裸眼沉浸式交互系统助推项目快速建造--中国期刊网

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裸眼沉浸式交互系统助推项目快速建造

发表时间：2021/6/15 来源：《基层建设》2021年第6期作者：宋世林王成王耀鹏韩志祥张海洋

[导读] 摘要：借助裸眼沉浸式交互系统体验馆，方便了参建各方对设计效果的提前验证，加快了设计方案的比选及修改进度，提高了项目策划实施效果。

        中建八局西南建设工程有限公司 610041
        摘要：借助裸眼沉浸式交互系统体验馆，方便了参建各方对设计效果的提前验证，加快了设计方案的比选及修改进度，提高了项目策划实施效果。良好的虚拟样板体验，让建设单位决定不再进行实体样板施工，为本工程的快速建造打下坚实基础。同时，全国首次在施工项目中打造裸眼沉浸式交互系统体验馆，让每一位体验人员身临其境，对工程模型、管线排布、工艺样板、精装修效果等内容有更加深刻的理解，保证施工质量一次成优。
        关键词：裸眼；沉浸式；体验馆；快速建造
        一、引言
        医疗建筑作为一种特殊的建筑类型，与常规公用建筑相比，医疗建筑具有布局复杂，功能繁多、空间规划难等特点，中国医疗建筑在经济与信息时代的社会背景下，医院功能正向医疗、康复、试验、科研复合型转变，本工程设计理念兼顾美学、色彩医疗与医院环境相结合，对项目施工过程中精准把控，将完成效果与设计效果达成一致，同时对医护实际需求进行设计优化，提供更多参考方案。为此全国首次在施工项目中运用四面LED屏幕，打造BIM+CAVE沉浸式体验馆，使各参与方进行方案比选，提高参与施工全体人员的场景观念、协调性，在统一思想维度内加快确定深化设计方案。同时，结合项目自身特点，利用可视化交底，进行现场施工技术三维模式展现，使交底更直观、立体，印象深刻，做到技术提升，避免理解偏差，确保一次成优。
        二、项目工程概况
        协和医院转化楼为全国首个转化医学综合楼，地处首都核心区长安街沿线，地上十层，地下五层，总建筑面积55437㎡。集科研、教学、康复、试验、医疗为一体，涉及医疗科研建筑所需的专业繁杂：主要有放疗、核医学、气动物流、防护屏蔽、净化工程等专业。需要深化设计的专业多：防护、屏蔽、净化、气动物流、精装修、幕墙、室外工程等均需要深化设计。工期紧，2021年9月16日正值协和百年院庆，本工程必须于2021年5月31日完成竣工验收并投入试运行，为协和百年献礼，意义重大。
        三、裸眼沉浸式交互系统应用
        （一）沉浸式交互系统
        沉浸式交互系统基于多通道视景同步技术、三维空间整形校正算法、立体显示技术的房间式可视协同环境,该系统提供一个同房间大小的四面立方体投影显示空间,供多人参与,所有参与者均完全沉浸在一个被三维投影画面包围的高级虚拟仿真环境中,借助相应虚拟现实交互设备,从而获得一种身临其境的高分辨率维立体视听影像和6自由度交互感受。由于投影面能够覆盖用户的所有视野,所以沉浸式虚拟现实显示系统能提供一种前所未有的带有震撼性的身临其境的沉浸感。
        （一）裸眼沉浸式体验馆建设
        采用2间标准厢式房，分成内、外室，外室为工作室，内室作为沉浸式体验馆。体验馆的建设分为以下4个部分：
        1、采用五边形屏幕
        在体验馆一角，搭建顶、地、2个立面构成的四面屏幕，顶与地面采用五边形的形式，地面屏幕面积达到14.08㎡，满足5人同时体验空间，并使得整个体验馆的空间利用率高。

        图1 五边形屏幕尺寸
        2、P2.5屏幕点距：
        购点距2.5mm的LED屏幕，进场前验收合格证，确保屏幕质量。换帧频率可达到144Hz，屏幕清晰度足够细节及色彩展现。
        3、覆盖钢化玻璃：
        在LED屏幕中间，设置3道龙骨，将12mm钢化玻璃铺满地面，满足了5人以上的重量需求。
        4、实时位置追踪：
        在体验馆四周，放置位置追踪器4台，与3D眼镜及手柄配合，达到六自由度空间定位；三维空间追踪范围7米*7米*3.5米；空间扫描时间≤10ms，达到对体验者的实时位置追踪。
        整个虚拟空间系统及硬件，可方便拆卸及运输，保证可在多个项目周转，周转率可达80%，节约成本。
        （二）裸眼沉浸式系统交互系统应用
        裸眼沉浸式系统由CAVE交互式平台与四面屏幕展示端组成，主内容载体是复合现场施工技术BIM深化模型，在全面深化完成后对接与平台端口，通过CAVE轻量化后，实现人员在模型内部追踪定位，利用空间感应器硬件，模拟眼球拼装图形技术完成最终的场景再现。
        主要硬件包括：体验馆、BIMVR套件设备、展示墙。软件：BIMVRcave软件。表现形式：参与者均完全沉浸在一个被立体画面包围的高级虚拟仿真环境中。
        裸眼沉浸式系统交互系统优越性能主要有以下五个方面：
        沉浸感:又称临场感,指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实感受。
        构想性：所见即所得,指用户沉浸在多维信息空间中,依靠自己的感知和认知能力全方位获取知识,发挥主观能动性,寻求解答,形成新的概念。
        交互性：指参与者对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境中得到反馈。
        多感知性:指除了-般计算机技术所具有的视觉之外,还有听觉、力觉、触觉、运动感等。
        跟踪系统:用以确定参与者的头、手和身躯的位置。
        装饰方案沉浸式体验：在装饰装修深化设计阶段，通过对装饰设计优化，完成整体样板建模，在CAVE系统下通过调整各内饰布置内容，对空间布局进行模拟优化，通过对材质替换和对比，完成最终采购物资的确样选型。
        在体验馆中搭建起本项目地上四层共享大厅精装修虚拟样板，参建各方在体验中进行了两种方案的对比，仅用3天的时间确定了最佳方案。

            图2 二层报告厅方案             图3 四层共享大厅方案
        在地上二层报告厅的虚拟样板体验中，进行了各个位置的视角分析，提前发现了阶梯座位高度设计偏高的问题，从而在主体结构阶段便及时进行了设计变更，并通过虚拟样板确认了新的设计方案
        机房深化沉浸式体验：通过机房内各专业模型深化设计，在CAVE系统内部对房间各个部分进行沉浸式体验，将整体房间区域全场景查看，监理、施工方技术人员确定功能做法无误后，再进行现场施工，最终完成设备基础、排水沟节点、管综排布出图。

        图4 机房深化沉浸式体验
        可视化交底：让每一位接受交底的人员体验身临其境，对工程模型、施工工序、管线排布、工艺样板、精装修效果等内容有更加深刻的理解，保证施工质量一次成优。
        四、总结
        借助裸眼沉浸式交互系统体验馆，方便了参建各方对设计效果的提前验证，加快了设计方案的比选及修改进度，提高了项目策划实施效果，实现快速信息交流，辅助决策研究。同时，良好的虚拟样板体验，让建设单位决定不再进行实体样板施工，更好的确认了各类设计效果方案，节约了工期，为本工程的快速建造打下坚实基础。
        参考文献
        [1]杨镓瑜.四通道沉浸式投影融合互动系统技术案.
        [2]贾正根.多视点成像技术[J]；真空电子技术,2002年02期.