Mimari ön tasarım sürecinde eskizleri gerçek zamanlı 3b modelleyen, arttırılmış gerçeklik destekli bir yazılım denemesi: "Sketchar"
An augmented reality supported software trial for real-time 3d modeling of sketches in architectural preliminary design process: "Sketchar"
Yazar: ERDEM KÖYMEN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. TOGAN TONG
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Ortamında Mimarlık Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Bilindiği üzere üç boyutlu düşünme, zamanla kazanılan veya geliştirilen bir yetidir. Özellikle mimarlık gibi üçüncü boyutun oldukça önemli olduğu bir bilim dalında, bu yetinin olabildiğince erken kazanılması arzu edilmektedir.
Mimarlık tarihine bakıldığında, perspektif çizimlerden maketlere çeşitli 3B tekniklerinin geliştirilmesi ve halen de geliştiriliyor olması, mimarlıkta üçüncü boyutun önemini ortaya koyar. Öyle ki günümüz araştırmacıları, yazılımsal ve donanımsal teknolojiyi sonuna kadar kullanıp Sanal Gerçeklik, CAVE, BOOM gibi teknik ve dijital yöntemler geliştirmekte ve mimarlıktaki üç boyutlu düşünmeyi güçlendirmeye çalışmaktadırlar.
Arttırılmış Gerçeklik ise bu gelişmelerin bir uzantısı olarak karşımıza çıkmakta önem, pazar payı, etki alanını ve potansiyelini günden güne arttırmaktadır. Google, Canon gibi büyük firmaların yazılımsal ve donanımsal açıdan yaptığı yatırımlara bakarak gelecekte AG'in daha da yaygınlaşacağı şimdiden tahmin edilebilir.
Mimarlıkta üç boyutlu görebilme veya düşünebilme, özellikle mimarlık ilk sınıflarda aşılmaya çalışılan önemli bir eğitim problemidir. Bu tez kapsamında AG'in yazılım teknolojisi incelenmiş, bu problemlere AG'in dijital ve modern bir çözüm sunabileceği hipotezi ortaya atılmıştır. Sonrasında, Bilgisayar Mühendisi Fatih Tolga Ata'dan alınan yazılım desteği ile interdisipliner nitelikli bir AG yazılımı geliştirilmiştir.
SketchAR ismini verdiğimiz bu yazılım özetle, kullanıcının herhangi bir kâğıt düzlemine yaptığı karalamayı yani eskizindeki çizgileri, kamera ile algılamakta ve bu çizgileri, AG ortamında, gerçek zamanlı olarak, 3B duvar nesnelerine dönüştürmektedir. Bunun yanında yazılım, 3B duvar nesnelerinin arasına kapı, pencere, masa, sandalye gibi istenilen tefriş elemanlarını da yine gerçek zamanlı olarak, sınırsız sayıda ekleyebilmektedir.
Geliştirilen bu yazılımla, mimarlıkta üç boyutlu düşünme yetisine katkının yanında mimari ön tasarım aşamasının da zenginleştirilmesi hedeflenmiştir. Yani mimari ön tasarımda ilk kıvılcımın parlaması, ilk fikirlerin geliştirilmesi için yazılımın katkı sağlayabileceği düşünülmektedir.
Yukarıdakilere ek olarak bu çalışmada, mimari tasarım süreçlerini AG'le birlikte zenginleştirmek de hedeflenmiştir. SketchAR ile birlikte çalışma, AG destekli yeni ve modern bir mimari tasarım süreç önerisi ile sonlanmıştır.
Çalışmanın 1. bölümünde; Arttırılmış Gerçekliğin, dijital yazılım teknolojileri içindeki yerini belirlemek adına; "Simülasyon" ve "Sanal gerçeklik" kavramları incelenmiş ve sonrasında AG hakkında -Sanal Gerçeklikle karşılaştırmalı olarak- çeşitli tanımlamalar yapılmıştır. Arkasından AG'in 1900'lü yıllara dayanan tarihi serüveni üç döneme ayrılarak incelenmiş ve arkeolojiden eğlence sektörüne uzanan birçok alandaki AG örnekleri çalışmaya veri ve alt yapı oluşturması açısından incelenmiştir.
Çalışmanın 2. bölümünde; AG'in yazılım ve donanıma temas eden bileşenleri üç alt başlığa ayrılarak incelenmiştir. Bu inceleme ile tez kapsamında geliştirilen yazılımın teknik alt yapısının kurulmasına ve yazılımda kullanılacak yöntemin belirlenmesine katkı sağlanmıştır.
Çalışmanın 3. Bölümünde; Mimarlık ve AG, önceki bölümlerden de desteklenerek, birbiri ile ilişkilendirilmiştir. Bu konuda öncelikle "mimari tasarım süreçleri", şemalar eşliğinde sınıflandırılarak ortaya koyulmuştur. Sonrasında mimarlık dünyasına temas eden AG örnekleri dört başlıkta toparlanmış ve bulunan örnekler bu başlıklar altında incelenmiştir.
