Į viršų
3D GIS, BIM ir VR ingredientai išmaniųjų miestų infrastruktūros pyrage
2019 liepos 04

Pastaraisiais metais Lietuvoje įsibėgėja išmaniųjų miestų iniciatyvos, iš kurių vizualiai ir intuityviai suprantamiausi yra skaitmeniniai 3D miestų modeliai. Kas yra 3D miestas, vis dar iki galo neapibrėžta, nes šis terminas taikomas kalbant apie labai platų spektrą informacijos panaudojimo sričių, kartu – ir minint daugelį 3D modeliavimo technologijų, kai trimatė miesto erdvė yra atkuriama klasikines (pvz., lazerinis skenavimas) bei modernias (pvz., automatizuota fotogrametrija) nuotolinių tyrimų technologijas integruojant su tradiciniais geoinformacinių sistemų (GIS) duomenimis (pvz., pastatų kontūrai ir jų atributinė informacija) [1].

Kartu pradeda nykti ribos tarp skirtingų trimačio modeliavimo paskirčių ir tam naudojamų skirtingų priemonių, tačiau kartais tai gali sukelti kiek nepamatuotų lūkesčių. Pavyzdžiui, tikimasi, kad pastatą bus galima vertinti viso miesto kontekste ir kad 3D GIS gebės tiesiogiai priimti bet kokio detalumo BIM modelius bei, maža to, užsidėjus virtualiosios realybės (VR) akinius, bus galima pasivaikščioti virtualiame mieste, užeiti į projektuojamą ar naują statinį, pamatyti vaizdus pro būsimojo buto ar biuro langus, vėl išskristi virš viso šimtatūkstantinio miesto, apsidairyti, rasti kitą „BIM auką“ ir nusileisti ten dar vienai detaliai analizei. Ir visa tai norima daryti tiesiog išmaniajame telefone…

Teoriškai visa tai įmanoma. Bet kol kas daugiau tik teoriškai. Taip, šiuolaikinės kompiuterinės technologijos yra pajėgios automatizuotai skaitmeninti trimatę erdvę ir perteikti mums realybės pojūtį. Tačiau reikia pripažinti, kad kompiuterinės technologijos statybos pramonei kuriamos orientuojantis į konkrečius pritaikymo atvejus, todėl adaptuotos gana siauriems uždaviniams spręsti. Čia iš dalies susipina, bet kartu turi gana aiškią takoskyrą GIS, BIM ir VR sprendimai.

Šiame straipsnyje pabandysime apibrėžti šią takoskyrą, nustatyti skirtingų 3D modeliavimo kultūrų pritaikymo sritis ir aptikti jų derinimo galimybes.

GIS, BIM ir VR modeliavimo kultūrų derinimas

Esminis sąvokų painiojimas kyla kalbant apie detalumo lygį (angl. Level of Detail, LOD), kaip jis suprantamas GIS ir BIM karalystėse. GIS karalystėje LOD apibrėžia „CityGML“ (angl. City Geography Markup Language) specifikacija. Joje objektų atvaizdavimo detalumas išskaidomas į 5 lygius. Nulinis lygis (LOD0) iš esmės reiškia net ne 3D, o 2.5D informaciją: turimomis priemonėmis atkurtas reljefo modelis, išstumiantis tradiciškai 2D kartografinius duomenis į viršų, trečiosios dimensijos link, tačiau tai nelaikoma 3D tol, kol erdvinis vaizdas neleidžia palįsti „po apačia“ – t. y. 2.5D duomenyse tiltas bus lyg kupstas, po kuriuo nėra perėjimo.

LOD1 leidžia virš žemės paviršiaus suformuoti statinių kontūrus, nepateikiant daugiau detalių apie statinio geometrines savybes, bet apibrėžiant aukštingumą, t. y. apibrėžti statinio užimamą erdvę (1 pav.). O miesto lygio 3D modelių detalumo lygiai leidžia atvaizduoti architektūrinę erdvinę koncepciją (LOD2), detalizuotą architektūrinį modelį (LOD3) ir net papildyti šį modelį interjero elementais, kad galėtume pažvelgti iš pastato vidaus pro langą į miesto panoramą.

1 pav. OpenGIS® CityGML diegimo specifikacijos detalumo lygiai.

