28 Октября 2022

Аспирант Юрий Згода: «Информационное моделирование постоянно развивается»

Юрий Згода

Юрий Згода

Аспирант кафедры информационных технологий СПбГАСУ Юрий Згода занимается вопросами применения виртуальной реальности (англ. Virtual Reality, VR) в архитектуре и строительстве. Эта тема находится в центре внимания молодого учёного с 2016 г., а в контексте информационного моделирования зданий и сооружений (BIM-моделирования) – с 2018-го. На сегодняшний день у Юрия девять публикаций по теме применения виртуальной реальности в задачах BIM-моделирования. Две из них размещены в журналах, индексируемых Scopus, и две – в журналах, входящих в перечень ВАК. С докладами о результатах своих исследований аспирант из СПбГАСУ неоднократно участвовал в конференциях всероссийского и международного уровней.

В 2022 г. Юрий Згода получил свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022663248 «Программа для автоматизированного построения интерактивных VR-визуализаций BIM-моделей». Разработка программы велась в рамках инновационного образовательного проекта СПбГАСУ «Инновационная методика формирования цифровых профессиональных компетенций обучающихся и специалистов строительной отрасли». Мы попросили Юрия рассказать о том, для чего нужны визуализации зданий в виртуальной реальности.

– Применение виртуальной реальности в строительной отрасли – актуальная и востребованная тема. Её развитию способствовало появление BIM-моделирования. Если раньше необходимо было строить трёхмерную модель здания по чертежам, чтобы увидеть её в виртуальной среде, то теперь этот процесс можно автоматизировать, поскольку BIM-модель включает в себя сведения о геометрии объекта. Помимо геометрии, BIM-модель содержит подробную спецификацию о каждом элементе здания или сооружения, что также можно использовать в VR-визуализации. Так, имея сведения из раздела «Проект организации строительства» (ПОС), можно сформировать анимацию пошагового построения здания в виртуальной реальности.

Существует множество сценариев использования данной технологии, которые позволяют значительно повысить продуктивность работы специалистов в области строительства. Увидев в объёме проектируемую модель, архитектор может внести соответствующие корректировки и сразу же «прогуляться» по «перестроенному» зданию. Виртуальная реальность может быть использована для наглядной демонстрации проектов зданий тем, кто не обладает большим опытом в чтении технической документации. В частности, это поможет студентам младших курсов, которые смогут пройтись по только что спроектированному ими зданию и «вживую» увидеть все те ошибки, которые на плоском экране монитора были не так заметны.

2. Визуализация здания, скрытые стены. Визуализация метаданных по выбранному элементу

1. Визуализация здания, скрытые стены
2. . Визуализация метаданных по выбранному элементу

6. Патент

Патент

Массив информации, который хранится в BIM-модели, можно использовать для наполнения интерактивной визуализации новыми функциональными возможностями. Например, при визуализации элементов модели, относящихся к отоплению, их можно увидеть сквозь стены, перекрытия и другие элементы. В реальном мире для того, чтобы увидеть трубопроводную систему, проходящую через элементы здания, потребовались бы значительные усилия. В виртуальной реальности подобная задача решается путем программирования, а после однократного решения любые коммуникации в любой BIM-модели будут визуализироваться одинаково наглядно. 

– Расскажите, пожалуйста, о своём изобретении. 

– Мною был разработан программный комплекс, позволяющий в автоматическом режиме выполнять интерактивную визуализацию BIM-модели в виртуальной реальности. С точки зрения функциональности, разработанное решение предоставляет практически все функции, доступные в существующем программном обеспечении, а также ряд уникальных возможностей. Программа позволяет перемещаться по модели в виртуальной среде, просматривать метаданные элементов модели, изменять интерьер и экстерьер зданий с использованием встроенной библиотеки материалов, управлять временем суток и наружным освещением, выбирать между различными предустановленными виртуальными окружениями. Кроме того, пользователь может скрывать элементы тех или иных категорий (например, скрыть все перекрытия или всю мебель), что предоставляет ему дополнительный контроль над наполненностью виртуальной среды.

Уникальной функциональной возможностью является сквозная визуализация инженерных сетей в здании. Если BIM-модель включает в себя элементы раздела ОВ (отопление и вентиляция), то для этих элементов существуют специальные сценарии отрисовки. Пользователь может визуализировать их сквозь стены, перекрытия и другие элементы модели. Это позволяет наглядно представить все коммуникации, проходящие в здании, и изучить их организацию.

