ES3071981T3

ES3071981T3 - Configuration method for the display of a building information model

Info

Publication number: ES3071981T3
Application number: ES22719838T
Authority: ES
Inventors: Umar Ahmed; David Mitchell
Original assignee: XYZ Reality Ltd
Current assignee: XYZ Reality Ltd
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2026-06-26
Anticipated expiration: 2042-03-30
Also published as: WO2022207687A2; EP4314707A2; US20250086830A1; PL4314707T3; WO2022207687A3; GB2605442B; GB202104720D0; EP4314707C0; EP4314707B1; GB2605442A

Abstract

Algunos ejemplos descritos a continuación presentan un método para configurar un casco de realidad virtual para la visualización de un modelo de información de construcción (BIM) en una obra. En un ejemplo, el método incluye: determinar la posición del casco mediante un sistema de posicionamiento; obtener una imagen de un marcador bidimensional ubicado en la obra; determinar una transformación de BIM a cámara entre el origen del sistema de coordenadas utilizado por el modelo de información de construcción y el origen del sistema de coordenadas de la cámara, basándose en la ubicación del marcador bidimensional en la imagen; determinar una transformación de cámara a posicionamiento entre el origen del sistema de coordenadas utilizado por la cámara y el origen del sistema de coordenadas utilizado por el sistema de posicionamiento; y determinar una transformación de BIM a posicionamiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Método de configuración para la visualización de un modelo de información de construcción

[0003] Antecedentes técnicos

[0004] Ciertos aspectos de la presente invención se refieren a un método de configuración de un conjunto para la cabeza para la visualización de un modelo de información de construcción (BIM) en una obra de construcción. Ciertas realizaciones preferentes de la presente invención utilizan un marcador de dos dimensiones para alinear un sistema de coordenadas de un sistema de posicionamiento para el conjunto para la cabeza y un sistema de coordenadas utilizado para el BIM. De este modo, el usuario que lleva puesto el conjunto para la cabeza puede ver una imagen virtual del BIM alineada con la vista de la obra de construcción desde el conjunto para la cabeza. Otros aspectos se refieren a métodos de registro inicial de un marcador de dos dimensiones para su uso en la alineación de sistemas de coordenadas y un marcador de calibración combinado.

[0005] Antecedentes de la invención

[0006] Levantar una estructura o construir una edificación en una obra de construcción es un procedimiento largo. El procedimiento puede resumirse del siguiente modo. En primer lugar, un modelo tridimensional (3D), conocido como Modelo de Información de Construcción (BIM), es producido por un diseñador o arquitecto. El modelo BIM suele definirse en coordenadas de mundo real. A continuación, el modelo BIM se envía a la obra de construcción, normalmente en forma de dibujos de dos dimensiones (2D) o, en algunos casos, como modelo un 3D en un dispositivo informático. Un ingeniero, usando un dispositivo convencional de trazado/replanteo, establece puntos de control en ubicaciones conocidas en las coordenadas del mundo real en la obra y usa los puntos de control como una referencia para marcar la ubicación donde cada estructura en los dibujos 2D o modelo BIM ha de construirse. A continuación, un constructor utiliza los dibujos y/o el modelo BIM junto con las marcas ("marcas de Replanteo") realizadas por el ingeniero para levantar la estructura de acuerdo con los dibujos o el modelo en el lugar correcto. Por último, un ingeniero debe validar la estructura o la tarea realizada. Esto puede realizarse utilizando un escáner láser 3D para capturar una nube de puntos la cual un modelo 3D de la estructura "tal y como se construyó" puede derivarse automáticamente. A continuación, el modelo "tal y como se construyó" se compara manualmente con el modelo BIM original. Este procedimiento puede durar hasta dos semanas, tras las cuales los elementos que se encuentren fuera de tolerancia deben revisarse y pueden dar lugar a una sanción o deben volver a hacerse.

[0007] El método anterior para levantar una estructura o construir una edificación en una obra de construcción presenta una serie de problemas. Cada tarea a realizar en una obra de construcción debe establecerse con precisión de este modo. Normalmente, el replanteo debe hacerse varias veces durante un proyecto, ya que las fases sucesivas del trabajo pueden borrar los marcadores temporales. Además, una vez finalizada una tarea en una obra de construcción, suele ser necesario validar la tarea o comprobar que se ha realizado en la ubicación correcta. A menudo, el personal de una obra de construcción necesita interpretar correctamente y trabajar a partir de un conjunto de dibujos 2D creados a partir del BIM. Esto puede dar lugar a discrepancias entre la estructura construida y el diseño original. Además, los puntos de control establecidos suelen estar definidos en relación unos con otros, lo que significa que los errores se producen caóticamente en cascada por toda la obra de construcción. A menudo, estos efectos negativos interactúan en múltiples niveles de contratistas, lo que da lugar a proyectos que no se ajustan ni a los plazos, ni al presupuesto, ni a las especificaciones correctas.

