[发明专利]头戴装置、在头戴装置中显示虚拟图像的方法和介质

说明书

本发明涉及头戴装置、在头戴装置中显示虚拟图像的方法和介质。头戴装置包括头戴物品、包含至少一个显示器的增强现实眼镜、用于跟踪显示器相对于使用者的至少一只眼睛的移动的显示器位置跟踪装置以及电子控制系统，在所述头戴物品上安装有一个或更多个位置跟踪传感器。电子控制系统被配置为将外在真实世界坐标系中限定的BIM模型转换到位置跟踪系统限定的内在坐标系中，从显示器位置装置接收显示器位置数据并从头戴装置跟踪系统接收头戴装置跟踪数据，以及相对于头戴物品在建筑工地上的位置和取向以及显示器相对于使用者的眼睛的相对位置来渲染BIM的虚拟图像，并将渲染的虚拟图像发送到显示器，该图像可作为BIM的虚拟图像被使用者观看。

技术领域

本发明涉及显示建筑信息模型(BIM)的虚拟图像。特别地(但非排他性地)，本发明涉及使用增强现实显示装置以足以用作常规对建筑工地进行放样(setting out)的替代方案的精度来以其在建筑工地上的正确位置和取向来显示要执行的任务或要建造的对象的虚拟图像；例如，通过确定应在何处执行给定的建筑任务。本发明的实施方式可以使用位置跟踪系统(例如光学“内向外(inside out)”位置跟踪系统)来以至少约5mm的精度定位增强现实头戴式显示器(HMD)。本发明提供了用于将真实世界的放样数据与从跟踪系统接收的跟踪数据相关联的设备、用于校准和控制这种设备的操作的计算机软件、以及用于以真实世界坐标显示虚拟模型的增强现实HMD。本发明旨在使建造者和其他人能够使用增强现实HMD来开始、完成和验证他们的建筑任务(在3mm的精度/建筑公差以内)，而无需依赖放样和/或验证工程师。

背景技术

在建筑工地上搭建结构或建造建筑物是一个漫长的过程。该过程可以概括如下：首先，设计师或建筑师制作称为建筑信息模型(BIM)的三维模型。BIM模型通常以真实世界坐标来限定。然后将BIM模型发送到建筑工地，通常以二维图纸的形式发送，或者在某些情况下作为计算装置上的3D模型发送。工程师使用常规立桩/放样装置，在工地上以真实世界坐标在已知位置处建立控制点，并以这些控制点为参考来标出2D图纸或BIM模型中每个结构将被建造的位置。然后，建造者将图纸和/或BIM模型与工程师制作的标记(“放样标记”)结合使用，以根据图纸或模型在正确的位置搭建结构。最后，工程师必须验证结构或执行的任务。这可以使用3D激光扫描器捕获点云来完成，从该点云可以自动得出“完工”结构的3D模型。然后将“完工”模型与原始BIM模型进行比较。此过程可能耗费长达两个星期，之后必须对发现不合格的任何项目进行检查，并可能导致罚款或必须重做。

按照惯例，由经验丰富的工地工程师使用全站仪或TST(全站经纬仪)与建筑工地处或附近的已知位置的点(例如，作为基准)相关联地将控制点定位在建筑工地处来对建筑工地进行放样。例如，可以从其英国地形测量局或WGS 84基准中获知这些已知位置的点的真实世界位置。只要精确知道其位置，任何自然或人造的地理特征都可以用于定位控制点。然后可以使用全站仪通过从已知位置的两个或更多个点进行三角测量，在建筑工地处定位控制点。

必须以这种方式精确地对要在建筑工地处执行的每个任务进行放样。通常，在项目期间必须进行多次放样，因为施工的后续阶段可能会擦除临时标记。

此外，一旦在建筑工地已经完成了任务，通常需要验证该任务/检查任务已在正确的位置处完成，为此，工地工程师必须使用经纬仪通过参照控制点来检查已完成任务的位置。

在建筑项目期间每次需要进行放样时，都会在等待工地工程师现身建筑工地时耽搁时间。期望能够开始搭建结构而不必在每次需要定位要执行的建筑任务的位置时依赖工地工程师。

对建筑工地进行放样的已知方法的另一个缺点是，即使参考点和标记被建立在合适的位置处以使施工队能够根据施工图在其正确的位置处执行任务，但对于施工队而言，解释施工图以确定要执行的任务的细节并在参考点或标记之间进行插值仍然是必要的。在实践中，这经常导致施工图与所执行任务之间的差异。