Çalışmanın 4. bölümünde; önceki bölümlerde yapılan AG örnek incelemelerinden elde edilen teknik ve kuramsal alt yapı üzerine, tezin amaçlarına ve hipotezini doğrulamaya yönelen SketchAR ve bu yazılımın geliştirme süreci açıklanmıştır.
Bu bölümde öncelikle tez kapsamında geliştirilen yazılımının motivasyonu olarak "mimari ön tasarım", "çizim" ve "eskiz" gibi konularla yazılımın hedefleri, potansiyel etki alanı ve çıkış noktaları ortaya koyulmuştur.
Sonrasında "Yazılımın Geliştirilmesi" konusuna geçilmiş ve SketchAR'ın teknik yönü akış diyagramlarıyla beslenip, aşamalı olarak açıklanmıştır. Hemen arkasından, SketchAR'ın arayüzü ve işleyişi, yani kullanım senaryosu, yine akış diyagramları eşliğinde açıklanmıştır.
Bu bölümde en son olarak; iki farklı üniversitede, farklı sınıflardan, toplamda 50 öğrenci üzerinde SketchAR'ın denenmesi ve sonrasında tecrübe ettikleri bu yazılımla ilgili öğrencilere uygulanan anket çalışması hakkında ayrıntılı bilgiler verilmiştir. Ardından anket sonuçları tablolarla görselleştirilmiş ve analizleri yapılmıştır.
Çalışmanın 5. bölümünde; tezin genel sonuç ve öngörüleri açıklanmıştır.

Abstract:
As is known, three dimensional thinking is an ability which is acquired or improved over time. Especially in architectural science where three dimension holds substantial importance, it is desired to acquire this ability as fast as possible.
When looking at the history of architectural science, the improving of various 3D techniques from perspective drawings to models and those techniques still being improved to this day show the importance of three dimension in architectural science. Such that, today's researchers are developing techniques like Virtual Reality, Cave, Boom using the software and hardware technologies to the limit and working on strengthening the three dimensional thinking in architectural sciences.
Augmented Reality however comes out as an extent of these advancements and day by day raises its importance, market share, domain and potential. When looking at the investments made in software and hardware by big corporations such as Google and Canon, it can be concluded that the AR (Augmented Reality) is promising to become more and more common in the future.
Being able to think and see three dimensionally in architectural science is an important problem which is being tried hard to overcome, especially in the first years of architectural education. In the scope of this thesis, AR's software technology is explored and the hypothesis of AR's digital and modern solution to these problems are suggested. Later on, an AR software featuring interdisciplinary aspects was developed with the programming aid of Computer Engineer Fatih Tolga.
The software we named SketchAR, in brief, detects the user's drawing on any paper level, meaning the lines on the sketch, using a camera and transforms these lines on AR software platform into 3D wall objects in real time. In addition to this, the software can also add an unlimited amount of furnishing elements such as doors, windows, desks, chairs between 3D wall objects in real time.
By developing this software, along with the contribution to three dimensional thinking in architectural sciences, it is also aimed to enrich the Architectural Pre-Designing Stage. In other words, it is thought that this software will be an addition to the first sparkles and the improvements of those first thoughts in Architectural Pre-Designing stage. 
In addition to the above mentioned, with this study, the enrichment of architectural processes by using AR is also aimed. Working with SketchAR is concluded with a new and modern suggestion of Architectural Designing Process aided by AR.
At the first stage of this study; in order to put Augmented Reality in its place among the digital software technologies; "Simulation" and "Virtual Reality" notions are examined and after that, comparing with Virtual Reality, various definitions are given about AR. Later on AR's historical adventure reaching 1900's are examined by separating it in three periods and in order to provide data and form a foundation, many AR examples used in various sectors ranging from archeology to entertainment industry are examined.
At the second stage of this study; AR's software and hardware components are examined in three separated sub topics. This examination contributes to the installment of the technical infrastructure and determining which method to use in the making of this software developed within the scope of this thesis.
At the third stage of this study; Architectural Science and AR are linked together with the aid of aforementioned stages. In this matter, "Architectural Designing Processes" are primarily put forward while categorizing them with diagrams. Later on remarkable AR examples from the world of architecture are put together and examined under four topics.
At the fourth stage of this study; with the technical and hypothetical infrastructure obtained by the examination of AR examples from other stages, the making process of SketchAR software which aims the goals of this thesis and to prove its hypothesis is explained.
In this stage, primarily the goals, the potential domain and the starting points of the software developed in the scope of this thesis are explained with the motivating factors such as "Architectural Pre-Designing", "Drawing" and "Sketching".
Later on the subject of "The Development of The Software" is put forward and the technical aspect of SketchAR is supported with flow diagrams and explained gradually. Right after this SketchAR's interface and the way it works, in other words the user's manual, are again explained with flow diagrams.
Lastly in this section; a survey study of SketchAR's testing is carried out on two different universities, consisting a total of 50 students from different classes and detailed results on how the survey is applied and how the students experienced the software are given. The survey results are visualized with charts and analyzed after.
At the fifth stage of this study; general results of the thesis and anticipations are explained.