[0008] El documento WO2019/048866 A1 (también publicado como EP3679321), que se incorpora por referencia en el presente documento, describe un conjunto para la cabeza para su uso en la visualización de una imagen virtual de un BIM en relación con un sistema de coordenadas de obra de una obra de construcción. En un ejemplo, el conjunto para la cabeza comprende un artículo para llevar en la cabeza que tiene uno o más sensores de seguimiento de posición montados en el mismo, unas gafas de realidad aumentada que incorporan al menos una pantalla, un dispositivo de seguimiento de posición de la pantalla para seguir el movimiento de la pantalla en relación con al menos uno de los ojos del usuario y un sistema de control electrónico. El sistema de control electrónico está configurado para convertir un BIM definido en un sistema de coordenadas extrínseco del mundo real en un sistema de coordenadas intrínseco definido por un sistema de seguimiento de posición, recibir datos de posición de la pantalla procedentes del dispositivo de posición de la pantalla y datos de seguimiento del conjunto para la cabeza procedentes de un sistema de seguimiento del conjunto para la cabeza y representar una imagen virtual del BIM en relación con la posición y la orientación del artículo para llevar en la cabeza en la obra de construcción y la posición relativa de la pantalla en relación con el ojo del usuario y transmitir la imagen virtual representada a la pantalla que puede ver el usuario. El documento WO2019/048866 A1 describe un método para generar la transformación que asigna el sistema de coordenadas extrínseco del mundo real del BIM al sistema de coordenadas intrínseco definido por un sistema de seguimiento de posición. En este método, se definen puntos de control de ubicaciones conocidas. Estos pueden ser los puntos de control antes mencionados que se establecen utilizando un dispositivo convencional de trazado/replanteo. Por ejemplo, la Figura 4 del documento WO2019/048866 A1 muestra múltiples puntos de control que se definen dentro de un volumen seguido. A continuación, un usuario utiliza una herramienta de calibración para medir las ubicaciones de los múltiples puntos de control mediante el sistema de seguimiento de posición. Un ejemplo de herramienta de calibración se muestra en la Figura 6 del documento WO2019/048866 A1. Está equipado con sensores de forma similar al conjunto para la cabeza y puede estar fijado a un punto de control para realizar la medición.

[0009] El documento US 2016/292918 A1, incorporado por referencia en el presente documento, describe un método y un sistema para proyectar un modelo en una obra de construcción utilizando un casco de seguridad acoplado a la red. Las cámaras se conectan al casco de seguridad y captan una imagen de un conjunto de marcadores de registro. Una posición del dispositivo de usuario se determina a partir de la imagen y una orientación se determina a partir de sensores de movimiento. Se descarga un BIM y se proyecta en un visor extraíble con base en la posición y la orientación.

[0010] Los documentos WO2019/048866 A1 y US 2016/292918 A1 enseñan diferentes métodos incompatibles para mostrar un BIM en una obra de construcción. Típicamente, un usuario debe elegir uno de estos sistemas descritos adecuado para cualquier implementación en una obra de construcción. Los sistemas y métodos del documento WO2019/048866 A1 proporcionan un seguimiento continuo de alta precisión del conjunto para la cabeza en una obra de construcción para la visualización del BIM. Sin embargo, incluso los sistemas de seguimiento de posición de alta precisión tienen mediciones intrínsecamente ruidosas que dificultan el mantenimiento de una alta precisión. La calibración del sistema de balizas "faro" del documento WO2019/048866 A1 requiere además la combinación del conjunto para la cabeza y la herramienta de calibración. A menudo se tarda hasta 15 minutos en inicializar un conjunto para la cabeza listo para la visualización BIM al entrar en una nueva área de la obra de construcción en la que se realiza el seguimiento. Los sistemas y métodos del documento US 2016/292918 A1 proporcionan un sistema de menor precisión que puede ser bueno para el posicionamiento grueso, tal como bajar estructuras a su lugar desde una grúa. Normalmente requiere que el usuario permanezca relativamente estático dentro de un área definida de la obra de construcción y dentro de la línea de la obra de al menos un marcador de registro. Esto lo hace menos útil para el seguimiento dinámico de un usuario dentro de una obra de construcción caótica del mundo real.

