Últimos casos de uso de VR y AR en arquitectura y ingeniería civil según la última investigación

VR/AR está experimentando una mayor diversificación de tipos de dispositivos y reducción de precios, esperándose su aplicación en una amplia gama de escenarios en el campo de la arquitectura e ingeniería civil. Aquí, nos gustaría ofrecer una visión general exhaustiva de los casos de uso de VR/AR basándonos en investigaciones y servicios recientes.

VR/AR

Definición de VR/AR

Las definiciones de VR y AR son las siguientes. (X. Li et al., 2018)

• VR (Realidad Virtual) es la generación de un entorno inmersivo

• AR (Realidad Aumentada) es la integración de imágenes de objetos virtuales en el mundo real

Historia de VR/AR

El concepto de VR se introdujo cuando se inventó la primera maqueta de interacción humano-máquina inmersiva (HCI) llamada "Man-Machine Graphical Communication System" en los años sesenta (X. Li et al., 2018). El término formal de VR se publicó en 1989. En años recientes, basándose en redes de quinta generación (5G) y tecnología edge cloud, han surgido soluciones de VR/AR en la nube que aceleran las aplicaciones de VR/AR y mejoran la experiencia del usuario (Pan & Zhang, 2021).

Tipos de VR/AR

• VR de escritorio: VR que utiliza un monitor de computadora simple como plataforma para albergar actividades virtuales. El VR de escritorio muestra un mundo virtual 3D en la pantalla del escritorio sin equipo de seguimiento.

• VR inmersivo: VR que utiliza hardware especial como dispositivos montados en la cabeza (HMD) y guantes de sensores para separar a los usuarios del mundo físico y proporcionar un entorno inmersivo.

• VR tipo juego 3D: VR que integra tecnología de juegos 3D destinada a mejorar la interacción con el usuario, integrando tecnología de video, tecnología interactiva, tecnología de red y tecnología de operación multiusuario.

• VR compatible con BIM: VR que enfatiza más la vinculación de datos subyacentes que otras categorías de VR, y puede simular procesos de construcción y trabajo basándose en modelos BIM.

Dispositivos VR/AR existentes

La lista de sistemas y proveedores de VR/AR se muestra en la siguiente figura.

Beneficios de VR/AR en el campo de la arquitectura e ingeniería civil

Los beneficios de VR/AR en el campo de la arquitectura e ingeniería civil se clasifican desde la perspectiva de clientes, empresas constructoras y trabajadores, y se enumeran los siguientes.

• Perspectiva del cliente

• Profundizar la comprensión del proyecto (Pan & Zhang, 2021)

• Perspectiva de la empresa constructora

  • Facilitar la inspección, gestión y evaluación del progreso (Pan & Zhang, 2021)

  • Se utiliza para simular escenarios de construcción peligrosos, permitiendo a los gestores reconocer fácilmente peligros fundamentales y problemas en el entorno de trabajo, y utilizarlo para formular planes y medidas razonables anteriores a accidentes de manera visual e interactiva. (X. Li et al., 2018)

  • La integración de VR/AR en la nube y BIM permite visualizar el contexto físico de las actividades de construcción e inmersión en el entorno real, lo que permite aclarar mejor las complejas interdependencias entre tareas, reduciendo errores innecesarios y facilitando el montaje en el sitio (X. Wang et al., 2013, 2014)

• Perspectiva del trabajador

  • Permitir una mejor capacitación (Pan & Zhang, 2021; P. Wang et al., 2018)

Casos de uso de VR/AR en el campo de la arquitectura e ingeniería civil

Describimos cómo se ha aplicado VR/AR en el campo de la arquitectura e ingeniería civil. Explicamos el campo de la arquitectura e ingeniería civil dividiéndolo en tres procesos: proceso de planificación y diseño, proceso de construcción y proceso de operación y mantenimiento.