BIM specifikacijose detalumo lygis skirstomas pagal kitus kriterijus (2 pav.): LOD100 ir LOD200 iš esmės atitinka „CityGML“ LOD1 ir LOD2 lygius – apibrėžiama objekto užimama erdvė ir architektūrinė koncepcija. BIM LOD300 suprantamas jau kaip detalus statinio projektas, kuriame nustatomi konstrukciniai elementai ir jų fizinės savybės. LOD400 yra gamybai ir statyboms skirti informaciniai modeliai (kaip aš pagaminsiu detalę ar išliesiu betoną, kaip tai sujungsiu statybvietėje), o LOD500 apibrėžia faktinę statinio būseną (angl. As Built).

2 pav. BIM detalumo lygių samprata (iliustracija – aardeplan, 2014).

Tuo tarpu kuriant virtualiosios realybės vaizdus, visi objektai paverčiami paviršių tinkleliu su tinkamomis tekstūromis, leidžiančiomis objektus vizualiai interpretuoti ir suvokti kaip realybę. Detalumo lygiai VR scenose realizuojami dalijant tinklelį į hierarchinę susietų dalių struktūrą, vadinamą „LODtree“[1]. Detalumo tinklelis kompiuterio ekrane ar VR akiniuose tuo tankesnis, kuo arčiau prieinama prie objekto (3 pav.). Ši detalumo koncepcija taikoma ir dabar sparčiai populiarėjančiuose automatizuotos fotogrametrijos realybės modeliuose.

3 pav. LODtree detalumo lygiai virtualiosios realybės sistemoms (iliustracija – T. Ulrich, 2002).

Dėl skirtingų 3D modeliavimo kultūrų ir skirtingų detalumo lygio sampratų GIS, BIM ir VR pasauliai tradiciškai yra atsieti, kompiuteriniai algoritmai kuriami orientuojantis į skirtingus kiekvienos disciplinos uždavinius, taikomi skirtingi duomenų formatai.

Autorių kolektyvas iš Aalto universiteto inžinerijos mokyklos, Suomijos geoerdvinių tyrimų instituto ir Oulu universiteto visapusiškos kompiuterijos centro 2018 m. pateikė[1] šių skirtingų trimačio modeliavimo kultūrų derinimo koncepciją (4 pav.).

4 pav. Skirtingų 3D modeliavimo kultūrų derinimo koncepcija.

Šie autoriai ištyrė Suomijos miestų Helsinkio, Espo, Oulu, Tamperės, Turku ir Vantos 3D iniciatyvas ir nustatė, kad miestai paraleliai vysto CAD/BIM, 3D GIS bei žaidimų platformos VR projektus, nes kiekvienas jų turi skirtingas pritaikymo sritis. Tačiau duomenys tarp šių skirtingų sistemų gali būti sėkmingai perduodami.

Nors pripažįstama, kad tarp šių kultūrų dar vis trūksta pakankamo interoperabilumo (sistemų tarpusavio sąveikos automatizacijos lygio) ir integracijos, tačiau koncepcija nustato duomenų srautų kryptis ir duomenų mainų formatų spektrą, apibūdina ir aiškiai nustato kiekvienos 3D modeliavimo technologijos pritaikymo sritis.

Kaip GIS, BIM ir VR 3D modeliavimo kultūros integruojamos Lietuvoje?

Panevėžys 3D – GIS ir BIM integracija architektūriniam konkursui

Panevėžio skaitmeninį 3D modelį 2017 m. rudenį sukūrė UAB „IN RE“ su partnere UAB „IT logika“. Miesto 3D modelis padeda geriau suvokti situaciją, tobulinti ir valdyti infrastruktūrą. Per interaktyvias paslaugas galima aktyviau įtraukti gyventojus į miesto valdymą ir spartinti inovacijas. Paslauga viešai pasiekiama internetu http://panevezys3d.lt.

Panevėžio 3D modelis apima miesto centro erdvę (plotas – 11 kv. km). Dronais padaryta daugiau kaip 45 tūkst. nuotraukų, iš kurių „Bentley Systems“ realybės kūrimo programa „ContextCapture“ automatiniu būdu per 3,5 mėnesio iki galo sugeneruotas 3D modelis. Jo detalumo lygis siekia 5–7,5 cm, o kai kurių istoriškai reikšmingų objektų – net iki 3 cm.

