Inphimo: An augmented reality-based interface proposal for design process
Inphimo: Tasarım sürecinde kullanılabilecek artırılmış gerçeklik tabanlı bir arayüz önerisi
- Tez No: 558701
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEMA ALAÇAM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enformatik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 132
Özet
Tasarım sürecinde üretilen bilginin temsil edilme yöntemleri ve araçları, gelişen teknoloji ile birlikte evrilmekte ve yeni perspektifler kazanmaktadır. Eskizler ve maketler ile fiziksel ortamda, CAD çizimleri ve 3D modeller ile dijital ortamda temsilleri gerçekleşen tasarıma yönelik fikir ve kararların temsil edilmesi için kullanılan yöntemler, gerçeklik kavramının yeniden ele alındığı tasarım ortamları oluşturmaktadır. Artırılmış Gerçeklik (Augmented Reality); mimarlık, mühendislik, tıp, eğitim gibi birçok farklı disiplindeki çalışma alanlarında kullanılan teknolojilerden biridir. Akıllı telefon, tablet, kasklı ekran gibi dijital araçlar ile gerçek ortam ve sanal nesneleri üst üste getiren ve gerçek ortamı zenginleştiren bu teknoloji, mimari tasarım sürecinde de tasarıma dair bilgi aktarımlarını kolaylaştırması açısından önemli bir potansiyele sahiptir. Tasarıma yönelik fikir ve kararların Artırılmış Gerçeklik kullanılarak yeniden yorumlanması; sanal ortam ve gerçek ortam arasında bir köprü oluşturmaktadır ve bu köprünün tasarım sürecinde kullanılabililirliğini incelemek bu tezin çıkış noktasını oluşturmuştur. Bu bağlamda çalışmanın temel amacı, Artırılmış Gerçeklik teknolojisinin tasarım sürecindeki potansiyelinden yararlanmak adına, fiziksel model ve dijital ortamdaki tasarım araçlarının bir arada kullanılabileceği bir arayüz geliştirerek, tasarımcıların fiziksel model üzerinde bütünsel olarak farklı bilgi katmanlarını ele alabileceği bir tasarım ortamı oluşturmaktır. Tasarımcı, araç ve tasarım arasındaki ilişki bağlamında, fiziksel model ve kullanıcı arayüzü etkileşimi ele alınmıştır. Geliştirilen uygulamanın tasarım sürecindeki kullanımı değerlendirildiğinde, tasarımcıların dokunma duyularını ön plana çıkararak kullanabildikleri ve fiziksel ortamla bağlarını azaltmadan tasarım aktivitesini gerçekleştirebilecekleri Artırılmış Gerçeklik uygulamasının, tasarım sürecine olumlu katkısının olması beklenmektedir. Günümüzde, tasarım sürecinde kullanılan dijital uygulamalar el hareketlerini işleyerek, tasarımcılara sanal ortamdaki nesneleri parmak hareketleri ile manipüle etme imkânı vermektedir, ancak bu etkileşim fiziksel ortamdakinden farklı bir deneyimdir ve nesnelerle doğrudan iletişim sağlamamaktadır. Monitör, klavye ve farenin dijital ortamda tasarım aracı olarak kullanılması ise, tasarımcılar arası bilgi paylaşımını sınırlandıran ve iletişimi kısıtlayan bir etkendir. Bunun yanında tasarımla ilgili değişen kararların fiziksel model üzerinde eşzamanlı olarak uygulanması ve modelin manipüle edilmesi, modeldeki mevcut bilginin kısmi olarak kaybına ve farklı tasarımcıların fikir aktarımlarının kısıtlanmasına neden olabilmektedir. Bu aşamada dijital model; eşzamanlı olarak alternatif modeller üretilmesine ve mevcut tasarım denemelerinin kümülatif değerlendirilmesine olanak sağlamaktadır. Dijital ortam ve fiziksel ortamın sahip oldukları potansiyel ve sınırlar göz önüne alınarak her ikisinin de bir arada kullanılabildiği bir tasarım ortamı oluşturma amacı, Artırılmış Gerçeklik (AG) teknlojisinin tasarım sürecinde kullanılmasında önemli bir etken olmaktadır. Tez kapsamında, tasarım sürecinde kullanılmak üzere AG tabanlı bir arayüz önerisi hazırlanmıştır. INPHIMO (Informed Physical Model), temel olarak mimari alanda sıklıkla kullanılan fiziksel modellerin farklı bilgi katmanları ile zenginleştirilmesine yönelik bir çalışmadır. İlk bölümde, tezin konusu, kapsamı, amacı ve içeriği ile ilgili bilgi verilmiştir. İkinci bölümde, geliştirilen INPHIMO uygulamasının fonksiyon bazında sınıflandırılmasında da