[0011] Por lo tanto, sigue existiendo el reto específico de proporcionar una solución de realidad aumentada fácil de usar para la visualización BIM que se adapte a la realidad práctica de las obras de construcción reales. Idealmente, un usuario, tal como un topógrafo, un ingeniero o un trabajador de la construcción, quiere activar rápidamente una superposición de realidad aumentada BIM para comprobar la construcción.

[0012] Resumen de la Invención

[0013] Los aspectos de la presente invención se exponen en las reivindicaciones independientes adjuntas. Las variaciones de estos aspectos se exponen en las reivindicaciones dependientes adjuntas. Ejemplos que no se reivindican también se exponen en la siguiente descripción.

[0014] Breve Descripción de los Dibujos

[0015] Ahora se describirán los ejemplos de la invención, a modo de ejemplo únicamente, con referencia a los dibujos que acompañan el presente, en los que:

[0016] La FIG. 1A es una ilustración esquemática de un ejemplo de sistema de posicionamiento en uso en una obra de construcción.

[0017] La FIG.1B es una ilustración esquemática que muestra cómo pueden alinearse los datos BIM con una vista de la obra de construcción.

[0018] La FIG. 2A es una ilustración esquemática que muestra, en perspectiva y desde un lado, un ejemplo de casco de seguridad que incorpora una pantalla de realidad aumentada.

[0019] La FIG.2B es una ilustración esquemática que muestra los componentes electrónicos que implementan un módulo de seguimiento y un módulo de visualización de realidad aumentada para el casco de seguridad de la FIG.2A.

[0020] Las FIGS.3A a 3F son ilustraciones esquemáticas que muestran diferentes disposiciones de marcadores 2D en una obra de construcción de acuerdo con diferentes ejemplos.

[0021] Las FIGS. 4A y 4B son ilustraciones esquemáticas que muestran cómo pueden medirse las posiciones de los marcadores de control y los marcadores 2D utilizando equipos topográficos.

[0022] La FIG.5A es una ilustración esquemática que muestra cómo pueden alinearse diferentes sistemas de coordenadas para un BIM, una cámara y un sistema de posicionamiento para configurar un conjunto para la cabeza de ejemplo. La FIG. 5B es una ilustración esquemática que muestra cómo pueden localizarse las esquinas en una imagen de ejemplo adquirida por una cámara del conjunto para la cabeza.

[0023] La FIG. 6 es un diagrama de flujo que muestra un método para configurar un conjunto para la cabeza para la visualización de un modelo de información de construcción (BIM) en una obra de construcción de acuerdo con un ejemplo.

[0024] Descripción detallada

[0025] Introducción

[0026] La presente invención proporciona un método para configurar rápidamente un conjunto para la cabeza de realidad aumentada para la visualización BIM, al tiempo que permite el seguimiento dinámico de alta precisión dentro de las obras de construcción ocupadas. El método está diseñado para su uso con un conjunto para la cabeza que tiene al menos un sistema de posicionamiento para el seguimiento de un usuario dentro de la obra de construcción. Este sistema de posicionamiento puede utilizar una variedad de tecnologías, y el método está diseñado para trabajar con uno o más sistemas de posicionamiento de caja negra de introducción que utilizan un sistema de coordenadas interno o intrínseco para localizar el conjunto para la cabeza dentro de la obra de construcción.

[0027] Los presentes ejemplos utilizan una cámara acoplada al conjunto para la cabeza para capturar una imagen de uno o más marcadores de dos dimensiones (2D). Esta cámara puede ser una cámara adicional o formar parte de un sistema de posicionamiento. Los uno o más marcadores 2D se utilizan para determinar una pose -es decir, una posición y orientación- de la cámara con respecto a un marco de referencia utilizado por el BIM. Puede ser un sistema de coordenadas extrínseco del mundo real utilizado por el BIM. Esto permite entonces que se defina una transformación que establece una correspondencia entre un origen de un sistema de coordenadas de cámara que se usa como una referencia para la imagen capturada y un origen del sistema de coordenadas utilizado por el BIM. Sobre la base de una relación espacial especificada entre la cámara y el conjunto para la cabeza, por ejemplo en forma de una ubicación relativa conocida y orientación de la cámara desde un punto central del conjunto para la cabeza que se usa como una ubicación de punto durante el seguimiento por el sistema de coordenadas, el origen del sistema de coordenadas de cámara también puede hacerse corresponder con el origen del sistema de posicionamiento. En total, esto permite definir una transformación entre el sistema de posicionamiento y los sistemas de coordenadas BIM, es decir, mediante la cámara y la imagen de marcador 2D obtenida. A continuación, esta transformación puede utilizarse para alinear porciones del BIM con la pose del conjunto para la cabeza seguida por el sistema de posicionamiento para su proyección y visualización como una vista de realidad virtual o aumentada.

