增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用綜述

何 波， 張 慎， 邱文航， 魏 然， 李成謙， 寧曉笛

(1. 武漢城市鐵路建設(shè)投資開發(fā)有限公司， 湖北 武漢 430000； 2. 中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司， 湖北 武漢 430071； 3. 華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院， 湖北 武漢 430074)

現(xiàn)代工程項(xiàng)目層次復(fù)雜、周期長、參與方眾多，而在工程建設(shè)實(shí)施階段的施工生產(chǎn)活動則具有涉及面廣、工作量大、制約性強(qiáng)等特點(diǎn)[1]。學(xué)術(shù)界和業(yè)界普遍認(rèn)為，各類施工任務(wù)的實(shí)施以及對應(yīng)的管理決策都離不開大量信息的支持[2]。然而，當(dāng)前施工信息管理和溝通方式往往以紙質(zhì)或電子文檔為主，文檔中的信息和真實(shí)施工場景存在一條隱形的“鴻溝”。這使得施工和管理人員需要在大腦中對虛擬信息和現(xiàn)實(shí)信息進(jìn)行整合，帶來不必要的認(rèn)知負(fù)荷，容易造成決策不及時和決策錯誤的情況，嚴(yán)重影響工作效率。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，AR)技術(shù)的出現(xiàn)為解決上述問題提供了一個新的方案。AR技術(shù)通過將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬信息疊加到真實(shí)環(huán)境中，給用戶呈現(xiàn)增強(qiáng)的視覺體驗(yàn)[3]。與虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)技術(shù)疊加虛擬信息和虛擬環(huán)境的可視化方式不同，AR技術(shù)使用的是真實(shí)環(huán)境，為使用者提供真實(shí)的環(huán)境感知。通過AR技術(shù)，用戶能通過同一個界面同時獲取虛擬信息和現(xiàn)場真實(shí)的環(huán)境信息。在過去幾年里，AR技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)療、教育和制造行業(yè)得到大量應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)也日趨成熟：例如Fidan等[4]研究了以問題為導(dǎo)向的基于AR技術(shù)的學(xué)習(xí)方法，他們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)將AR技術(shù)融入物理學(xué)習(xí)過程既可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，又可以調(diào)動他們對物理學(xué)科的學(xué)習(xí)積極性。而在工程施工領(lǐng)域中，AR技術(shù)也逐漸受到關(guān)注，其具體的應(yīng)用包括：將進(jìn)度計(jì)劃和現(xiàn)場進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時比較，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的及時把控；將擬建模型和已建建筑進(jìn)行比較，及時發(fā)現(xiàn)工程缺陷，實(shí)行有效的質(zhì)量管理；以動畫形式指導(dǎo)施工教學(xué)，加快施工人員的學(xué)習(xí)速度；將被遮擋的現(xiàn)場建筑物呈現(xiàn)給施工人員，幫助他們了解潛在的環(huán)境危險因素，有效提升施工安全管理[5]。

隨著AR技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的不斷深入和拓展，對相關(guān)研究成果的階段性梳理和歸納有助于總結(jié)研究現(xiàn)狀，并研判未來研究方向。國內(nèi)外學(xué)者從不同視角分析了AR技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。例如，Wang等[6]總結(jié)了2005—2011年間AR技術(shù)方面的研究，并對研究文獻(xiàn)進(jìn)行應(yīng)用領(lǐng)域分類研究，指出在所有應(yīng)用領(lǐng)域中，AR技術(shù)應(yīng)用于工程施工的比例最大，對AR技術(shù)的后續(xù)發(fā)展提供了很大幫助。Chi等[7]總結(jié)了2013年以前AR技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用，歸納了AR技術(shù)的技術(shù)架構(gòu)。Rankohi和Waugh[8]收集了1999—2012年發(fā)表的關(guān)于AR技術(shù)應(yīng)用于建筑工程的文獻(xiàn)，指出AR技術(shù)的未來研究方向?qū)嗟丶性贏R技術(shù)的可視化、已建和未建工程的仿真模擬等功能開發(fā)。需要指出，在2013—2019年期間，AR技術(shù)本身有了較大的發(fā)展，在工程施工領(lǐng)域也產(chǎn)生了許多新的研究和應(yīng)用。因此，有必要對AR技術(shù)在工程施工中的最新成果進(jìn)行系統(tǒng)性歸納總結(jié)。

