[发明专利]基于移动增强现实技术和BIM的工程施工放样方法

摘要

本发明公开了一种基于移动增强现实技术和BIM的工程施工放样方法，包括虚拟模型和平台的准备、虚拟与施工现场坐标的转换与匹配、施工现场坐标高程实时展示与信息放置、虚拟模型的施工现场定位、施工现场的距离量测、虚拟施工辅助线的施工现场绘制、虚拟模型位置信息的存储与共享。本发明优点在于将移动增强现实技术应用于工程现场施工中，实现将虚拟模型按原设计尺寸准确放置在施工现场，提前展现工程完工后的形象，在工程施工开挖放线、坐标和高程查询、精确距离量测等各方面，起到辅助现场施工作业、加快各方对工程的理解，达到加快施工进度、节省工程施工投资目的。

主权项

一种基于移动增强现实技术和BIM的工程施工放样方法，其特征在于：包括虚拟模型和平台的准备、虚拟与施工现场坐标的转换与匹配、施工现场坐标高程实时展示与信息放置、虚拟模型的施工现场定位、施工现场的距离量测、虚拟施工辅助线的施工现场绘制、虚拟模型位置信息的存储与共享；所述虚拟模型和平台的准备方法为：通过将采用三维设计软件如Microstation构建的完整工程三维设计模型，以DAE格式导出到Mac系统的Scenekit三维引擎中，并采用Xcode9.0以上版本的开发工具基于Arkit接口开发系统，并安装在移动终端设备上，完成虚拟模型的准备和现场放置；所述虚拟与施工现场坐标的转换与匹配方法，按照下述步骤进行：步骤1、建立基于Arkit接口开发的应用系统，即：当移动终端设备在应用启动时自动建立一个虚拟坐标系，所述虚拟坐标系以应用开启时所述移动终端设备的相机所在位置为原点，以移动终端设备左右方向为X轴、以竖直方向为Y轴、以前后方向为Z轴；步骤2、通过将带有桩点现场坐标信息的二维码贴在施工现场两个桩点上；步骤3、将移动终端设备置于作为坐标原点的第一个所述桩点正上方近距扫描其上的二维码，获得该桩点现场坐标系的现场坐标，并同步获取移动终端设备此时在虚拟坐标系中的虚拟坐标；通过对比该现场坐标与虚拟坐标，修正虚拟坐标系的坐标原点位置；步骤4、在方向修正方面，通过扫描第二个所述桩点上的二维码，获取第二个桩点的所述现场坐标，和此时移动终端设备在虚拟坐标系中的虚拟坐标，然后通过几何计算获得该虚拟坐标X轴指向东西向需要旋转的角度，并对该虚拟坐标X轴进行相应角度的旋转，将虚拟坐标Z轴反转180度，从而最终完成虚拟坐标与现场坐标的匹配；所述施工现场坐标高程实时展示与信息放置方法为：通过ARKit接口以每秒30次的频率获得所述移动终端设备的实时所述虚拟坐标，经坐标转换后，相应以每秒30次的频率获得移动终端设备在施工现场的现场坐标，然后通过构建label控件实时显示所述现场坐标信息；将现场坐标信息放置在施工现场的方法为：通过SceneKit接口在指定位置构建一个球模型和一个文字模型，并放置在施工现场中，文字的内容即为移动终端设备实时坐标的X,Y,Z值；所述虚拟模型的施工现场定位方法为：按真实尺寸设置虚拟模型大小，将移动终端设备置于所述虚拟模型的基点现场坐标位置后放置虚拟模型，并通过在移动终端设备屏幕上的手势旋转操作，即双触点旋转操作，对虚拟模型进行沿Z轴方向即竖直方向的旋转，使虚拟模型定位到施工现场的施工场景中；所述施工现场的距离量测方法为：包括以移动终端设备屏幕触点位置量测，和以移动终端设备屏幕触点射线与施工现场平面交点位置量测两种方法；当以移动终端设备屏幕触点位置量测施工现场尺寸时，实时获取移动终端设备测量起止点屏幕触点位置坐标信息，然后通过距离公式得到测量结果；当以移动终端设备屏幕触点射线与施工现场平面交点位置量测施工现场尺寸时，实时获取移动终端设备测量起止点屏幕触点位置，并以该屏幕触点位置垂直屏幕发射射线与移动终端设备检测到的施工现场平面相交，以两次的交点坐标计算量测距离；所述虚拟施工辅助线的施工现场绘制方法为：以施工辅助线的控制点坐标为依据，采用两种方式绘制虚拟施工辅助线，分别为：一、以移动终端设备屏幕触点位置的方式绘制悬空的三维施工辅助线；二、以移动终端设备屏幕触点射线与施工现场平面交点的方式绘制贴地的施工辅助线；上述两种虚拟施工辅助线的绘制均采用Scenekit提供的基础模型构建功能构建线模型，并放置在相应的施工现场位置上；所述虚拟模型位置信息的存储与共享方法为：通过保存放置在施工现场中模型的ID、模型的基点位置、模型沿Z轴即竖直方向的旋转角度信息到后台数据库，其他用户采取相同的二维码扫描方式匹配坐标后，通过获取所述后台数据库的模型信息，系统自动以同样位置和角度放置同一个模型到施工现场的场景中，从而实现虚拟模型位置信息的存储与共享。