[0028] La presente invención evita la necesidad de la herramienta de calibración que se describe en el documento WO2019/048866 A1. En su lugar, un usuario que lleve el conjunto para la cabeza sólo necesita una imagen de un marcador 2D para realizar la configuración. Esto puede obtenerse utilizando una cámara de especificaciones relativamente bajas, o a partir de un fotograma incidental de vídeo que incluya el marcador 2D. En algunos casos, se ha comprobado que es difícil realizar el seguimiento de objetos más pequeños, tal como la herramienta de calibración, y las mediciones de las herramientas de calibración suelen tener ruido debido a factores humanos y de seguimiento. En contraste con el documento US 2016/292918 A1, utilizando el método descrito actualmente, el usuario no necesita permanecer en la línea de visión de un marcador 2D o permanecer razonablemente estático para permitir la visualización del BIM, al menos un sistema de posicionamiento sigue el conjunto para la cabeza con respecto a su propio sistema de coordenadas, el marcador 2D se utiliza una vez o intermitentemente para alinear el sistema de coordenadas del sistema de posicionamiento con el BIM. Esto permite flexibilidad, ya que el usuario no está restringido a un sistema de posicionamiento concreto; cualquier sistema de posicionamiento puede instalarse de forma modular y enchufable, lo que permite a los conjuntos para la cabeza aprovechar nuevos enfoques más precisos del seguimiento, incluyendo los que incorporan las denominadas arquitecturas de redes neuronales profundas.

[0029] Cabe señalar que una combinación ingenua de WO2019/048866 A1 y US 2016/292918 A1 simplemente enseña a utilizar el sistema de seguimiento de cámara de US 2016/292918 A1 como un sistema de posicionamiento en lugar del sistema de seguimiento de dentro hacia fuera preferente por WO2019/048866 A1. En general, se trata de un sistema de posicionamiento como el descrito en el documento US 2016/292918 A1, sin las ventajas del documento WO2019/048866 A1. El documento WO2019/048866 A1 generalmente enseña en contra del uso del sistema de seguimiento de cámara de US 2016/292918 A1 como un sistema de posicionamiento en lugar del sistema de seguimiento de dentro hacia fuera preferente por WO2019/048866 A1 ya que subraya que los sistemas comparativos no proporcionan los niveles de precisión milimétrica deseados, y esta enseñanza también aplica para el seguimiento del marcador de registro descrito en US 2016/292918 A1.

[0030] En general, los ejemplos descritos actualmente proporcionan un método de alineación flexible para permitir la visualización BIM utilizando una variedad de sistemas de posicionamiento, incluyendo los sistemas de alta precisión. Los ejemplos descritos actualmente permiten soluciones de conjunto para la cabeza autónomos que pueden inicializarse rápidamente en diferentes áreas de una obra de construcción, permitiendo así a los usuarios activar y desactivar una superposición BIM mientras trabajan, donde la superposición está constantemente alineada con precisión con una posición seguida del usuario.

[0031] En ejemplos adicionales, se describe un método para configurar inicialmente uno o más marcadores de dos dimensiones. En estos ejemplos, los marcadores de dos dimensiones pueden colocarse en ubicaciones arbitrarias o personalizadas alrededor de una obra de construcción. Esto difiere de los métodos comparativos en los que los marcadores deben colocarse en ubicaciones específicas con orientaciones específicas (por ejemplo, con una pose específica) para que funcionen como marcadores de registro. En los ejemplos adicionales descritos, se utiliza un equipo topográfico (tal como una estación total) para determinar una pluralidad de puntos (por ejemplo, 3 o 4) en relación con un marcador de dos dimensiones colocado (por ejemplo, los puntos de esquina o los marcadores de la estación total colocados a una distancia fija del marcador de dos dimensiones). A continuación, el marcador de dos dimensiones se representa en un espacio virtual tras su captura por una cámara y esta representación virtual se correlaciona con las posiciones de la pluralidad de puntos medidos para determinar una cartografía entre un espacio tridimensional (virtual) y la obra de construcción física real (por ejemplo, tal como se define en un sistema de coordenadas geodésicas o geográficas). Así se evita el problema de que los marcadores se coloquen de forma imprecisa o incorrecta, lo que a su vez puede provocar desalineaciones entre los modelos del espacio virtual y el mundo real.

