Virtuálna realita v architektúre a stavebníctve

Využívanie metód spracovania virtuálnej reality v stavebníctve a architektúre je už roky preukazované prostredníctvom statických vizualizácií interiérov a exteriérov. Skupina statických vizualizácií je preto dnes aj jej najrozšírenejšou formou. Pri statickej vizualizácii hovoríme o statickom renderovanom snímku (tvorba obrázku z 3D modelu), s ktorým nie je možné v reálnom čase manipulovať. Výpovedná hodnota statickej vizualizácie je teda obmedzená na obsah snímky v čase, keď je pozorovaná. Príkladom môže byť vizualizácia ľubovoľnej stavby. V statickej vizualizácii môže pozorovateľ sledovať statický renderovaný snímok objektu v prostredí.

DYNAMICKÉ VIZUALIZÁCIE

Veľký potenciál majú však aj iné, modernejšie spôsoby spracovania virtuálnej reality v stavebníctve a architektúre, ktoré poskytujú voľnosť v pohybe po virtuálnom prostredí, simuláciu rôznych stavov a v neposlednom rade aj generovanie rozpočtu. Virtuálna realita je pojem, ktorý je v súčasnosti často skloňovaný. Virtuálno-realitný systém predstavuje interaktívny počítačový systém pracujúci v prostredí tesného spojenia človek-počítač. Z tohto dôvodu je potrebné napríklad zabezpečiť čo najvernejšie zobrazenie priestorových scén a objektov, vrátane osvetlenia a riešenia viditeľnosti. Ak sa ku kvalitnému programu pridá dostatočne výkonný počítač, ktorý umožňuje toto prepočítavanie v reálnom čase, je možné simulovať neexistujúcu realitu. Počítačom nagenerovať dokonalý obraz, spoločne s počítačom generovaným zvukom a iných vnemov, súčasne prijímať interakcie od používateľa, si ale vyžaduje kvalitné a rýchle technické ale aj programové vybavenie. Vo svete nájdeme niekoľko príkladov uplatnenia virtuálnej reality v stavebníctve a architektúre.

Hlavný rozdiel medzi dynamickou a statickou vizualizáciou je, že pri statickej vizualizácii hovoríme o statickom renderovanom snímku, s ktorým nie je možné v reálnom čase manipulovať. Výpovedná hodnota statickej vizualizácie je teda obmedzená na obsah snímky v čase, keď je pozorovaná. Dynamická vizualizácia dáva možnosť 3D objekt určitým spôsobom upravovať a teda získať na výstupe viac potrebných informácii o subjekte. Príkladom môže byť vizualizácia ľubovoľnej stavby. V statickej vizualizácii môže pozorovateľ sledovať statický renderovaný snímok objektu v prostredí. V dynamickej vizualizácii nám interaktívne prostredie umožňuje pohybovať sa okolo stavby, prechádzať interiérom stavby, simulovať rôzne stavy prostredia, v reálnom čase upravovať architektonický návrh a mnoho ďalších funkcií, ktoré vychádzajú z neobmedzených možností virtuálnej reality. Tieto funkcie môžu byť teda nápomocné všetkým účastníkom výstavby, či už sa jedná o investora (developera), architekta, projektanta, profesistu, zhotoviteľa alebo samotného užívateľa stavby. Spoluprácou účastníkov výstavby v tomto interaktívnom rozhraní sa odbúra riziko kolízií či už pri návrhu alebo samotnej realizácii stavby.

Na základe štúdia zdrojov je ďalej prezentovaných niekoľko metód dynamických vizualizácií.

Pre-defined visualizations (videoprehliadka)

Do tejto skupiny dynamických vizualizácií patria videoprehliadky, teda vyššia forma vizualizácií, reprezentovaná pohybom kamery po virtuálnom prostredí, ktoré však nie je možné užívateľom upravovať. Pohyb kamery je presne daný a okrem všeobecných akcií (Rew, Play, Pause, Stop, Ff) sa nedá žiadnym spôsobom predefinovať.

Interactive (VR) visualizations (360°)

Skupina 360° (stupňových) panoramatických vizualizácií umožňuje užívateľovi prostredníctvom vstupného zariadenia (myš, klávesnica, joystick a pod.) ovládať pohyb kamery a teda zamerať sa na časť objektu, ktorá ho aktuálne zaujíma.