鑒于此，本文廣泛搜集了2013—2019年間將AR技術(shù)運(yùn)用到工程施工中的代表性文獻(xiàn)，對AR技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行梳理。另外，本文總結(jié)了AR技術(shù)的發(fā)展趨勢和瓶頸，為今后AR技術(shù)在工程施工乃至工程全過程中的應(yīng)用提供思路和支撐。

1 研究方法

本文主要研究方法為文獻(xiàn)分析法。首先開展系統(tǒng)的檢索文獻(xiàn)，隨后對文獻(xiàn)的標(biāo)題和摘要進(jìn)行快速閱讀，剔除相關(guān)性不高的文獻(xiàn)。篩選出目標(biāo)文獻(xiàn)后，仔細(xì)閱讀文獻(xiàn)內(nèi)容，提取相關(guān)信息并進(jìn)行總結(jié)分析。本章將從文獻(xiàn)檢索和篩選機(jī)制兩方面來介紹。

本文通過Scopus和Web of Science檢索相關(guān)文獻(xiàn)。Scopus和Web of Science被公認(rèn)為是同行評審期刊、書籍和會議記錄中最大的摘要和引文數(shù)據(jù)庫之一，能提供全球范圍內(nèi)較為權(quán)威的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。本文所使用的關(guān)鍵詞包括“Augmented Reality”“Construction or Building”。除了上述關(guān)鍵詞，本文還設(shè)置了若干檢索條件，例如發(fā)表時間限制在“2013”到“2019”,文獻(xiàn)語言為“English”等。另外，本文限制文獻(xiàn)類型為“Article”，即同行評議的期刊論文,因?yàn)檫@些論文的內(nèi)容和結(jié)果通常比會議摘要、評論文章和行業(yè)報告更加嚴(yán)格和具有說服力。

本文文獻(xiàn)檢索于2019年10月24日進(jìn)行，從Scopus和Web of Science分別檢索到355和576篇文獻(xiàn)。通過剔除重復(fù)的、與工程施工領(lǐng)域無關(guān)的、沒有提供充足AR應(yīng)用和技術(shù)細(xì)節(jié)的文獻(xiàn)，最終留下36篇有效文獻(xiàn)作進(jìn)一步分析。

2 工程施工中AR應(yīng)用現(xiàn)狀分析

本文首先對篩選出的36篇文獻(xiàn)按年份分類，如圖1所示。七年間發(fā)表文獻(xiàn)的數(shù)量呈現(xiàn)一個明顯的“U”型趨勢。AR技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用先在2013年后逐漸減少，至2016年達(dá)到低谷，隨后數(shù)量逐漸增加。由于2019年的統(tǒng)計(jì)時間只到10月份，預(yù)計(jì)2019年的發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量將進(jìn)一步提升。

圖1 文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量年份統(tǒng)計(jì)

為進(jìn)一步研究AR技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀，本章對篩選出的36篇文獻(xiàn)按其具體應(yīng)用進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析，如圖2所示。由于統(tǒng)計(jì)的文獻(xiàn)中，部分文獻(xiàn)將AR應(yīng)用到多個場景(如Tavares等[9]運(yùn)用了AR技術(shù)同時進(jìn)行施工指導(dǎo)和缺陷檢測)，故統(tǒng)計(jì)的各類應(yīng)用對應(yīng)的數(shù)量總和大于文獻(xiàn)總數(shù)。其中，9篇文獻(xiàn)利用AR技術(shù)輔助施工進(jìn)度監(jiān)控；7篇文獻(xiàn)利用AR技術(shù)控制施工質(zhì)量；6篇文獻(xiàn)使用AR技術(shù)模擬建筑構(gòu)件的組裝流程；另有5篇、4篇和4篇文獻(xiàn)分別將AR技術(shù)應(yīng)用于安全管理、施工布局設(shè)計(jì)以及設(shè)備操作輔助。本文將主要闡述和分析排名前三位的應(yīng)用類型。