belirleyici bir etken olan, tasarım bilgisinin temsili ele alınmıştır. Bu bağlamda öncelikle ele alınan mimari bilgi kavramı, tasarım sürecinde tasarımcının bir tasarım problemine yaklaşımını ifade eden görüşleri, tasarım fikirleri ve kararlarını ifade etmektedir. Bilginin üretilmesi ve değerlendirilmesi sürecinin tasarımla olan ilişkisi; eskiz, 2D CAD çizimleri, fiziksel model ve dijital model olarak ele alınmış; grafiksel temsil yöntemleri ile kurulabilen iletişim ve etkileşim açısından incelenmiştir. Üçüncü bölümde ise, tez çalışmasında bir arayüz oluşturulması süreci ele alındığı için, AG kavramı, öncelikle arayüzler kapsamında değerlendirilmiştir. Zaman içerisinde AG'nin kullanıcı arayüzü türlerine adaptasyonu örneklerle incelenmiştir. Bu bölümde, bilginin ele alınışı AG uygulamalarında kullanılan tanıma (recognition) türleri bakımından karşılaştırılmıştır. Devamlı olarak yeni iletişim ve etkileşim yolları oluşturmak üzerine pek çok çalışma yapılsa da, bu çalışma kapsamında fiziksel model ile etkileşim kurma amacı taşıyan örnek AG çalışmaları incelenmiştir. Yapılan her çalışmada biraz daha farklı yöntemlerin ya da araçların kullanılması, oluşturulan bilginin kümülatif olarak çoğalmasını sağlamıştır. Bu anlamda INPHIMO'nun da mevcut zamanın ve teknolojinin şartlarına uygun şekilde, tasarım sürecinde kullanılabilecek özgün bir uygulama olması amaçlanmaktadır. Dördüncü bölümde INPHIMO'un geliştirilme süreci detaylı olarak ele alınmıştır. Uygulamanın geliştirilmesi sürecinde yapılan vaka çalışmaları ile hem içerik ve tasarım bakımından uygulama bir strüktür üzerine temellendirilmiştir hem de uygulamanın tasarım sürecindeki kullanılabilirliği deneyimlenmiştir. Yapılan ilk vaka çalışması iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşama olarak, İTÜ Maçka Kampüsü'nü de içine alan proje alanı ve yakın çevresinin 1/2000 ölçeğinde fiziksel modeli hazırlanmıştır. Uygulamanın geliştirilmesi sürecinde veri toplanması ve AG ile bilgilendirilmesi bu fiziksel model üzerinde yapılmıştır. Hazırlanan fiziksel model Vuforia tabanlı bir programla taranmış olup, AG ortamında hedef imaj olarak kullanılmıştır. Yapılan üç boyutlu tarama işlemi, fiziksel modelin hacimsel olarak dijital ortamda belirli bir koordinatta tanımlanabilmesi için, Vuforia içeriğinde tanımlanmış olan ölçekli görsel üzerine fiziksel model yerleştirilerek yapılmıştır. Vuforia'da tanımlanmış olan bu görselin boyutu, taranacak modelin boyutuna bağı olarak değiştirildiğinde, farklı ölçeklerdeki fiziksel modellerin AG ortamında tanımlanması da mümkün olacaktır. Çoğunlukla AG uygulamalarında bir imaj hedef olarak atansa da, bu çalışmada tasarım sürecinin fiziksel ve dijital temsil yöntemleri ile geliştirilmesinde dokunma duyusundan da faydalanmak amaçlanmaktadır. Çevre ile dokunsal etkileşimde bulunma imkanı sağlayan fiziksel modeller, tasarım sürecinde tasarım fikirlerini tartışmak ve tasarımcılar arası iletişimi desteklemek için etkileşimli bir odak noktası sağlamaktadır. Tümüyle dijital bir tasarım aracı ya da sanal bir ortam kullanmak yerine fiziksel ortamla kurulan bağın sürdürülmesi, kullanıcının ölçek ve çevresel ilişkiler bakımından maket ile kurduğu etkileşimle devam etmektedir. Bu nedenle INPHIMO, fiziksel modeli merkezine alan bir tasarım ortamı önermektedir. İkinci aşama olarak, bir proje sürecinde öğrencilerin yaklaşımlarına dayanan bir veri toplama çalışması yapılmıştır. İTÜ Mimarlık Fakültesi'nde eğitimlerine devam eden 15 lisans, 5 yüksek lisans öğrencisine hazırlanan fiziksel model gösterilmiş ve temsili bir AG uygulaması ve tablet ile bu fiziksel modele bakıldığında dijital olarak neleri değiştirebilecekleri veya neler ekleyebilecekleri sorulmuştur. Eskiz, yazılı ve sözlü geribildirim içeren ilk vaka çalışmasından sonra veriler analiz edilerek ve sınıflandırılırmıştır. Bu süreçte öğrencilerin AG uygulamasını hangi fonksiyonlar için, hangi yöntemlerle kullanmayı tercih edeceklerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Öğrencilerden toplanan görüşler derlenerek, uygulamanın içeriği için bir taslak oluşturulmuştur. Uygulamanın kullanıcı arayüzündeki menü panellerinin tasarımı ve butonların yerleşiminin ayarlanması, Unity platformunda hazırlanmıştır. Arkaplandaki tüm düzenlemeler ve gerekli fonksiyonlar ise C# ile oluşturulmuştur. Tez içeriğinde, uygulamanın geliştirilmesi sürecinde kullanılan algoritmalara da yer verilmiştir, ancak INPHIMO'nun kullanımı sırasında kullanıcılar sadece uygulama arayüzünü kullanacak olup, herhangi bir kod bilgisine sahip olmaları beklenmemektedir. Geliştirilen uygulamanın daha çok kullanıcıya erişebilmesi ve daha esnek bir kullanım sağlaması için mobil bir görüntümele aygıtı olan tablet tercih edilmiştir. Uygulamanın mevcut durumunda, özellikle tasarımın erken aşamalarında hızlı karar almak ve birden çok alternatifi bir fiziksel model üzerinde inceleyebilmek adına temel bir tasarım aracı olarak geliştirilen INPHIMO içeriğindeki fonksiyonlar, 4 ana menü altında toplanmıştır. Oluşturma, düzenleme, bilgilendirme ve canlandırma olarak olarak kategorize edilen fonksiyonlar ile kullanıcılara hem yeni bir tasarım oluşturma hem de çeşitli proje alternatiflerini inceleme imkanı sunulmuştur. Eklenen fonksiyonlar bazında düzenlenen uygulama arayüzü, kullanıma hazır hale getirildikten sonra gerçekleştirilen ikinci vaka çalışması kapsamında 5 yüksek lisans öğrencisi ile uygulamanın tasarım sürecindeki kullanımı deneyimlenmiştir. İlk vaka çalışmasında birinci sınıf lisans öğrencileri de tercih edilirken, uygulamanın deneyimlenmesi aşamasında yüksek lisans öğrencilerinin seçilmesinin nedeni, uygulamanın geliştirilmesi sürecinde birinci sınıf öğrecilerinin kısıtlamalardan uzak hayalgücünden yaralanmak ve uygulamanın tasarım aktivitesinde kullanılması sürecinde profesyonel olarak mimarlığa başlamış ve sürece daha hakim öğrencilerin bilgi birikimlerinden yararlanmaktır. Uygulamanın içeriğindeki fonksiyonlar göz önüne alınarak, bir tasarım sürecinin erken evrelerinde yerleşim planlaması yapmak üzere bir tasarım hedefi belirlenmiştir. Katılımcılar 10 dakikalık süre içerisinde fiziksel model üzerinde belirtimiş proje alanına, INPHIMO uygulamasını kullanarak yurt, kültür merkezi, spor ve yemek alanları olmak üzere bir konsept tasarım alternatifi oluşturmuştur. Yaya ve trafik sirkülasyonunu proje alanlarında göstermek için canlandırma fonksiyonlarından yararlanmışlardır. Tasarım sürecinde öğrencilerin fiziksel model ile kurdukları etkileşim ve arayüzde gerçekleştirdikleri çalışmalar, tablet ekranı ve katılımcıların maketle kurdukları etkileşim olmak üzere iki farklı kamera ile kayıt altına alınmıştır. Yapılan bu çalışma ile uygulamanın arayüz, fonksiyon ve performans bakımından değerlendirilmesi yapılabilmiştir. INPHIMO ile tasarım yaptıkları süreçte öğrencilerin odaklandıkları noktalar, ihtiyaç duydukları fonksiyonlar ve zorlandıkları kısımlar tespit edilmiştir. Katılımcıların görüşleri, tasarım sürecinde INPHIMO uygulamasının kullanılabileceğine yöneliktir. Uygulama arayüzü ve performansı öğrenciler tarafından daha iyi durumda bulunmuşken, fonksiyon bakımından uygulamada güncellenmesi gereken kısımlar olduğu gözlemlenmiştir. Beşinci bölümde ise tartışma ve sonuç kısımlarına yer verilmiştir. Uygulamanın deneyimlenmesi ile elde edilen değerlendirme verileri sonucunda, INPHIMO'nun tasarım sürecinde kullanılmasının, fiziksel ve dijital ortamınla bir arada etkileşim kurulması anlamında tasarıma olumlu katkı yapacağı sonucu elde edilmiştir. Uygulama içeriğindeki fonksiyonların geliştirilmesi ya da arayüzün daha kullanıcı dostu hale getirilmesi gibi güncellemeler ile INPHIMO'nun daha kapsamlı bir uygulama haline getirilebilmesi öngörülmektedir.
Özet (Çeviri)