[0033] Definiciones de algunos términos

[0035] Cuando proceda, los términos utilizados en el presente documento se definirán según la técnica. Para facilitar la interpretación de los siguientes ejemplos, a continuación se ofrecen explicaciones y definiciones de algunos términos específicos.

[0037] El término "sistema de posicionamiento" se utiliza para referirse a un sistema de componentes para determinar uno o más de una ubicación y orientación de un objeto dentro de un entorno. Los términos "sistema de seguimiento posicional" y "sistema de seguimiento" pueden considerarse términos alternativos para referirse a un "sistema de posicionamiento", donde el término "seguimiento" se refiere a la determinación repetida o iterativa de una o más de las ubicaciones y orientaciones a lo largo del tiempo. Un sistema de posicionamiento puede implementarse utilizando un único conjunto de componentes electrónicos que se colocan sobre un objeto a seguir, por ejemplo, un sistema autónomo instalado en el conjunto para la cabeza. En otros casos, puede utilizarse un único conjunto de componentes electrónicos colocados externamente al objeto. En ciertos casos, un sistema de posicionamiento puede comprender un sistema distribuido en el que un primer conjunto de componentes electrónicos se coloca sobre un objeto que se va a seguir y un segundo conjunto de componentes electrónicos se coloca externamente al objeto. Estos componentes electrónicos pueden comprender sensores y/o recursos de procesamiento (tales como recursos informáticos en la nube). Un sistema de posicionamiento puede comprender recursos de procesamiento que pueden implementarse utilizando uno o más de un dispositivo de procesamiento integrado (por ejemplo, sobre o dentro del objeto) y un dispositivo de procesamiento externo (por ejemplo, un dispositivo informático servidor). La referencia a los datos recibidos, procesados y/o emitidos por el sistema de posicionamiento puede comprender una referencia a los datos recibidos, procesados y/o emitidos por uno o más componentes del sistema de posicionamiento, que pueden no comprender todos los componentes del sistema de posicionamiento.

[0039] El término "pose" se utiliza en el presente documento para referirse a la ubicación y orientación de un objeto. Por ejemplo, una pose puede comprender una coordenada que especifica una ubicación con referencia a un sistema de coordenadas y un conjunto de ángulos que representan la orientación de un punto o plano asociado con el objeto dentro del sistema de coordenadas. El punto o plano puede, por ejemplo, estar alineado con una cara definida del objeto o una ubicación particular en el objeto. En ciertos casos, una orientación puede especificarse como un vector normal o un conjunto de ángulos con respecto a ejes ortogonales definidos. En otros casos, una pose puede definirse mediante una pluralidad de coordenadas que especifican una pluralidad respectiva de ubicaciones con referencia al sistema de coordenadas, permitiendo así determinar una orientación de un cuerpo rígido que abarca los puntos. Para un objeto rígido, la ubicación puede definirse con respecto a un punto concreto del objeto. Una pose puede especificar la ubicación y orientación de un objeto con respecto a uno o más grados de libertad dentro del sistema de coordenadas. Por ejemplo, un objeto puede comprender un cuerpo rígido con tres o seis grados de libertad. Tres grados de libertad pueden definirse en relación con la traslación respecto a cada eje en el espacio 3D, mientras que seis grados de libertad pueden añadir un componente rotacional respecto a cada eje. En otros casos, tres grados de libertad pueden representar dos coordenadas ortogonales dentro de un plano y un ángulo de rotación (por ejemplo, [x, y, θ]). Los seis grados de libertad pueden definirse mediante un vector [x, y, z, balanceo, cabeceo, guiñada], donde las variables x, y, z representan una coordenada en un sistema de coordenadas 3D y las rotaciones se definen utilizando una convención de mano derecha con respecto a tres ejes, que pueden ser los ejes x, y y z. En los ejemplos del presente documento relacionados con un conjunto para la cabeza, la pose puede comprender la ubicación y orientación de un punto definido en el conjunto para la cabeza o en un artículo de prenda para la cabeza que forme parte del conjunto para la cabeza, tal como un punto central dentro de la prenda para la cabeza calibrada en función de la posición del sensor en la prenda para la cabeza.