3. Сквозная визуализация инженерных сетей5. Визуализация, включены кадры для обоих глаз

1. Сквозная визуализация инженерных сетей
2. Визуализация, включены кадры для обоих глаз

Другая особенность разработанного решения – его высокая производительность. Компьютерные 3D-модели чаще всего состоят из множества треугольников, а сложность отрисовки модели во многом определяется их количеством. Для использованного в рамках тестирования автономного шлема виртуальной реальности в соответствии с документацией рекомендуется использовать модели, содержащие не более 100 тысяч треугольников. Разработанное решение позволяет выполнять визуализацию с комфортной частотой кадров для моделей вплоть до 20 миллионов треугольников. Кроме того, программный комплекс совместим с отечественным ПО BIM-моделирования Renga. На данный момент это единственное решение для автономных шлемов виртуальной реальности, официально поддерживающее Renga-модели. 

– Есть ли у вас предшественники, на чьи труды вы опираетесь? Кто помогает вам в работе? 

– На момент начала моих исследований на рынке были лишь единичные решения для визуализации BIM-моделей с использованием VR-технологий, в большинстве случаев подобные визуализации подготавливали вручную. Научные статьи, описывающие проблематику переноса информационной модели в виртуальную реальность, также были единичными.

Основные идеи, положенные в основу разработанной программы, были сформированы в рамках выполнения бакалаврской выпускной квалификационной работы под руководством профессора-консультанта кафедры информационных технологий Бориса Георгиевича Вагера, к сожалению, недавно ушедшего из жизни. В магистратуре я продолжил исследование данной темы под руководством доцента кафедры информационных технологий Константина Августовича Шумилова. 

– Как проходила ваша работа? 

– Сначала я проанализировал функциональные возможности существующих решений в данной области. После этого составил перечень наиболее востребованных функциональных возможностей и определил, какие из них не представлены на рынке, но были бы востребованы.

В ходе разработки регулярно проводилось не только тестирование корректности работы программы или производительности, но и удобства её использования для решения различных практических задач. Многие идеи, казавшиеся удобными на этапе проектирования, оказались недостаточно эргономичными или функциональными на практике и потребовали существенного видоизменения перед внедрением в окончательную версию программы. Во многом это связано с тем, что разработка VR-приложений является относительно новым направлением, для которого ещё не сформировано такое большое количество методик и практик, как для компьютерных или мобильных приложений. 

– Что ждёт программу в будущем? 

– На данный момент реализованные функциональные возможности покрывают достаточно широкий спектр задач. Программа может быть эффективно использована для демонстрации моделей заказчикам, при организации учебного процесса, а также для детального анализа моделей специалистами раздела ОВ.

В то же время информационное моделирование как направление постоянно развивается. ПО BIM-моделирования предоставляет все больше функциональных возможностей, которые должны находить своё отражение при визуализации этих моделей. Для того чтобы разработанное решение оставалось актуальным, оно должно развиваться и пополняться востребованными функциональными возможностями.

Стоит отметить, что многие технические решения, созданные в рамках данной программы, могут быть использованы и в других научных направлениях. Например, после нескольких несущественных изменений в разработанном ПО появилась возможность визуализации не только BIM-моделей, но и трёхмерных моделей, созданных с использованием ПО визуального программирования Dynamo. Подходы к повышению производительности визуализации BIM-моделей, разработанные в рамках данной работы, могут быть успешно применены к любой другой задаче, где необходимо работать со сложной детализированной геометрией. 


Текст: Татьяна Петрова
Фото предоставлены Юрием Згодой


✔ Узнайте больше об кафедре информационных технологий университета

Факультеты

  • Факультет инженерной экологии и городского хозяйства
    Факультет инженерной экологии и городского хозяйства
  • Автомобильно-дорожный факультет
    Автомобильно-дорожный факультет
  • Факультет экономики и управления
    Факультет экономики и управления
  • Архитектурный факультет
    Архитектурный факультет
  • Строительный факультет
    Строительный факультет
  • Институт безотрывных форм обучения
    Институт безотрывных форм обучения
  • Факультет судебных экспертиз и права в строительстве и на транспорте
    Факультет судебных экспертиз и права в строительстве и на транспорте