Within the scope of the thesis, an Augmented Reality based interface proposal has been prepared for use in design process. Reinterpretation of ideas and decisions in design process using Augmented Reality creates a bridge between the virtual environment and the real environment. INPHIMO (Informed Physical Model) application is a study of enriching physical models commonly used in the architectural field with different layers of information. In this context, the main purpose of the study is to create a design environment in which designers can examine different layers of information on the physical model by developing an interface where physical model and digital design tools can be used together to benefit from the potential of Augmented Reality (AR) technology in the design process. In the context of the relationship between designer, tool and design; physical model and user interface interaction is discussed. The literature framework of the study is based on the graphical representation of the concept of information and AR in architectural design process in order to express better the basis of INPHIMO. In this context, first of all, the term of information here refers to design ideas and decisions of the designer expressing his / her approach to a design problem. The relationship between the process of generating and evaluating information has been considered as sketch, 2D CAD drawing, physical model and digital model, and it is examined in terms of communication and interaction that can be established with graphical representation methods. Any information in design process can be better represented or expressed by means of using different design methods or mediums. Therefore, the idea of creating design mediums that can be supported with both physical and digital environment is being developed by incorporating AR technology into the design process. In the scope of the thesis, a process of creating an AR based interface proposal was discussed, so AR concept was primarily considered within the scope of interfaces. Adaptation of AR to user interface types has been examined with examples. Although many studies have been to create new ways of communication and interaction, sample AR studies aiming to interact with physical model have been examined within this study. The use of slightly different methods or tools in each study provided cumulative multiplication of the information generated. In this sense, INPHIMO is developed to be an application that can be used in the design process in accordance with the conditions of the current time and technology. With the case studies carried out during the development of the application, both the application in terms of content and design was based on a structure and the usability of the application in a design process has been experienced. The first case study consists of two stages. As a first step, the physical model of the project area and its surroundings on the scale of 1/2000 was prepared including the ITU Maçka Campus. This physical model was used in case studies and was informed through represented of different information layers during the application development process. Although an image is mostly defined as a target in AR applications, INPHIMO recommends a design environment that takes the physical model into the center. It is aimed to use the hapticity in the development of the design process with physical and digital representation methods. The continuation of the connection with the physical environment instead of using a digital design tool completely or virtual environment was provided through the interaction of the user with the model in terms of scale and environmental relations. The first case study was conducted based on the students' approaches during a project process. Participants were 15 undergraduate and 5 graduate students who continued their education at ITU Faculty of Architecture. After the first case study with sketch, written and verbal feedback, the data were compiled and classified. In this process, it is aimed to determine which methods the students would prefer to use the AR application