[0041] El término "sistema de coordenadas" se utiliza en el presente documento para referirse a un marco de referencia utilizado por cada uno de un sistema de posicionamiento, una cámara y un BIM. Por ejemplo, una pose de un objeto puede definirse dentro de un espacio geométrico tridimensional, donde las tres dimensiones tienen ejes ortogonales correspondientes (típicamentex, y, z) dentro del espacio geométrico. Se puede definir un origen para el sistema de coordenadas donde se encuentran las líneas que definen los ejes (normalmente, se establece como un punto cero -(0, 0, 0)). Las ubicaciones para un sistema de coordenadas pueden definirse como puntos dentro del espacio geométrico que están referenciados a medidas unitarias a lo largo de cada eje, por ejemplo, valores parax, y,yzque representan una distancia a lo largo de cada eje. En ciertos casos, los cuaterniones pueden utilizarse para representar al menos una orientación, de un objeto tal como un conjunto para la cabeza o una cámara dentro de un sistema de coordenadas. En ciertos casos, los cuaterniones duales permiten representar posiciones y rotaciones. Un cuaternión dual puede tener 8 dimensiones (es decir, comprender una matriz con 8 elementos), mientras que un cuaternión normal puede tener 4 dimensiones.

[0042] Los términos "intrínseco" y "extrínseco" se utilizan en ciertos ejemplos para referirse respectivamente a sistemas de coordenadas dentro de un sistema de posicionamiento y sistemas de coordenadas fuera de cualquier sistema de posicionamiento. Por ejemplo, un sistema de coordenadas extrínseco puede ser un sistema de coordenadas 3D para la definición de un modelo de información, tal como un BIM, que no está asociado directamente con ningún sistema de posicionamiento, mientras que un sistema de coordenadas intrínseco puede ser un sistema separado para definir puntos y estructuras geométricas relativas a dispositivos sensores para un sistema de posicionamiento particular.

[0043] Ciertos ejemplos descritos en el presente documento utilizan una o más transformaciones para convertir entre sistemas de coordenadas. El término "transformación" se utiliza para referirse a una operación matemática que puede realizarse en uno o varios puntos (u otras estructuras geométricas) dentro de un primer sistema de coordenadas para asignar esos puntos a ubicaciones correspondientes dentro de un segundo sistema de coordenadas. Por ejemplo, una transformación puede asignar un origen definido en el primer sistema de coordenadas a un punto que no es el origen en el segundo sistema de coordenadas. La transformación puede realizarse mediante una multiplicación de matrices. En ciertos ejemplos, una transformación puede definirse como una matriz multidimensional que tiene términos de rotación y traslación. Por ejemplo, una transformación puede definirse como una matriz de 4 por 4 (elementos) que representa la rotación y traslación relativas entre los orígenes de dos sistemas de coordenadas. Los términos "asignar", "convertir" y "transformar" se utilizan indistintamente para referirse al uso de una transformación para determinar, con respecto a un segundo sistema de coordenadas, la ubicación y orientación de objetos definidos originalmente en un primer sistema de coordenadas. También puede observarse que puede definirse una inversa de la matriz de transformación que asigna desde el segundo sistema de coordenadas al primer sistema de coordenadas.

[0045] Ciertos ejemplos descritos en el presente documento se refieren a una "relación espacial". Esto es una relación entre puntos en el espacio. Puede comprender una relación geométrica fija o rígida entre uno o más puntos que son seguidos por un sistema de posicionamiento (tal como un punto central definido de un conjunto para la cabeza) y una cámara, tal como la ubicación de un orificio estenopeico en un modelo de la cámara. La relación espacial puede determinarse mediante medición directa, mediante el posicionamiento relativo definido de los objetos según lo establecido por un montaje fijo y especificado (por ejemplo, un montaje rígido puede fijar los dispositivos sensores a una distancia específica de una cámara con rotaciones específicas), y/o mediante enfoques automatizados que calculan la relación basándose en los datos de los sensores y la cámara.

[0047] Ciertos ejemplos descritos en el presente documento están dirigidos a un "conjunto para la cabeza". El término "conjunto para la cabeza" se utiliza para referirse a un dispositivo adecuado para su uso con una cabeza humana, por ejemplo, montado sobre la cabeza o en relación con la cabeza. El término tiene una definición similar a su uso en relación con los llamados conjuntos para la cabeza de realidad virtual o aumentada. En ciertos ejemplos, un conjunto para la cabeza también puede comprender un artículo de prenda para la cabeza, tal como un casco de seguridad, aunque el conjunto para la cabeza puede suministrarse como un kit de componentes separables. Estos componentes separables pueden ser extraíbles y encajarse de forma selectiva para su uso, pero también retirarse para su reparación, sustitución y/o no uso. Aunque en el presente documento se utiliza el término "realidad aumentada", cabe señalar que se considera que incluye los enfoques denominados de "realidad virtual", es decir, incluye todos los enfoques independientemente del nivel de transparencia de una vista externa del mundo.

