Artırılmış gerçeklik ile yapı bileşenlerine yönelik yapı bilgi modelleme destekli uygulama önerisi
An application proposal supported by building information modeling for building components with augmented reality
Yazar: SEVCAN VATANSEVER KURTULUŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TOGAN TONG
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Ortamında Mimarlık Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Artırılmış gerçeklik = Augmented reality ; Yapı elemanları = Building elements

Özet:
Artırılmış Gerçeklik (AG), sanal ortamlarla fiziksel ortamları kesiştirerek, görüntü, grafik, ses gibi dijital nesneleri, gerçek mekân içinde deneyimlemeye olanak sağlar. Yazılım ve donanımlardaki teknolojik gelişmelerle sadece bir kavram olmaktan çıkarak gündelik hayatta sıkça kullanılan bir sistem haline dönüşmüştür.
Çalışmanın ilk bölümünde tezin temel konularını oluşturan AG teknolojisinin, mimari yapı bileşenlerinin ve Yapı Bilgi Modelleme sistemlerinin geçmişten günümüze literatürdeki yeri ve üzerinde çalışılan tezin amacı, hipotezi ve kapsamı sunulmuştur.
Sunduğu geniş olanaklar ile askeriyeden tıpa kadar birçok alanda kullanılmakta olan AG, gerçek dünyayı sanal ögelerle zenginleştirdiği için eğitim alanında kullanımı artan bir sistemdir. Teorik bilgiyi pratiğe dönüştürerek, teknolojiyle iç içe olan yeni neslin konuya olan ilgi ve motivasyonunu artırması mümkündür. AG'nin 3 boyutlu(3B) modellerle olan etkileşimi nedeniyle mimarlık alanında da sıklıkla kullanılan bir teknoloji olduğu görülmektedir. Bu alanda yapılan çalışmalar incelendiğinde, tasarım, görselleştirme, koruma, uygulama ve yönetim süreçlerinin yanı sıra mimarlık eğitiminde de tercih edildiği gözlemlenmektedir. Bu doğrultuda çalışmanın ikinci kısmında AG kavramı, teknolojisi ve kullanım alanları incelenmiş, mimarlık eğitimi hususunda yapılmış AG çalışmaları araştırılmıştır.
Tezin üçüncü kısmında ise mimari yapı bileşeni kavramı ve temsili üzerinde çalışılmıştır. Bileşenlerin eskiz gibi geleneksel ortamlarda ve Bilgisayar Destekli Tasarım (BDT) gibi sayısal ortamlarda temsil biçimleri ortaya koyulmuştur. Bu ortamlara ek olarak, mimari alanda kullanımı her geçen gün yaygınlaşan, 3B modeller ile bilgi sistemlerini birleştiren Yapı Bilgi Modelleme (YBM) sistemlerinde bileşenlerin temsili incelenmiştir. Obje bazlı modelleme mantığıyla kapı ve pencere gibi mimari yapı bileşenlerinin geometrik olarak tanımlanmasına ve haklarında bilgi depolanmasına imkân sağladığı için YBM sistemleri çalışma kapsamına dahil edilmiştir. Ayrıca tezin temel dayanak noktalarından birini oluşturan AG ve AG'nin ilişkili olduğu Sanal Gerçeklik (SG) ortamında mimari yapı bileşenlerini içeren çalışmalar araştırılmıştır. Böylelikle bileşenlerin Karma Gerçeklik ortamlarında temsil edilme biçimleri sunulmuştur.
Çalışmanın dördüncü kısmında ise önceki bölümlerden elde edilen veriler ışığında AG tabanlı YBM sistemlerinden destek alan bir uygulama önerisi yapılmıştır. İki sistemin sağladığı olanaklardan faydalanılarak, mimarlık öğrencileri için, kapı ve pencere mimari bileşenlerinin YBM modellerini barındıran mobil cihazlarda kullanılmak üzere modüller oluşturulmuştur. İlk modül kullanıcı tarafından plan çizimi yapılan bileşenin AG ortamı içinde 3B sanal modelini sunmaktadır. Farklı mimari bileşen modellerini barındıran ikinci modül ise gerçek ortamdaki bileşenleri tanıyarak, yerlerine gelebilecek sanal model seçenekleri önermektedir. Çalışmada bileşenlerin AG modellerinin yanı sıra, menteşe kanat gibi mimari karmaşık alt elemanları, açılıp kapanma animasyonları, çeşitli ölçeklerde 2B çizimleri, YBM modelleri ve bileşenler hakkında bilgiler sunulmaktadır.