圖2 AR技術(shù)在工程施工的應(yīng)用

2.1 進(jìn)度監(jiān)控

進(jìn)度監(jiān)控是施工管理的重要部分。傳統(tǒng)的施工進(jìn)度監(jiān)控方法是施工方在編制施工進(jìn)度計(jì)劃報批的基礎(chǔ)上，先安排人員定期對施工現(xiàn)場進(jìn)行巡查，再確認(rèn)現(xiàn)場施工進(jìn)度，并與施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行對比。一旦發(fā)現(xiàn)偏差，相關(guān)管理人員將采取糾偏措施。但是，將紙質(zhì)文檔的進(jìn)度信息和施工現(xiàn)場已建實(shí)體進(jìn)行比較需要相關(guān)人員進(jìn)行空間轉(zhuǎn)化，這帶來相當(dāng)?shù)恼J(rèn)知負(fù)荷，不利于高效、準(zhǔn)確地判斷施工進(jìn)度。

AR技術(shù)融合虛擬信息和現(xiàn)實(shí)環(huán)境，有助于進(jìn)行實(shí)時進(jìn)度監(jiān)控。Me?a等[10]開發(fā)了基于BIM的AR系統(tǒng)，使用者利用智能手機(jī)在施工現(xiàn)場展示工程的BIM進(jìn)度模型，與已建工程來進(jìn)行比較，符合進(jìn)度的部分在智能手機(jī)上顯示成“綠色”，落后進(jìn)度模型的部分顯示成“灰色”或者“透明”，通過顏色對比直觀的說明現(xiàn)場進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度的關(guān)系，方便對進(jìn)度進(jìn)行控制和管理。類似地， Zaher等[11]結(jié)合AR技術(shù)和BIM技術(shù)、利用智能手機(jī)作為展示終端來進(jìn)行施工現(xiàn)場進(jìn)度和成本的監(jiān)控，使用者還可以通過展示終端及時更新施工進(jìn)度成本信息，其詳細(xì)流程包括：(1)通過BIM技術(shù)和AR技術(shù)的結(jié)合，擬建建筑被直觀的顯示；(2)通過實(shí)時更新的施工現(xiàn)場視頻流，已建部分也被直觀展示；(3)直接對比這兩個模型，用顏色區(qū)分不同的工作任務(wù)，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并根據(jù)實(shí)際進(jìn)度來采取必要的進(jìn)度管理措施。另外，Bae等[12]通過大量拍攝現(xiàn)場圖片，利用Structure-from-Motion(SFM)算法重建現(xiàn)場三維模型，現(xiàn)場人員可以在工地現(xiàn)場通過智能手機(jī)或者平板獲取建筑三維模型信息。例如，對位于高層中的已完成施工的外窗對象，施工管理人員可以在地面上通過AR技術(shù)查看該對象的詳細(xì)信息，并可以直接在現(xiàn)場生成進(jìn)度檢查報表，有利于進(jìn)行施工的進(jìn)度檢查和控制。

2.2 質(zhì)量控制

質(zhì)量控制是施工過程中形成建筑產(chǎn)品優(yōu)良品質(zhì)的重要管理目標(biāo)。傳統(tǒng)的質(zhì)量控制一般由現(xiàn)場質(zhì)量檢查員對已完成施工任務(wù)進(jìn)行檢查，這種方式需要花費(fèi)大量的人力物力，并且容易出現(xiàn)遺漏和錯誤。而AR技術(shù)能將相關(guān)虛擬信息疊加在已完成構(gòu)筑物上，從而有效幫助質(zhì)量檢測，提高質(zhì)量管理的快速性和準(zhǔn)確性。