[0049] Ciertos sistemas de posicionamiento descritos en el presente documento utilizan uno o más dispositivos sensores para seguir un objeto. Los dispositivos sensores pueden incluir, entre otros, cámaras monoculares, cámaras estereoscópicas, cámaras en color, cámaras en escala de grises, cámaras de eventos, cámaras de profundidad, marcadores activos, marcadores pasivos, fotodiodos para la detección de radiaciones electromagnéticas, identificadores de radiofrecuencia, receptores de radio, radiotransmisores y transmisores de luz, incluyendo los transmisores láser. Un sistema de posicionamiento puede comprender uno o más dispositivos sensores sobre un objeto. Algunos sistemas de posicionamiento, aunque no todos, pueden incluir dispositivos sensores externos, tales como dispositivos de seguimiento. Por ejemplo, un sistema de posicionamiento óptico para seguir un objeto con marcadores activos o pasivos dentro de un volumen seguido puede comprender una cámara en escala de grises montada externamente más uno o más marcadores activos o pasivos en el objeto.

[0051] Ciertos ejemplos proporcionan un conjunto para la cabeza para su uso en una obra de construcción. El término "obra de construcción" debe interpretarse en sentido amplio y se refiere a cualquier ubicación geográfica en el que se levanten o construyan objetos. Una "obra de construcción" es una forma específica de "entorno", una ubicación del mundo real donde residen objetos. Los entornos (incluyendo las obras de construcción) pueden ser tanto externos (exteriores) como internos (interiores). Los entornos (incluyendo las obras de construcción) no tienen por qué ser continuos, sino que también pueden comprender una pluralidad de obras discretas, en los que un objeto puede desplazarse de una obra a otra. Los entornos incluyen entornos terrestres y no terrestres (por ejemplo, en el mar, en el aire o en el espacio).

[0053] El término "representar" tiene un significado convencional en las técnicas del procesamiento de imágenes y la realidad aumentada y se utiliza en el presente documento para referirse a la preparación de los datos de imagen para permitir su visualización a un usuario. En los presentes ejemplos, los datos de imagen pueden representarse en una pantalla montada en la cabeza para su visualización. El término "imagen virtual" se utiliza en un contexto de realidad aumentada para referirse a una imagen que puede superponerse a una vista del mundo real, por ejemplo, puede mostrarse en una pantalla transparente o semitransparente al ver un objeto del mundo real. En ciertos ejemplos, una imagen virtual puede comprender una imagen relativa a un "modelo de información". El término "modelo de información" se utiliza para referirse a los datos que se definen con respecto a un sistema de coordenadas extrínseco, tal como la información relativa al posicionamiento y orientación relativos de puntos y otras estructuras geométricas en uno o más objetos. En los ejemplos descritos en el presente documento, los datos del modelo de información se asignan a puntos conocidos dentro del mundo real seguidos mediante uno o más sistemas de posicionamiento, de forma que los datos del modelo de información puedan prepararse adecuadamente para su visualización con referencia al mundo real seguido. Por ejemplo, la información general relativa a la configuración de un objeto, y/o el posicionamiento relativo de un objeto con relación a otros objetos, que se define en un sistema genérico de coordenadas 3D puede asignarse a una vista del mundo real y a uno o más puntos de esa vista.

[0055] Los términos "motor" y "sistema de control" se utilizan en el presente documento para referirse a una estructura de hardware que tiene una función específica (por ejemplo, en forma de asignación de datos de entrada a datos de salida) o a una combinación de hardware general y software específico (por ejemplo, código de programa informático específico que se ejecuta en uno o más procesadores de propósito general). Un "motor" o un "sistema de control", tal como se describe en el presente documento, puede implementarse como un conjunto de chip empaquetado específico, por ejemplo, un Circuito Integrado de Aplicación Específica (ASIC) o una Matriz de Puertas Programables en Campo (FPGA) programada, y/o como un objeto de software, clase, instancia de clase, secuencia de comandos, porción de código o similar, tal como se ejecuta en uso por un procesador.

