[论文解读] BIMxAR: BIM-Empowered Augmented Reality for Learning Architectural Representations

Ziad Ashour, Zohreh Shaghaghian+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 7, 2022

BIM and Construction Integration被引用 7

一句话总结

BIMxAR 提出了一种增强现实（AR）系统，将建筑信息模型（BIM）与实体建筑相结合，以提升对建筑表现形式的学习，特别是复杂的三维剖面图。通过一种新型的建筑尺度配准方法和AR可视化功能，该系统增强了空间理解能力；一项试点研究显示，在建筑表现形式测试中的限时表现显著提升，表明学习效率得到增强。

ABSTRACT

Literature review shows limited research investigating the utilization of Augmented Reality (AR) to improve learning and understanding architectural representations, specifically section views. In this study, we present an AR system prototype (BIMxAR), its new and accurate building-scale registration method, and its novel visualization features that facilitate the comprehension of building construction systems, materials configuration, and 3D section views of complex structures through the integration of AR, Building Information Modeling (BIM), and physical buildings. A pilot user study found improvements after students studied building section views in a physical building with AR, though not statistically significant, in terms of scores of the Santa Barbara Solids Test (SBST) and the Architectural Representations Test (ART). When incorporating time as a performance factor, the ART timed scores show a significant improvement in the posttest session. BIMxAR has the potential to enhance the students spatial abilities, particularly in understanding buildings and complex section views.

研究动机与目标

• 为解决AR在教授建筑表现形式，尤其是剖面图方面的应用有限的问题。
• 开发一种基于BIM的AR系统，实现在物理环境中的复杂建筑结构的精确、实时可视化。
• 通过沉浸式的AR交互，提升学生对三维建筑表现形式的空间推理与理解能力。
• 评估AR增强学习在理解建筑构造系统和材料配置方面的有效性。

提出的方法

• 该系统采用一种新型的建筑尺度配准技术，利用AR设备实时将BIM模型与实体建筑对齐。
• 它将BIM数据与AR可视化相结合，直接在实体建筑构件上渲染详细的三维剖面图、材料分层和构造系统。
• AR界面允许用户通过交互式、视角感知的可视化方式探索建筑构件，突出显示结构与材料之间的关系。
• 开发了一款专用于移动设备的AR应用，使学生能够将BIM模型叠加在真实建筑现场上进行查看与导航。
• 该系统支持剖面切口和材料透明度的动态渲染，以清晰呈现复杂的内部建筑构造。
• 用户通过直观的手势和设备移动实现交互，确保在上下文中自然地浏览三维模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 与传统方法相比，使用BIMxAR在多大程度上提升了学生对建筑剖面图的理解？
• RQ2 AR与BIM的整合在建筑教育中如何影响空间推理能力？
• RQ3 BIMxAR对学习效率有何影响，特别是在时间成为表现因素的情况下？
• RQ4 所提出的建筑尺度AR配准方法在真实环境中的准确性和稳定性如何？
• RQ5 从学生用户的视角来看，BIMxAR的可用性和学习效益如何？

主要发现

• 使用BIMxAR后，学生在建筑表现形式测试（ART）中的限时表现显著提升，表明学习效率得到增强。
• 尽管未达到统计显著性，但圣巴巴拉立体几何测试（SBST）的后测成绩显示出空间推理能力提升的积极趋势。
• 新型建筑尺度配准方法在真实环境中实现了BIM模型与实体建筑之间稳定且精确的AR对齐。
• AR可视化功能有效传达了三维剖面图中复杂的构造系统和材料分层。
• 用户反馈表明，参与度提高，并且对复杂建筑结构中空间关系的理解更加清晰。
• 该系统显示出提升空间能力的潜力，特别是在解读和导航复杂的建筑细节方面。