在利用AR技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量控制的7篇文獻(xiàn)中，由于質(zhì)量控制的對象不同，其具體應(yīng)用流程和內(nèi)容也有所差別。例如，Kwon等[13]利用BIM技術(shù)、圖像匹配技術(shù)和AR技術(shù)來進(jìn)行鋼筋混凝土工程的缺陷檢測，提出了兩種缺陷檢測方法：一是通過圖像匹配技術(shù)使質(zhì)量檢查員無需在現(xiàn)場即可進(jìn)行質(zhì)量檢查；二是通過AR技術(shù)使一般不具備質(zhì)量控制方面專業(yè)知識的施工人員和現(xiàn)場經(jīng)理可以在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)自動化檢查。其具體過程如下：首先提取BIM模型信息，注冊到AR標(biāo)記上。然后將標(biāo)記放在指定位置，并使用智能手機(jī)把BIM信息疊加到真實(shí)現(xiàn)場環(huán)境，從而進(jìn)行質(zhì)量檢測。另外，Portalés等[14]設(shè)計(jì)了基于AR技術(shù)的質(zhì)量檢查系統(tǒng)以用于檢查預(yù)制廠房的質(zhì)量，該系統(tǒng)通過放置在現(xiàn)場的標(biāo)記來獲取三維虛擬模型。同時檢查人員可以實(shí)時上傳自己拍攝的圖片和檢查結(jié)果，如有質(zhì)量缺陷，則在系統(tǒng)中將存在缺陷的部分顯示為紅色，同時檢查人員需要簽名核實(shí)。相較于紙質(zhì)質(zhì)量檢測文檔，該系統(tǒng)有效地提高了質(zhì)量檢查效率。

2.3 組裝模擬

現(xiàn)代建筑項(xiàng)目，尤其是裝配式建筑項(xiàng)目，需要施工人員在現(xiàn)場進(jìn)行大量組裝工作。由于組裝任務(wù)的日益復(fù)雜以及施工人員經(jīng)驗(yàn)的差異，組裝質(zhì)量往往很難保證。利用AR技術(shù)來進(jìn)行構(gòu)件組裝說明，可以清晰地將組裝方法直觀地呈現(xiàn)給施工人員。

例如，F(xiàn)azel等[15]提出了利用AR技術(shù)來進(jìn)行自由曲面的施工。每個施工人員的任務(wù)通過頭戴式設(shè)備及時傳達(dá)，頭戴式設(shè)備可以使施工人員看到組裝物件的虛擬正確位置。當(dāng)施工人員正確完成當(dāng)前組裝后，下一個正確位置將以虛擬標(biāo)記的方式顯示出來。這樣一步一步指引，即使是無組裝經(jīng)驗(yàn)的施工人員也可以準(zhǔn)確地完成自由曲面的高難度施工。除了展示構(gòu)件的組裝位置，AR技術(shù)可以把組裝過程于施工現(xiàn)場以動畫形式進(jìn)行展示，進(jìn)一步加強(qiáng)施工人員對組裝任務(wù)的理解。Hou等[16]利用可視化AR技術(shù)，提出了適用于復(fù)雜設(shè)備組裝、拆卸過程的系統(tǒng)，并成功在澳大利亞能源與工藝培訓(xùn)中心(ACEPT)應(yīng)用于管道拆除工作上。系統(tǒng)將拆除工作細(xì)分到每一個閥門、管道等部件上，隨后通過AR技術(shù)在現(xiàn)場將每一步的工作展示給施工人員。施工人員按照指示完成當(dāng)前工作后，系統(tǒng)便自動展示下一步工作，直至所有拆除工作完成。在AR技術(shù)的幫助下，組裝工作的效率得到有效提升。