for. The opinions gathered from the students were compiled and a draft was prepared for the content of the application. The prepared physical model was scanned with a Vuforia based program and used as the target image in the AR environment. The three-dimensional scanning process was performed by placing the physical model on the scaled image defined in Vuforia content in order to define the physical model in a digital coordinate by volume. When the size of this image defined in Vuforia is changed depending on the size of the model to be scanned, it will be possible to define physical models of different scales in the AG environment. The design of the menu panels in the user interface of the application and the setting of the buttons are prepared on the Unity platform. All the arrangements in the background and the necessary functions were created with C#. These algorithms used in the development of the application were included in the thesis content as well, but during the use of INPHIMO, users will only encounter the application interface and are not expected to have any information about scripts. In addition, a tablet was preferred as a displaying tool to reach more users and provide more flexible usage area for the developed application. In the current state of the application, the functions of INPHIMO content were collected under four main menus. With the functions categorized as Generate, Modify, Inform and Animate, users were given the opportunity to create a new design and to examine various project alternatives. Within the scope of the second case study, the application interface, which was arranged on the basis of the added functions, has been experienced with 5 graduate students in a design process. In the first case study, first-year undergraduate students were preferred, while the selection of graduate students in this application phase. The reason is that to take advantage of the knowledge of the students who have begun professional life as an architect and have more experience about the design process. Considering the functions within the application, designing a settlement layout has been determined as a design target for the second case study. The participants had created a concept design alternative to the project area within 10 minutes, using the INPHIMO application, including dormitories, cultural centers, sports and dining areas. They used animation functions to show pedestrian and traffic circulation in project areas. In the design process, the interaction with the physical model and the design activity with the application were recorded with two different cameras. With this study, it was possible to evaluate the application in terms of interface, function and performance. In the process, design activity by using INPHIMO, the points that students focused on, the functions they needed and the parts that were difficult for test participants were identified. Participants' views were towards the idea of that the INPHIMO application would be able to use during the design process. While the application interface and performance were found to be better by the students, it has been observed that there are parts that need to be updated in terms of function. As a result of the evaluation data obtained through the experience of the application, it is expected that the use of INPHIMO in the design process would make a positive contribution to the design in terms of establishing interaction with the physical and digital environment. It is envisaged that INPHIMO can be examined more comprehensive by updating the functions in the application content or making the interface more user-friendly. Especially, it is thought that enriching physical models used in architecture education with INPHIMO is a promising study in terms of design activity with mobile devices and use of AR environment as a different representation tool than existing representation methods.