2018 m. pradžioje organizuojant Stasio Eidrigevičiaus menų centro (SEMC) architektūrinį konkursą nuspręsta, kad, teikdami siūlymus, dalyviai pateiks ir projektų trimačius modelius. Komisija galėjo ne tik įvertinti pasiūlymus analizuodama projektus spausdintuose dideliuose brėžiniuose, bet ir pažvelgti į juos trimačiame kontekste įvairiais rakursais, suvokti siūlomo pastato dydį ir jo santykį su esamu užstatymu. Komisijos nariai galėjo naudotis mobiliaisiais kompiuteriais „iPad“ bei lietimui jautriu didelės įstrižainės ekranu (5 pav.).

5 pav. Panevėžio miesto skaitmeninis 3D maketas lietimui jautriame ekrane.

„Nors per atvirą konkurso sąlygų aptarimą dėl siūlymo trimatį modelį naudoti vietoj tradicinio maketo iš architektų bendruomenės buvo justi šioks toks skepsis, manau, kad sprendimas pasiteisino. Paprastai nedidelis vizualizacijų kiekis „įkalina“ sprendimą – jį galima apžiūrėti tik keliais geriausiais rakursais. Žinoma, apžvelgti projektą mes pratę į aplinką įstatomame makete, bet jis neblogai atsiskleidžia ir 3D modelyje“, – sako konkursą laimėjusios komandos „IMPLMNT architects“ lyderis Aurimas Syrusas. Kartu su juo projektą kūrė Greta Šidlauskaitė ir Ričardas Bertašius (6 pav.).

6 pav. „IMPLMNT architects“ SEMC pasiūlymas, integruotas į Panevėžio miesto 3D modelį.

Nacionalinės dailės galerijos vadovei dailėtyrininkei Lolitai Jablonskienei, vienai iš konkurso darbų recenzentų, norėjosi, kad 3D modelis būtų apėmęs ir interjerą: „Man teko vertinti daugiausia funkcinę projektų dalį, ir manau, kad, turėdama šių projektų interjero 3D modelį, būčiau ne tik pati dar geriau įsigilinusi į tai, kaip projektų autoriai sprendė tokio sudėtingo daugiafunkcio objekto įveiklinimo užduotį, bet ir komisijai kai kurios mano keltos problemos (patalpų lokalizavimo, grupavimo, dydžio ir kt.) būtų buvusios akivaizdesnės.“

Tačiau SEMC architektūrinio konkurso viešąjį pirkimą administravusios MB „Mash Studio“ direktorė urbanistė Živilė Šimkutė perspėja, kad neturėtų būti perteklinių reikalavimų.

„Architektams negali būti kuriami pertekliniai reikalavimai. Konkursų organizatoriai prašomos medžiagos atranką turi vykdyti pagrįstai, koncentruodamiesi tik į tai, kas iš tiesų leidžia ekspertų komisijai darbus vertinti pagal numatytus kriterijus. Svarbu gerbti dalyvaujančių komandų laiką ir resursus, kurių architektūriniai konkursai pareikalauja nemažai. Kiekvienu atskiru atveju, prieš parenkant reikalavimus ir pateikimo būdus, turi būti kritiškai įvertinami turimi resursai ir konkurso specifika“, – sako Ž. Šimkutė.

Ji pastebi, kad trimatės realybės modelio reikalavimas architektūriniuose konkursuose – naujiena Lietuvoje, o kitose pasaulio šalyse jis plačiai naudojamas. Konkursuose prašoma pateikti ne tik apibendrintus trimatės realybės, bet ir BIM modelius. Trimatės realybės modelio naudojimas konkursuose yra gera alternatyva, nes, norint kokybiškai paruošti ir transportuoti fizinį maketą, reikia didelių resursų ir laiko. O įprastinės architektūrinės vizualizacijos keliais rakursais, Ž. Šimkutės vertinimu, dažnai neatitinka realybės ir būna pagražintos.