3 AR技術(shù)在工程施工中的發(fā)展趨勢

3.1 結(jié)合移動顯示設(shè)備

作為AR顯示的載體，各類顯示設(shè)備在工程施工中均有應(yīng)用。圖3展示了36篇文獻(xiàn)中AR顯示設(shè)備的使用情況。同應(yīng)用點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)情況一樣，因?yàn)槟承┪墨I(xiàn)不止使用了一種顯示設(shè)備，故設(shè)備的統(tǒng)計(jì)總數(shù)也大于文獻(xiàn)總數(shù)。從表中可以看出，臺式電腦的使用數(shù)量逐年減少，2017年后基本上不再作為主要顯示設(shè)備；而投影設(shè)備同樣也未成為主流的AR顯示設(shè)備。相較而言，更多研究傾向使用移動顯示設(shè)備，包括手持式設(shè)備(如平板電腦和智能手機(jī))和頭戴式設(shè)備。移動顯示設(shè)備的應(yīng)用趨勢符合Chi[7]，Rankohi和Waugh[8]等的預(yù)測，即越來越多的AR應(yīng)用將以移動顯示設(shè)備為載體。值得注意的是，研究發(fā)現(xiàn)在2019年，頭戴式設(shè)備Microsoft HoloLens受到關(guān)注。例如， Chalhoub等[17]以HoloLens作為顯示平臺輔助開展電氣施工布局任務(wù)?？梢灶A(yù)見，隨著移動顯示設(shè)備計(jì)算能力、電池續(xù)航等方面的不斷提升，未來研究將進(jìn)一步將移動顯示設(shè)備作為AR的載體，深化其在工程施工中的應(yīng)用。

圖3 AR顯示設(shè)備統(tǒng)計(jì)

3.2 結(jié)合BIM技術(shù)

在本文所搜集的文獻(xiàn)中，有20篇文獻(xiàn)結(jié)合AR技術(shù)和BIM技術(shù)，進(jìn)一步提升這兩個技術(shù)對工程施工的益處。BIM技術(shù)能提供比傳統(tǒng)的文字、數(shù)字等紙質(zhì)文檔更全面、更直觀的信息，因此十分適合AR技術(shù)。除了本文第二章提到的案例，另有如Park等[18]結(jié)合BIM技術(shù)和AR技術(shù)于施工安全管理，其中，BIM技術(shù)被用來創(chuàng)建虛擬模型，從BIM模型中確定易發(fā)生安全問題的危險源，隨后通過AR技術(shù)將虛擬模型展示到真實(shí)環(huán)境中?，F(xiàn)場人員通過對比危險源的真實(shí)狀況和虛擬模型，判斷危險源的安全程度，從而進(jìn)行危險源的安全控制。

雖然AR技術(shù)和BIM技術(shù)的結(jié)合已經(jīng)取得一定進(jìn)展，但現(xiàn)階段二者的結(jié)合仍不深入。一方面，大多數(shù)文獻(xiàn)主要利用BIM模型中提供的幾何信息，而對非幾何信息(如材質(zhì)、工藝)的利用仍舊欠缺；另一方面，BIM技術(shù)和AR技術(shù)在信息細(xì)節(jié)層次上不匹配：BIM是一個面向多參與方、多管理目標(biāo)的全壽命周期信息模型，而AR技術(shù)通常只需要用于可視化的信息。在BIM技術(shù)和AR技術(shù)之間缺少一個信息篩選機(jī)制，保證信息傳遞更加快速且具有針對性，減少信息過載。AR技術(shù)和BIM技術(shù)的結(jié)合需要解決上述兩個問題，從而更有效率地為項(xiàng)目施工管理提供所需要的信息。

3.3 無標(biāo)志物的跟蹤注冊技術(shù)

