[論文レビュー] Parametric Modelling Within Immersive Environments: Building a Bridge Between Existing Tools and Virtual Reality Headsets

Adrien Coppens, Tom Mens+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 13, 2019

3D Surveying and Cultural Heritage参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、VR拡張機能をGrasshopperに導入し、没入型環境内でパラメトリックモデリングを可能にする。デザイナーは自然な手の動きと空間的インタラクションを用いて、リアルタイムで3次元形状を操作できる。GrasshopperのパラメトリックエンジンとVR入力モダリティを統合することで、リアルタイムフィードバックを伴うスケールサイズの没入型デザインが実現され、従来の2次元ツールと没入型3次元モデリングワークフローの間の溝を埋める。

ABSTRACT

Even though architectural modelling radically evolved over the course of its history, the current integration of Augmented Reality (AR) and Virtual Reality(VR) components in the corresponding design tasks is mostly limited to enhancing visualisation. Little to none of these tools attempt to tackle the challenge of modelling within immersive environments, that calls for new input modalities in order to move away from the traditional mouse and keyboard combination. In fact, relying on 2D devices for 3D manipulations does not seem to be effective as it does not offer the same degrees of freedom. We therefore present a solution that brings VR modelling capabilities to Grasshopper, a popular parametric design tool. Together with its associated proof-of-concept application, our extension offers a glimpse at new perspectives in that field. By taking advantage of them,one can edit geometries with real-time feedback on the generated models, without ever leaving the virtual environment. The distinctive characteristics of VR applications provide a range of benefits without obstructing design activities. The designer can indeed experience the architectural models at full scale from a realistic point-of-view and truly feels immersed right next to them.

研究の動機と目的

• 建築設計におけるAR/VRの活用が増加しているにもかかわらず、VR環境ではネイティブなパラメトリックモデリングサポートが不足しているという問題に応えること。
• 2次元入力デバイス（例：マウスとキーボード）による3次元モデリング作業の制限を克服すること。
• VR空間から離れることなく、リアルタイムで没入型のパラメトリックジオメトリの編集を可能にすること。
• 広く使われているパラメトリックデザインツール（例：Grasshopper）と新興のVRハードウェアプラットフォームの間の機能的ブリッジを確立すること。

提案手法

• VR環境内でのパラメトリック定義の直接操作を可能にするために、Grasshopper用のカスタムVRプラグインを開発した。
• VRコントローラーを用いた空間的インタラクション技術を実装し、3次元ジェスチャーに基づくジオメトリ編集とパrameter調整を可能にした。
• VR環境での変更が即座にGrasshopper定義および出力ジオメトリに反映されるように、リアルタイムフィードバックメカニズムを統合した。
• ワークフローの有効性を検証するためのプロトタイプアプリケーションを設計し、没入型パラメトリックモデリングの実現可能性を検証した。
• UnityおよびOculus Rift SDKを用いてVRインターフェースを構築し、Grasshopperのデータ構造との低遅延な相互作用を確保した。
• 空間的認識と設計の直感を高めるために、建築モデルのスケールサイズで1人称視点の可視化を可能にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 従来の2次元ツール（例：Grasshopper）におけるパラメトリックモデリングワークフローを、没入型VR環境に効果的に移行できるか？
• RQ2 VRにおける自然な手の動きと空間的インタラクションは、マウスとキーボード入力と比較して、3次元パラメトリックモデリングの効率性と直感性をどのように向上させるか？
• RQ3 リアルタイムのGrasshopper計算と没入型VRレンダリング・インタラクションを同期させる際の主な技術的課題は何か？
• RQ4 没入型VRは、パラメトリックモデルのスケールサイズで空間的に正確な設計探索と編集をどの程度サポートできるか？
• RQ5 VRベースのパラメトリックモデリングは、Grasshopperのアルゴリズムワークフローの柔軟性を保ちつつ、設計の正確性と応答性をどのように維持できるか？

主な発見

• 提示されたVR拡張機能は、没入型インタラクションを用いたGrasshopper内でのリアルタイムパラメトリックモデリングを成功裏に実現し、このようなワークフローの実現可能性を示した。
• デザイナーは今や自然な手の動きでスケールサイズの3次元ジオメトリを操作でき、空間認識とデザインの没入感が著しく向上した。
• VRインタラクションとGrasshopperのパラメトリックエンジンとの間でリアルタイムフィードバックが維持されており、即時の視覚的・計算的整合性が保証された。
• プロトタイプアプリケーションにより、VRベースのパラメトリックモデリングが実現可能であり、従来の2次元インターフェースと比較して設計の直感性が向上していることが確認された。
• GrasshopperへのVR入力モダリティの統合により、2次元入力デバイスへの依存が軽減され、3次元空間におけるより自然で効率的なモデリング体験が可能になった。
• Grasshopperのパラメトリックエンジンの完全な機能を保持しつつ、それを空間的で没入型の環境へと拡張した。