鄧興釗，杜垚

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

增 強 現 實AR（Augmented Reality）技術是一種將現實世界信息和虛擬世界信息無縫集成的新技術。它原本將現實世界中難以體驗的實體信息（視覺信息、聲音、味覺、觸覺等）通過計算機的模擬，再與現實世界的信息疊加通過人類的感知，讓人類的感官感受到虛擬與現實相結合的信息，從而體驗到超越現實的感官體驗。

增強現實是一門充分發(fā)揮創(chuàng)造力、為人類智力拓展提供有力手段的科學技術。AR 作為一種新型的人機界面和仿真工具，越來越受到人們的重視，它對生產方式和社會生活產生了巨大的影響。它在生活和工作中發(fā)揮了重要作用，顯示出巨大的潛力。

隨著科技的不斷發(fā)展，其內容必然會增加，進出口設備價格不斷下降，視頻顯示質量提高，功能強大。然而，隨著易用軟件的實際應用，AR 的應用將日益增多。AR 技術將包括人工智能、CAD、圖形仿真、虛擬通信、遠程檢測、娛樂和模擬訓練等領域帶來了革命性的變化。

總體而言，增強現實技術在我國尚處于起步階段，許多虛擬現實領域的企業(yè)開始關注“增強現實”的研發(fā)和應用[1]。例如，中國現有數字技術開發(fā)的VRP12.0 集成了增強現實功能。

2 AR 技術簡介

2.1 AR 技術

增強現實（AR）技術是一種實時計算攝像機圖像的位置和角度的技術，它的目標是通過圖像、圖像和三維模型，將虛擬世界連接到屏幕上并進行交互。

增強現實技術顯示了虛擬信息和現實世界信息。在視覺增強現實中，用戶可以使用頭盔顯示器來合成真實世界和計算機圖像，可以看到周圍的真實世界。

增強現實技術包括多媒體、三維建模、實時圖像顯示與控制、多傳感器融合、實時跟蹤、配準、場景融合等新技術新手段。增強現實提供了人類在正常情況下可以感知的不同信息[2]。

2.2 主要特點

AR 系統(tǒng)有三個明顯的特點：

①現實世界與想象的信息整合；

②它具有實時交互；

③虛擬對象將添加到三維比例空間。

AR 技術在許多領域有著廣泛的應用，主要用于海綿城市的虛擬模型的建立。

2.3 AR 技術組成形式

一個完整的增強現實系統(tǒng)是由緊密相連、實時運行的硬件組件和相關軟件系統(tǒng)組成的。主要采用以下三種形式：

1）增強現實監(jiān)視器系統(tǒng)

在基于計算機顯示的AR 實現方案中，攝像機捕捉到的真實世界圖像輸入到計算機中，與計算機圖像系統(tǒng)中生成的虛擬圖像相結合，輸出到顯示器上。用戶可以在屏幕上看到最終增強的場景照片，雖然非常簡單，但它給用戶很多參與感。系統(tǒng)如圖1 所示。

2）光學透視式

頭戴式顯示器（HMD，簡稱HMD）廣泛應用于虛擬現實系統(tǒng)中，以提高用戶的視覺沉浸感。增強現實技術的研究者們也采用了類似的顯示屏技術，根據原理在增強現實中得到了廣泛的應用，它可以分為光學透明頭盔顯示器和基于圖像合成技術的視頻透視頭盔顯示器兩種。光學透視式增強現實系統(tǒng)實現方案如圖2（a)所示。

3）視頻透視式

圖像透視增強現實系統(tǒng)采用基于圖像合成技術的視頻透視顯示。實現方案如圖2(b)所示。

3 AR 在海綿城市虛擬樣板的應用

3.1 海綿城市理念

海綿城市的概念，海綿城市具有城市適應環(huán)境變化和應對自然災害的“韌性”。下雨時，它吸收、儲存、滲透和凈化水，必要時釋放和利用積聚的水。

在海綿城市建設過程中，采用低影響開發(fā)模式，優(yōu)先采取各種生態(tài)措施，吸收雨水，擴大蓄積和稀釋作用，使城市開發(fā)建設的水文特性接近開發(fā)前，有效緩解城市洪澇災害，降低城市道路的污染負荷，節(jié)約水資源，實現雨水的自然滲透和可持續(xù)循環(huán)。北京理工大學建筑工程學院教授李景文認為，“海綿城市應該反映和改變‘灰色設施’。”現在我們提倡“綠色”和“灰色”相結合?！熬G色”的原始自然條件是人為的工程措施。

圖1 增強現實監(jiān)視器系統(tǒng)

圖2 光學透視式和視頻透視式增強現實系統(tǒng)

城市的基面主要由道路、建筑物、廣場組成，其中道路面積占比最大。通過城市道路收集和利用雨水量較大，可以有效緩解城市難通車對城市地下水資源的負面影響。

“海綿城市”用“海綿”二字，體現了建設要求。此外，作為一個水罐，將傳統(tǒng)的“點排水”改為“表面排水”，大大提高了排水速度，滿足了“滲透和停滯”兩個最關鍵的要求。同時，鋪滿拋石磚的道路不僅能有效吸收雨水，還能初步過濾污染和水的作用。

3.2 海綿城市虛擬樣板的建立

采用AR 技術在虛擬模型之間創(chuàng)建場景，并根據實際模型比例進行設計。他的核心是虛擬現實技術。在手機上安裝和操作軟件平臺，就像進入“真實模式”，可以全方位地看到模板的結構、功能和各種場景的變化。在海綿城市投影儀正式建設前，建立了該區(qū)域的虛擬模型，效果顯著?？梢蕴崆翱吹?。

根據海綿城市項目的AR 效應，將每一個典型的蓋子設施展示為AR 模型，在下雨或干燥的時候可以直觀地看到每種類型的蓋子設施的工作原理，生動地反映了海綿城市“淋溶、體、積、凈、用、配置”的核心形象。如圖3 所示。

3.3 海綿城市虛擬樣板的作用

1）海綿城市理念

與實際模型相比，AR 虛擬模型可以模擬雨季和降雨。通過AR 可以誘導、收集和凈化不同蓋子設施降雨期間的雨水，形成蓋設施的相關結構層，如綠化層、耕作土壤、石層等向日葵石層等，更直接地表現降雨過程中的滲透。

2）施工指導

圖3 AR 虛擬樣板

海綿城市是一種新提出的城市建設模式。海綿系統(tǒng)的排水理念與傳統(tǒng)城市有很大不同。除地表和管道排水外，不影響開發(fā)設施的建設。排水是城市建設的中心，是城市建設的重要內容。該部分施工涉及的新技術、新材料較多，如混凝土、磚、蓋設施等，具有一定的創(chuàng)新性，因此在施工過程中，如何指導現場人員的施工，確保工程質量是重點。AR 虛擬模型的構建將直接顯示改造后的內容，并且可以逐步展示每個蓋子設施的內容，車間員工可以在施工過程中參考AR 虛擬模型的構建來指導現場施工[3]。

3）圖像顯示

AR 場景模擬直觀并直觀地向觀眾展示了該項目在景觀建設中所起的關鍵作用，從而直觀地展示了該項目的景觀效果。

4 結語

利用AR 技術制作海綿城市的虛擬模型，可以通過前端區(qū)域直觀地看到海綿模型的結構和原理，并且海綿節(jié)點工程的三維可視化有利于海綿城市的形象展示，起到宣傳作用。