„Lietuvos valstybės atkūrimo šimtmečio metai Panevėžio urbanistikai įsimintini kaip svarbių pokyčių laikas. Sukurtas ir funkcionuoja naujos kartos urbanistinio planavimo įrankis, kuriuo iš 2D formato perėjome į 3D. Tai tarsi takoskyra tarp praeities ir ateities. Panevėžys iš esmės vienintelis Lietuvoje gali pasigirti turintis galimybę savo miesto atnaujinimo ir plėtros projektus demonstruoti, analizuoti ir vertinti pasitelkdamas atvaizdavimą 3D realybės modelyje. Naująsias galimybes sėkmingai išbandėme rinkdami geriausią Stasio Eidrigevičiaus menų centro architektūrinį sprendimą“, – sako Daiva Gasiūnienė, Panevėžio miesto savivaldybės vyriausioji architektė.

Syrusas šiuolaikines technologijas giria ir kaip gerą platformą su konkursiniais darbais susipažinti miestiečiams, kuriems rūpi miesto plėtra: „Matau šios technologijos prasmę ir taikymą nebūtinai konkursuose. Ji gali būti didelis pagalbininkas vertinant būsimų objektų įtaką miesto panoramai.“

„IN RE“ taip pat yra parengusi realybės ir BIM modelių samplaikos sprendimų, skirtų architektų ar vystytojų įmonėms, kurios susiduria su išorinėmis kliūtimis ar abejonėmis dėl įgyvendinamų projektų.

BIM perkėlimas į VR nekilnojamojo turto vystymo projektuose

Realybės ir modelių samplaikos naudojimas plinta kartu su vystytojų ir projektuotojų technologiniu tobulėjimu, o jis nėra nei labai greitas, nei visaapimantis. Tam kartais turi įtakos ir ambicingi ar nuo galimų grėsmių siekiantys apsidrausti užsakovai. Kita vertus, dažniausiai reikalų tenka turėti su pažangiausia, naujovių siekiančia visuomenės dalimi, kuri iš inovacijų siekia maksimalios naudos jau šiandien. Taip sukuriama pridėtinė vertė ir raškomi realūs virtualiosios realybės vaisiai.

Projektuodama gyvenamąjį pastatą „Žvėryno vakarai“ (Saltoniškių g. 44, Vilnius) ir užsakovo pageidavimu siekdama sukurti realistinę projektuojamo objekto aplinką, Algirdo Kaušpėdo vadovaujama „JP Architektūra“, kuri jau daugiau nei dešimtmetį taiko trimačio projektavimo programas ir BIM metodus įgyvendindama projektus ne tik Lietuvoje, bet ir Danijoje, Norvegijoje, Vokietijoje, pirmą kartą panaudojo modernias fotogrametrijos principais paremtas virtualiosios realybės technologijas (7 pav.).

7 pav. Projekto „Žvėryno vakarai“ BIM modelis, perkeltas į VR aplinką „Bentley LumenRT“.

Naudojantis moderniomis „Bentley Systems“ realybės modeliavimo technologijomis „ContextCapture“ ir „LumenRT“, į Vilniaus miesto dalies nuo Žvėryno iki Gedimino pilies 3D realybės modelį buvo įkelti programa „Revit“ sukurti projektuojamo pastato bei jo aplinkos tvarkymo BIM modeliai su medžiagų tekstūromis, permatomais stiklo paviršiais ir kitomis savybėmis. Sujungtas virtualiosios realybės modelis apima neįtikėtinai didelį – daugiau kaip 350 ha plotą.

Tokioje integruotoje gyvoje virtualiosios realybės aplinkoje matomas net tik pastato poveikis aplinkai (insoliacija, šešėlių analizė), bet ir aplinkos poveikis pačiam pastatui. Gaunami realūs aplinkinių pastatų šešėliai, krintantys ant projektuojamo pastato, ko neįmanoma būtų padaryti dirbant tik su 2D toponuotraukomis. Realybės modelis leido patikrinti projektinius sprendimus ir padėti suderinti juos su aplinkiniais gyventojais bei leidimus išduodančiomis institucijomis.

„Pastatas, kuris buvo projektuojamas tam, kad darniai integruotųsi ir į architektūrinį, gamtinį, ekonominį bei socialinį vietos kontekstą, įgauną išskirtinę išliekamąją vertę. Tie, kurie jau dabar susirūpino ir pradėjo naudoti skaitmeninį projektavimą, ateityje turės labai daug pranašumų prieš kitus“, – pastebi A. Kaušpėdas.