Modüller yardımıyla mimarlık öğrencilerinin mimari yapı bileşenlerini tanıması, algılaması ve kavraması, gerek duyduğunda bileşenlerin çeşitli ölçeklerdeki temsil biçimlerine kolayca ulaşması amaçlanmaktadır. Bu amaçla üretilen prototipler, mimarlık öğrencilerinden oluşan gruplar üzerinde test edilerek, kullanıcı deneyimleri elde edilmiş, çalışmanın istenilen amaca hizmet edip etmediği araştırılmıştır.
Çalışmanın son kısmında ise uygulamanın oluşturulması ve test edilmesi süreçlerinden elde bulgular ve sonuçlar değerlendirilmiş, teknolojik gelişmelerle gelecekte uygulamanın gidebileceği yönler hakkında fikirler beyan edilmiştir.

Abstract:
Augmented Reality (AR) allows to experience digital objects such as images, graphics, sounds, etc. in a real space by intersecting virtual environments and physical environments. With the developments in technological software and hardware, it has become a system that is frequently used in everyday life rather than just a notion. The first part of the study presents the state of art for AR technology, architectural building components and Building Information Modeling (BIM) systems and the aim, the hypothesis and the scope of the thesis. Being used in many areas from military to medicine with its wide range of possibilities, AR becomes widespread in education since it enhances the real world with virtual contents. By transforming theoretical knowledge into practice, it is possible for the new generation that is intertwined with technology to increase their interest and motivation. Also, it is seen that AR is a frequently used technology in the field of architecture due to its interaction with 3D models. When the studies on its use in the area are examined, it is observed that in addition to design, visualization, conservation, implementation and management processes, it is also preferred in architectural education. Therefore, in the second part of the study, the notion, technology and usage areas of AR are investigated and the applications of AR in architectural education are presented. In the third part of the thesis, the notion and representation of architectural building component has been studied. The representation of components in traditional environments such as sketches and in digital environments such as Computer Aided Design (CAD) has been demonstrated. In addition to these environments, the representation of the components in the BIM systems which combine the three-dimensional models(3D) and information systems and become more and more common in the field of architecture, has been examined. Due to the object-oriented modeling logic, BIM systems are included in the scope of the study because they allow the geometric identification of architectural building components such as doors and windows and the storage of information about them. In addition, the applications which contain architectural components are investigated in AR environments which constitutes one of the main premises of the thesis and Virtual Reality (VR) environments which is closely related to AR. Thus, the ways in which the components are represented in Mixed Reality environments are presented. In the fourth part of the study, in the light of the data obtained from the previous chapters, an AR based application supported by BIM systems is suggested. By using the facilities provided by the two systems, modules have been created for architecture students to be used in mobile devices that host BIM models of architectural components such as doors and windows. The first module presents the 3D virtual model within the AR environment of the component which is drawn by the user. The second module, which hosts different architectural component models, recognizes the components in the real environment and proposes virtual model options that can be replaced. In addition to the AR models of the components, the architectural sub-elements such as hinges, wings, the animations of the opening and closing, information about the components, two-dimensional (2D) drawings in various scales and BIM models are presented. With the help of modules, architecture students are expected to recognize, perceive and understand the architectural components, and to easily reach the representation forms of the components in various scales. The prototypes produced for this purpose are used by a group of architecture students, user experiences are obtained, and it is investigated whether the study served the required purpose. In the last part of the study, the findings and results obtained from the creation and testing of the application are evaluated and ideas are expressed about the possible directions in the future through technological developments.