Multi-Person 3D system

Umožňuje zažiť úplnú slobodu pohybu po virtuálnom svete v interakcii s viacerými osobami a virtuálnymi objektmi, pomocou špeciálneho obleku. Oblek so senzormi tela je bezdrôtové zariadenie, ktoré zachytáva pohyby tela a premieňa ich na príkazy naprogramované v prostredí virtuálnej reality. Vďaka bezdrôtovej technológii je oblek možné použiť v interiéri aj exteriéri. Oblek dopĺňajú okuliare pre sprostredkovanie virtuálnej reality Oculus Rift.

Rozšírená realita (Augmented reality)

Prostredie rozšírenej reality (Augmented reality – AR) obsahuje ako prvky reálneho sveta a takisto aj prvky virtuálne (syntetizované). Napríklad osoba, ktorá pracuje so systémom AR má k dispozícii zobrazovacie zariadenie (polopriehľadné okuliare, HMD (Head mounted display, datová zobrazovacia prilba), kombinácia monitor + kamera), cez ktoré môže vidieť reálny svet, no takisto vidí aj počítačom generované (syntetizované) objekty zobrazované akoby na povrchu tohto sveta. Oblasťou, kde AR nachádza mimoriadne uplatnenie je architektúra a stavebný priemysel. Klient môže vidieť svoj navrhnutý dom napr. priamo zasadený do reálneho sveta a prechádzať sa v jeho reálnom okolí. A to všetkom predtým, ako sa na reálnej stavbe urobí vôbec prvý krok. V súčasnosti je bežné, že na komplexných projektoch pre zákazníka už nepracuje iba jeden človek, ale viacerí a často krát sa stáva, že na projekte sa podieľajú dokonca celé tímy dizajnérov. Projekt je rozdelený na viac častí, ktoré sú rozdelené medzi tímy. Niekedy sa môže stať, že klient chce vidieť už hotový prototyp, alebo v akom štádiu je daný projekt. Ak návrh ešte nie je hotový, alebo sú hotové iba jeho časti, mohol by nastať problém. Tu AR prichádza s riešením tohto problému. Ak by konferenčná miestnosť bola vybavená AR systémom, je možné prototyp alebo jeho časti virtualizovať. Klienti by tak mohli preskúmať prototyp rovnako ako aj všetky jeho aspekty podrobnejšie. Pomocou AR by mohli pozmeniť, odstrániť alebo vložiť niektoré jeho časti. To by umožnilo pôsobivú interakciu v reálnom čase. Zmeny a úpravy by sa neskôr odzrkadlili v návrhu.

Real Time vizualizácia – Game engine

Táto technológia sa primárne využíva na vývoj hier pre herné konzoly (PC, Playstation, XBOX a pod.). Pre svoje vlastnosti a efektívne spracovanie virtuálnej reality našla táto technológia široké uplatnenie aj v stavebníctve. Spojením 3D modelu a prostredia „engine“ je možné vytvoriť realistické interaktívne prostredie, v ktorom je možné sa voľne prechádzať a toto prostredie ovplyvňovať (upravovať vlastnosti objektov či prostredia).

Proces vývoja simulačného 3D systému pre architektonický návrh znázorňuje bloková schéma. Postup začína vytvorením 3D modelu objektu v prostredí programu na prácu s 3D grafikou (napr. 3D Studio Max, MAYA, SketchUp a pod.).  V tomto prostredí je zároveň namodelované aj prostredie, v ktorom sa bude objekt nachádzať, rovnako ako všetky prvky obsiahnuté v simulačnom systéme. Modely  sa importujú do vývojového prostredia (CryEngine, Unreal Engine, Unity) kde sa zadefinujú jednotlivé objekty vzhľadom na ich povrchy, osvetlenie, textúru, audio efekty a neposlednom rade interakcie medzi nimi. Posledným krokom je prepojenie interakcií a správania sa medzi užívateľom, virtuálnym prostredím a objektom a to prostredníctvom naprogramovaných príkazov či už z klávesnice, myši alebo iného vstupného zariadenia.

Architektonické návrhy exteriérov a interiérov sa nezaobídu bez následného kalkulovania nákladov. V projekčnej fáze investora automaticky zaujíma rozpočet návrhu, ktorý vidí prezentovaný aj vo forme dynamickej vizualizácie. Tento návrh je možné real-time upravovať, pričom tieto úpravy prebiehajú real-time aj v rozpočte, ako podklad pre zadanie žiadosti o cenovú ponuku, alebo podklad do súťaže pre verejné obstarávanie.