Integruotas projektinis ir realybės modelis „Žvėryno vakarų“ vystytojai UAB „Drusvila“ pasitarnavo ir būstų pardavimo rinkodarai.

„Pirmasis įspūdis – kosmosas gražiausia to žodžio prasme. Manau, vienas geriausių rinkodaros sprendimų šiame projekte! Galime vaikščioti po butus, žvalgytis per kiekvieną langą, paskraidyti aplink! Šis įrankis labai pravers ne tik mūsų klientams, bet ir mums apsisprendžiant dėl įvairių patobulinimų, nes viskas atlikta labai realistiškai“, – sako Andrius Beniušis, UAB „Drusvila“ direktorius.

Daugiabučių pastatų projekto „Veikmės parko namai“ Baltupiuose (Didlaukio g., Vilnius) statytojas UAB „Veikmė“ taip pat nusprendė pirmą kartą panaudoti fotogrametrijos principais paremtas virtualiosios realybės technologijas. „Bentley ContextCapture“ programa sukurtas 35 ha ploto vietovės realybės modelis, kurio tikslumas 5–7 cm, leido tiksliai įvertinti projektuojamų septynių pastatų aplinką, patikslinti reljefo, esamos augmenijos įtaką būsimiems statiniams ir aplinkos tvarkymo projektui.

„Kaip architektas, galiu tik pasidžiaugti, kad realybės samplaikos technologija pagaliau pasiekė mus ir yra prieinama projektavimo proceso dalyviams. Architektams tai leido pasitikrinti projekto sprendinius iš bet kurio erdvės taško perspektyvos, o statytojui – geriau suvokti ir atskleisti būsimo gyvenamųjų pastatų komplekso privalumus“, – sako projekto vadovas architektas Rytis Kripas.

Jo teigimu, realybės samplaikos panaudojimas leido tiksliai ir suprantamai perteikti tą vaizdą, kurį konkrečioje sudėtingoje gamtinėje ir urbanistinėje aplinkoje sukurs projektuojami pastatai. Be to, paprastam žmogui, nesusijusiam su statybos procesu ir galbūt sunkiau skaitančiam brėžinius ar vizualizacijas, pagelbėjo suvokti projekto sprendinius, o kvartalo bendruomenei – išsklaidyti baimes dėl pastatų išdėstymo bei dydžių ar įtakos kraštovaizdžiui.

Šiuos du realybės samplaikos modelius parengė UAB „IN RE“, o fotogrametrinę informaciją savo dronais surinko UAB „IT logika“.

Be jau minėtų projektų, vienas įdomesnių „IT logika“ su partneriais darbų – žaidimų aplinkoje sukurtas virtualiosios realybės modelis UAB „EIKA“ Dainavos gatvėje plėtojamam apartamentų kompleksui „Live Square“, susisiekiančiam su „Hilton Garden Inn“ viešbučiu ir verslo centru Gedimino prospekto ir V. Kudirkos gatvių sankirtoje. Aplinkos realybės modeliui dronais buvo surinka fotogrametrinė informacija, tuomet projektuojamų pastatų BIM modeliai integruoti į aplinkos realybės modelį ir perkelti į žaidimų platformą „UnrealEngine 4“. Taip buvo sukurta interaktyvi virtualiosios realybės aplinka, po kurią galima pasivaikščioti ir būsimus pastatus apžiūrėti ir iš išorės, ir iš vidaus ar nuo terasos ant stogo. Šis virtualiosios realybės modelis parengtas darbui su VR stereoakiniais – juos užsidėjus sukeliamas nepaprastai tikroviškas pojūtis.

 

Dr. Arūnas Urbšys

Projektų vystymo direktorius

„IN RE“, UAB

 

Kitos aktualijos
2018 kovo 16
Išankstiniai bilietai į konferenciją „Skaitmeninė statyba 2018. Vilnius“ – iki kovo 25 d.

Pradedama bilietų prekyba į kasmetinę tarptautinę konferenciją „Skaitmeninė statyba 2018….

2019 gegužės 09
D. Aksomitas: Statybos klasifikavimo sistemų palyginimas

Klasifikatoriaus struktūros ir kodavimo sistemos darbo grupės vadovas Ankstesniuose almanacho…