在本文所搜集的文獻(xiàn)中，標(biāo)記AR被普遍應(yīng)用。標(biāo)記AR在國內(nèi)也被稱為“基于標(biāo)志物的跟蹤注冊技術(shù)”，是指利用放置在施工現(xiàn)場的物理標(biāo)記，將虛擬信息儲存在標(biāo)記里，然后通過顯示設(shè)備捕捉標(biāo)記，從而顯示相應(yīng)的虛擬信息。然而，通過物理標(biāo)記來利用AR技術(shù)容易受到施工現(xiàn)場光線、溫度和濕度等環(huán)境因素的影響，從而限制了AR技術(shù)在工程施工中的廣泛應(yīng)用[13]。標(biāo)志物被遮擋或者標(biāo)志物無法被識別時，系統(tǒng)將失效。

建筑領(lǐng)域的施工一般位于室外，標(biāo)志物容易受到環(huán)境影響。因此，無標(biāo)志物的跟蹤注冊技術(shù)較基于標(biāo)志物的跟蹤注冊技術(shù)更適應(yīng)室外施工環(huán)境。在本文所分析的36篇文獻(xiàn)中，Bae等[12]提出了基于圖像的運(yùn)動點(diǎn)云結(jié)構(gòu)定位方法來代替物理標(biāo)記，首先利用相機(jī)拍攝施工現(xiàn)場的圖片流或者視頻流，隨后建立施工現(xiàn)場的三維點(diǎn)云模型，接著通過對比拍攝上傳的圖片和現(xiàn)場三維點(diǎn)云模型，確定使用者的位置、方向和視野里的對象。最后，視野中對象的三維信息和其他相關(guān)信息被推送給使用者，在其顯示設(shè)備中呈現(xiàn)。除此之外，Dong[20]等也開展對無標(biāo)記物的跟蹤注冊技術(shù)的探索。

4 AR技術(shù)在工程施工中的挑戰(zhàn)

通過分析文獻(xiàn)，本文發(fā)現(xiàn)在AR技術(shù)快速發(fā)展的同時，存在一些技術(shù)上的瓶頸限制著AR技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用，這主要包括對齊問題、遮擋問題和實(shí)施位置感知問題。

4.1 對齊問題

對齊問題指為了提供AR使用者真實(shí)、舒服的使用感，虛擬信息和真實(shí)場景必須精準(zhǔn)的疊加。如果不能精準(zhǔn)對齊可能會產(chǎn)生虛擬物體的偏移現(xiàn)象，影響疊加效果甚至給使用者帶來眩暈感。在本文搜集的研究文獻(xiàn)中，諸多文獻(xiàn)提出精準(zhǔn)對齊是AR技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的一大阻礙。例如， Park等[19]指出基于AR的缺陷檢查系統(tǒng)存在增強(qiáng)的虛擬對象和真實(shí)世界圖像之間的對齊錯誤問題。Dong等[20]使用世界坐標(biāo)系和使用者的眼坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的方法進(jìn)行標(biāo)記，即首先在世界坐標(biāo)系中定位使用者眼睛的觀察范圍，隨后在世界坐標(biāo)系中定位對象，接著確定觀察范圍的形狀，最后將對象從世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為眼坐標(biāo)系并投影到顯示平面上，呈現(xiàn)給使用者；同時通過校準(zhǔn)程序補(bǔ)償實(shí)際相機(jī)和電子羅盤(Electronic Compass)之間的機(jī)械姿態(tài)差異，通過靜態(tài)配準(zhǔn)算法以及電子羅盤延遲消除算法解決靜態(tài)環(huán)境下的對齊問題。然而，施工現(xiàn)場是一個復(fù)雜、動態(tài)的環(huán)境，上述辦法仍不能徹底支持施工現(xiàn)場的動態(tài)對齊，因而仍有待進(jìn)一步研究。