Proceso de planificación y diseño

• Diseño arquitectónico y urbano

  • En el diseño arquitectónico, se utiliza en la mejora de gráficos de diseño, verificación de modelos, modelado de objetos, etc. (Zhou et al., 2012)

  • Se demostró el uso de juegos BIM en el proceso de diseño arquitectónico, permitiendo a los usuarios verificar el modelo desde perspectiva en primera y tercera persona (Yan et al., 2011)

• Confirmación de riesgos

  • Al utilizar entornos virtuales tipo cueva (CAVE), fue posible evaluar niveles de riesgo más altos e identificar más peligros en comparación con usuarios que investigaron fotos y documentos (Perlman et al., 2014)

• Análisis estructural

  • Mediante la creación en 3D de estructuras, se utiliza en el aprendizaje de estudiantes de análisis estructural procesos de animación relacionados con tensiones y deformaciones en estructuras (Young et al., 2012)

• Entrevista con el cliente

  • Se utiliza en investigaciones que cuantifican las respuestas de participantes mediante entrevistas, cuestionarios y escalas de Likert (Salinas et al., 2022)

Proceso de construcción

• Educación y capacitación

  • Utilizando un sistema (MVSTS) para entrenar a empleados en el procedimiento de desmantelamiento de grúas torre, los cuestionarios posteriores a la capacitación demostraron que este método logró mejores resultados que los métodos de capacitación tradicionales (H. Li et al., 2012)

• Inspección de seguridad y orientación

  • Diagnóstico de edificios por AR

  • Los inspectores de edificios pueden evaluar y cuantificar rápidamente el daño estructural sufrido en eventos sísmicos o explosiones de viento utilizando AR (Dong et al., 2013)

• Medición de datos biométricos

  • Medición de frecuencia cardíaca mientras se realizan actividades en altura en un entorno VR inmersivo. (Jeon & Cai, 2021)

Proceso de operación y mantenimiento

• Monitoreo de la salud estructural

  • Gestión de datos y visualización para monitoreo de inspección estructural utilizando BIM y realidad virtual/aumentada

  • Aplicación en investigaciones en patrimonio y arqueología (Remondino & Campana, 2014)

Conclusión

Aquí hemos organizado los casos de uso de VR/AR dividiendo el campo de la arquitectura e ingeniería civil en tres procesos: proceso de planificación y diseño, proceso de construcción y proceso de operación y mantenimiento. Se espera que VR/AR continúe desarrollándose rápidamente y se aplique en diversos escenarios en el futuro.

Referencias

• Dong, S., Feng, C., & Kamat, V. R. (2013). Sensitivity analysis of augmented reality-assisted building damage reconnaissance using virtual prototyping. Automation in Construction, 33, 24–36.

• Jeon, J., & Cai, H. (2021). Classification of construction hazard-related perceptions using: Wearable electroencephalogram and virtual reality. Automation in Construction, 132, 103975.

• Li, H., Chan, G., & Skitmore, M. (2012). Multiuser virtual safety training system for tower crane dismantlement. Journal of Computing in Civil Engineering, 26(5), 638–647.

• Li, X., Yi, W., Chi, H.-L., Wang, X., & Chan, A. P. C. (2018). A critical review of virtual and augmented reality (VR/AR) applications in construction safety. Automation in Construction, 86, 150–162.

• Pan, Y., & Zhang, L. (2021). Roles of artificial intelligence in construction engineering and management: A critical review and future trends. Automation in Construction, 122, 103517.

• Perlman, A., Sacks, R., & Barak, R. (2014). Hazard recognition and risk perception in construction. Safety Science, 64, 22–31.

• Remondino, F., & Campana, S. (2014). 3D Recording and Modelling in Archaeology and Cultural Heritage: Theory and Best Practices. Archaeopress.

• Salinas, D., Muñoz-La Rivera, F., & Mora-Serrano, J. (2022). Critical Analysis of the Evaluation Methods of Extended Reality (XR) Experiences for Construction Safety. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(22). https://doi.org/10.3390/ijerph192215272

• Wang, P., Wu, P., Wang, J., Chi, H.-L., & Wang, X. (2018). A Critical Review of the Use of Virtual Reality in Construction Engineering Education and Training. International Journal of Environmental Research and Public Health, 15(6). https://doi.org/10.3390/ijerph15061204

• Wang, X., Love, P. E. D., Kim, M. J., Park, C.-S., Sing, C.-P., & Hou, L. (2013). A conceptual framework for integrating building information modeling with augmented reality. Automation in Construction, 34, 37–44.

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• Yan, W., Culp, C., & Graf, R. (2011). Integrating BIM and gaming for real-time interactive architectural visualization. Automation in Construction, 20(4), 446–458.

• Young, B., Ellobody, E., & Hu, T. W. C. (2012). 3D visualization of structures using finite-element analysis in teaching. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice, 138(2), 131–138.

• Zhou, W., Whyte, J., & Sacks, R. (2012). Construction safety and digital design: A review. Automation in Construction, 22, 102–111.