporabe AR na BIM strežniku, saj AR omogoča mešanje resničnega in digitalnega sveta. Prav tako nam AR okolje omogoča ustvarjanje in spreminjanje informacij samega 3D modela. V sklopu našega raziskovanja smo ugotovili, da mora AR model podpirati tudi konkretne interakcije z digitalnimi informacijami modela preko uporabe zaslona aktivne mize, IR pisala in tipkovnice, s čimer se omogočijo bolj intuitivne interakcije, kot so geste in gibanje telesa, ki se običajno uporabljajo v tradicionalnih scenarijih sodelovanja. S pomočjo BIM strežnika se lahko AR in BIM uporablja kot multidisciplinarno sodelovanje sistema AR4BIM z zagotavljanjem aplikacije za neposredno povezovanje, shranjevanje in izmenjavo informacij, kakor tudi sodelovanje vseh udeležencev v projektu, ki lahko na BIM strežniku vzdržujejo zbirko podatkov o objektu, preglejujejo, preverjajo, posodabljajo in spreminjajo tako geometrične kot negeometrične podatke. Na sliki 61 so v okviru integracijskega sistema AR4BIM izpostavljeni glavni elementi sistema in povezovanje BIM strežnika z uporabo AR. Prvi cilj integracije je podpirati širok razpon dejavnosti podatkovne interakcije in sodelovanje za gledanje, preverjanje, posodabljanje in spreminjanje informacij o gradnji, kadar je to potrebno, pri čemer mora biti to možno izvesti natančno, enostavno in varno. Kot je na sliki 61 prikazano, mora BIM strežnik izpolnjevati tri sklope tehničnih zahtev, in sicer: zahteve za upravljanje modela in organizacije; zahteve dizajniranja modelov in zahteve za varnost podatkov. Drugi cilj je olajšati vključevanje na različnih ravneh sodelovanja v gradbenem projektu s pomočjo intuitivnega vmesnika. Kot je prikazano na sliki 61, BIM strežnik AR vmesniku zagotavlja zasebni prostor za interdisciplinarno sodelovanje, kjer lahko uporabnik s pomočjo AR vmesnika pridobi informacije o objektu oz. elementu, ki je sestavi del objekta. Prav tako je potrebno članom razdeljenih skupin na BIM

112 AR VMESNIK ZASEBNI PROSTOR JAVNI PROSTOR Stran 96 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču strežniku zagotoviti javni prostor za interdisciplinarno sodelovanje, kjer lahko uporabniki oz. strokovnjaki iz različnih tehničnih področij (arhitekt, projektant, izvajalec itd.) s pomočjo AR vmesnika medsebojno sodelujejo in na enem mestu pridobijo, spreminjajo in shranjujejo geometrične/negeometrične podatke. Zahteve za upravljanje modela in anizacije Zahteve dizajniranja modelov Zahteve za varnost podatkov BIM STREŽNIK Arhitektura Strukturni inženiring Strojni inženiring Management objektov Slika 61: Zahteve AR vmesnika za BIM strežnik

113 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 97 6 ANALIZA IZDELANIH PROTOTIPOV SISTEMA AR4BIM 6.1 TEŽAVE IN OMEJITVE V časovnem obdobju raziskovanja zmožnosti medsebojnega povezovanja obstoječih orodij in fizične izdelave sistema smo naleteli na nekaj težav, ki jih lahko razdelimo na: težave, ki so se pojavile zaradi omejitev strojne opreme, težave, ki so se pojavile pri fizičnem sestavljanju sistema v realnem okolju in težave, ki so se pojavile pri poskusu združevanja obstoječe programske opreme, ki so podrobneje opisane v poglavju Omejitve strojne opreme Prva težava se je pojavila ob uporabi preproste spletne kamere (angl. Webcam), saj smo ugotovili, da je ob povečanju elementov v izdelanih markerjih, ki so istočasno klasični 2D načrti, prihajalo do težav pri prepoznavanju le-teh. Vzrok težave je bil v nezadostni kakovosti zajemanja slike oz. uporabi nezadostno kvalitetne strojne opreme, v tem primeru spletne kamere. Druga težava se je pojavila v načinu vizualizacije 3D modela, saj trenutna tehnologija projektorjev ne omogoča vizualizacije dejanskega 3D modela, ampak nam omogoča le prikazovanje navideznega 3D okolja s pomočjo uporabe globine slike. Zaradi tega je vizualizacija 3D modela le navidezni 3D model Sestavljanje sistema v realnem okolju Prva težava se je pojavila pri izboru vrste pritrditve na strop prostora, saj smo za prvotno pritrditev sestavljene naprave na strop prostora uporabili tanke jeklene vrvi, s katerimi nismo uspeli zagotoviti zadostne togosti, ker smo za potrebe servisiranja naprave uporabili vmesne členke majhnih kolesc. Da bi lahko dosegli zadostno togost sistema, smo morali odvzeti del sistema, s pomočjo katerega smo lahko preko majhnih kolesc, pritrjenih na strop, spuščali in dvigovali sestavljeno napravo, s čimer pa smo otežili dostop do naprave za potrebe servisiranja.

114 Stran 98 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Druga težava se je pojavila pri projekcijski razdalji in velikosti projekcije na površini, predvideni za vizualizacijo 3D modela. Kot je iz tabele 5 razvidno, je višina notranjosti običajnega kontejnerja, ki se uporablja na gradbišču, 2,5 m. Ker je velikost in ostrina projekcije odvisna od razdalje med projektorjem in projekcijsko površino ter vrsto objektiva, je glede na našo razpoložljivo višino (2,5 m) naša maksimalna velikost slike približno 1,33 m x 1,00 m (glej tabelo 6). Tabela 6: Dimenzije in teže standardnih kontejnerjev (Dimenzije in teže standardnih kontejnerjev, 2014) Zunanje mere [mm] Notranje mere [mm] Teža [kg] Dolžina Širina Višina Dolžina Širina Višina Slika 62: Shema projekcijske razdalje in velikosti projekcije (Projektor M500 - Lenovo, 2014)

115 Koncept informacijskega sistema za uporabo nadgrajene resničnosti in BIM-a na gradbišču Magistrsko delo na študijskem programu 2. stopnje UM FG, Polanec D., 2014 Stran 99 Tabela 7: Projekcijska razdalja in velikost projekcije (Projektor M500 - Lenovo, 2014) Opomba: Zasenčene vrstice so enakovredne mere v čevljih in palcih. Tretja težava se je pojavila pri fizičnem povezovanju sistema z oddaljenim BIM strežnikom, ker na gradbišču običajno nimamo na razpolago širokopasovne povezave. To težavo se da rešiti s pomočjo mobilnega interneta ali vzpostavitvijo povezave na daljavo s pomočjo ustrezne strojne opreme, pri čemer je prva alternativna možnost nezanesljiva glede količine prenosa podatkov in druga glede na zmožnosti izvedbe povezave na daljavo, ker je za vzpostavitev povezave potrebno vidno polje med oddajnikom in sprejemnikom.