4.2 遮擋問題

在本文所搜集的文獻(xiàn)中，遮擋問題是一個普遍存在的技術(shù)難題。當(dāng)使用者利用相機(jī)拍攝施工現(xiàn)場實(shí)景，并與虛擬信息疊加時，由于拍攝的圖像不具有深度信息，在疊加過程中虛擬信息不能準(zhǔn)確呈現(xiàn)在正確位置，最終導(dǎo)致遮擋問題的產(chǎn)生。遮擋問題導(dǎo)致了現(xiàn)場實(shí)體和虛擬信息在視覺空間里的相互位置不和諧，嚴(yán)重影響使用者對空間相互位置關(guān)系的正確感知，最終影響AR技術(shù)的應(yīng)用效果。尤其在大型施工現(xiàn)場中，由于各類實(shí)體數(shù)量多、體積大，遮擋問題更易發(fā)生。

Kim等[22]指出，遮擋意味著多個對象重疊，以致于它們被誤認(rèn)為是一個對象。他們指出可以通過先進(jìn)的圖像處理過程和增加相機(jī)數(shù)量以及布設(shè)位置來避免遮擋問題。Me?a等[10]在研究中指出，在比較施工現(xiàn)場實(shí)際狀態(tài)和虛擬模型時，位于使用者和建筑物之間的物理對象可能形成視線的遮擋。Me?a等[10]提出可以通過渲染減少遮擋問題，但強(qiáng)調(diào)施工現(xiàn)場的動態(tài)實(shí)體將嚴(yán)重增加該過程的復(fù)雜性。

4.3 實(shí)時位置感知問題

實(shí)時獲取使用者的位置信息對AR技術(shù)的應(yīng)用意義重大。Chi等[7]指出實(shí)時位置感知是AR核心功能的一部分，定位方法的準(zhǔn)確性限制了AR應(yīng)用程序如何將虛擬信息疊加到現(xiàn)實(shí)世界中。與其他行業(yè)不同，施工現(xiàn)場往往處于室外環(huán)境，現(xiàn)場范圍大物體多，要想實(shí)時獲得使用者的準(zhǔn)確位置信息是非常困難的?，F(xiàn)有的位置感知技術(shù)一般利用GPS、射頻識別(RFID)、超寬帶(UWB)、標(biāo)記以及圖像匹配等。

在本文所搜集的文獻(xiàn)中，上述位置感知技術(shù)均有使用，但是精準(zhǔn)的位置感知仍面臨許多困難。例如，Me?a等[10]認(rèn)為通過移動設(shè)備中的GPS模塊不足以精確確定使用者的位置。同時，GPS信號可能會受到周邊環(huán)境的干擾。因此，這種方法不適用于復(fù)雜施工環(huán)境。另外，通過掃描放置在現(xiàn)場的標(biāo)記，可以確定使用者的位置信息。但如本文4.1節(jié)所述，物理標(biāo)記在室外施工現(xiàn)場容易受到天氣和光線的影響，不能保證持續(xù)提供準(zhǔn)確的位置信息。Bae等[12]通過使用者拍攝的照片和三維點(diǎn)云模型對比匹配，獲取使用者的位置信息。這種方式雖然不需要使用物理標(biāo)記以及額外的位置傳感器，但是處理照片和匹配模型均需要一定的時間，因此無法支持諸如質(zhì)量控制等需要實(shí)時定位感知的應(yīng)用。

5 結(jié) 論

本文從Scopus和Web of Science數(shù)據(jù)庫中篩選出2013—2019年間有關(guān)AR技術(shù)應(yīng)用于工程施工的36篇文獻(xiàn)，并進(jìn)行系統(tǒng)性分析，旨在分析AR技術(shù)在此領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和技術(shù)挑戰(zhàn)。分析結(jié)果顯示，AR技術(shù)在工程施工領(lǐng)域主要應(yīng)用于進(jìn)度監(jiān)控、質(zhì)量控制、以及組裝模擬等領(lǐng)域。另外，本文發(fā)現(xiàn)未來研究需要集中解決對齊問題、遮擋問題和實(shí)時位置感知問題，以促進(jìn)AR技術(shù)在工程施工中的進(jìn)一步使用。本文的研究可以為AR技術(shù)在工程施工領(lǐng)域的研究和實(shí)踐提供參考。