體育工程AR展示平臺構(gòu)建

趙云杰 唐竹韻 李吉 朱芷睿 李林燕

【摘 要】隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，增強現(xiàn)實（AR）通過實時計算攝像頭的位置和角度，并加上相應(yīng)圖像和視頻等虛擬信息達到與現(xiàn)實世界進行融合的場景效果，是近年來計算機視覺與人機交互領(lǐng)域備受關(guān)注的熱點。利用AR技術(shù)可將二維圖紙與三維BIM模型無縫對接，將BIM模型中的大量建設(shè)信息得以更充分展示，通過體育工程一張AR展示圖，可減少由于對圖紙的誤讀和信息傳遞失真所造成的巨大損失，減少施工人員反復(fù)讀圖、識圖所耗費的時間，使得工程施工管理可視化、便捷化。

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

一、引言

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱 AR），是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實世界的一定時間空間范圍內(nèi)很難體驗到的實體信息（視覺信息、聲音、味道、觸覺等）通過電腦等科學(xué)技術(shù)，模擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應(yīng)用到真實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現(xiàn)實的感官體驗。AR技術(shù)包含了多媒體、三維建模、實時視頻顯示及控制、多傳感器融合、實時跟蹤及注冊、場景融合等新技術(shù)與新手段。

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計通常采用從二維圖形到三維思維轉(zhuǎn)化的方法，由于二維圖紙或三維模型僅體現(xiàn)建筑物的部分信息，而設(shè)計者對設(shè)計對象缺乏全方位的思考，眼界較窄、缺乏整合思維能力，因而一些設(shè)計缺陷常被掩蓋。增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）引入建筑設(shè)計中，可以使建筑師的創(chuàng)作過程中通過增強現(xiàn)實技術(shù)中的真實對象位置姿態(tài)跟蹤技術(shù)及虛實融合技術(shù)，將建筑設(shè)計三維模型在真實世界中注冊，并與真實的建筑周邊環(huán)境融合，有效避免建筑設(shè)計過程中對周邊環(huán)境的建模，同時保證在設(shè)計結(jié)果中周邊環(huán)境的真實性，有利于設(shè)計師對建筑設(shè)計方案做出更合理的評估。

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

二、系統(tǒng)構(gòu)建

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

系統(tǒng)將通過視景仿真、數(shù)字動畫生成，綜合集成計算機圖形學(xué)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)對體育施工現(xiàn)場、動態(tài)變化的實景展示，構(gòu)建和共享體育工程資源庫，形成體育工程“一張圖”，并對資源數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，搭建體育工程AR展示平臺。下面主要對系統(tǒng)的核心“體育工程一張圖”以及數(shù)據(jù)獲取和具體的應(yīng)用進行分析。

（一）體育工程“一張圖”

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

（二）體育工程信息采集器

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

（三）體育工程信息查看

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

（四）體育工程進展查詢

通過建立一整套科學(xué)完善的管理監(jiān)督評價體系，對體育工程的進展實時核計，平臺開發(fā)工程進展預(yù)測模型，通過將工程管理中獲取的AR影像信息、工程管理人員掌握信息、工程監(jiān)理人員反饋信息進行綜合演算，將體育工程的實時預(yù)計進展集成顯示在AR一張圖中，方便管理人員實時動態(tài)跟蹤，提升管理水平。

（五）體育工程監(jiān)測信息集成

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取體育工程每個重要監(jiān)測數(shù)據(jù)，在體育工程AR展示平臺中可以實現(xiàn)對每類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備每日、每月和每年以及不同時段的數(shù)據(jù)集成展現(xiàn)，并可將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備獲取的每日、每月、每年以及不同時段的數(shù)據(jù)分析、趨勢變化情況集成展現(xiàn)在AR一張圖中。這些信息可以為體育工程管理部門、監(jiān)理部門、施工部門及上級主管部門提供智能化管理數(shù)據(jù)支撐。

（六）體育工程數(shù)據(jù)分析

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

三、系統(tǒng)實現(xiàn)

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

圖3為體育工程AR“一張圖”，通過一張圖可以展示動態(tài)體育工程施工現(xiàn)場信息，可實時預(yù)測體育工程進展情況，也可以查詢當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，也將體育工程各類相關(guān)的數(shù)據(jù)依據(jù)不同條件、不同類別進行統(tǒng)計分析的圖表一體化在AR“一張圖”中進行集成。

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

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

四、總結(jié)

本文結(jié)合AR技術(shù)、VR技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、GIS技術(shù)以及計算機技術(shù)，設(shè)計開發(fā)可滿足實際需要的體育工程AR展示平臺，通過采集體育工程AR數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，設(shè)計并實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成平臺、體育工程數(shù)據(jù)的共享接口以及AR展示系統(tǒng)，滿足為管理部門、施工企業(yè)和相關(guān)主管部門提供體育工程數(shù)據(jù)資源的實時展示、查詢、統(tǒng)計和管理等功能，為體育工程管理提供了智能化支撐。

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