[0057] El término "cámara" se utiliza en sentido amplio para cubrir cualquier dispositivo de cámara con uno o más canales que esté configurado para capturar una o más imágenes. En este contexto, una cámara de vídeo puede comprender una cámara que emite una serie de imágenes como datos de imagen a lo largo del tiempo, tal como una serie de fotogramas que constituyen una señal de "vídeo". Cabe señalar que cualquier cámara fija también puede utilizarse para implementar una función de cámara de vídeo si es capaz de emitir imágenes sucesivas a lo largo del tiempo. La referencia a una cámara puede incluir una referencia a cualquier tecnología de detección basada en la luz, incluyendo las cámaras de eventos y los sensores LIDAR (es decir, sensores de distancia basados en láser). Una cámara de eventos es conocida en la técnica como un sensor de imágenes que responde a cambios locales de brillo, en el que los píxeles pueden informar asíncronamente de los cambios de brillo a medida que se producen, imitando propiedades de visión más parecidas a las humanas.

[0059] El término "imagen" se utiliza para referirse a cualquier estructura de matriz que comprenda datos derivados de una cámara. Una imagen suele comprender una estructura de matriz de dos dimensiones en la que cada elemento de la matriz representa una intensidad o amplitud en un canal concreto del sensor. Las imágenes pueden ser en escala de grises o en color. En este último caso, la matriz de dos dimensiones puede tener múltiples (por ejemplo, tres) canales de color. Las imágenes en escala de grises pueden ser preferentes para el procesamiento debido a su menor dimensionalidad. Por ejemplo, las imágenes procesadas en los métodos descritos más adelante pueden comprender un canal luma de una cámara de vídeo YUV.

[0061] El término "marcador de dos dimensiones" o "2D" se utiliza en el presente documento para describir un marcador que puede colocarse dentro de un entorno. A continuación, el marcador puede observarse y capturarse dentro de una imagen del entorno. El marcador 2D puede considerarse una forma de marcador fiduciario o de registro. El marcador es de dos dimensiones en el sentido de que el marcador varía en dos dimensiones y permite así determinar la información de ubicación a partir de una imagen que contiene una observación del marcador en dos dimensiones. Por ejemplo, un código de barras marcador 1D sólo permite la localización del código de barras en una dimensión, mientras que un marcador o código de barras 2D permite la localización en dos dimensiones. En un caso, el marcador es de dos dimensiones en el sentido de que las esquinas pueden estar situadas dentro de las dos dimensiones de la imagen. El marcador puede estar diseñado principalmente para calibrar la cámara y no para transportar información; sin embargo, en determinados casos, el marcador puede utilizarse para codificar datos. Por ejemplo, el marcador puede codificar de 4-12 bits de información que permiten una detección y localización sólidas dentro de una imagen. Los marcadores pueden comprender cualquier forma conocida de marcador 2D, incluyendo las AprilTags desarrolladas por el Laboratorio de Robótica de Autonomía, Percepción, Robótica, Interfaces y Aprendizaje (APRIL) de la Universidad de Michigan, por ejemplo, como se describe en el artículo "AprilTag 2: Efficient and robust fiducial detection" de John Wang y Edwin Olson (publicado en las Actas de la Conferencia Internacional IEEE/RSJ sobre Robots y Sistemas Inteligentes de octubre de 2016) o los marcadores ArUco descritos por S. Garrido-Jurado et al en el artículo de 2014 "Automatic generation and detection of highly reliable fiducial markers under occlusion", (publicado en Pattern Recognition 47, 6, junio de 2014), ambos incorporados por referencia en el presente documento. Aunque los marcadores mostrados en las Figuras se basan en bloques o matrices, también pueden utilizarse otras formas con aspectos curvos o no lineales (tales como las etiquetas RUNE o las etiquetas reacTIVision). Los marcadores tampoco tienen por qué ser cuadrados o rectangulares, y pueden tener lados en ángulo. Además de los marcadores específicos para robótica, también pueden utilizarse los códigos QR (Quick Response) habituales. Los marcadores 2D descritos en los ejemplos del presente documento pueden imprimirse en un medio de impresión adecuado y/o mostrarse en una o varias tecnologías de pantalla (incluyendo las pantallas de cristal líquido y las pantallas electroforéticas). Aunque son preferentes los marcadores bicolores en blanco y negro para una detección robusta con imágenes en escala de grises, los marcadores pueden ser de cualquier color configurado para facilitar la detección. En un caso, los marcadores 2D pueden ser pegatinas desechables baratas para pegar en superficies dentro de la obra de construcción.

[0062] Los términos "marcador de control", "marcador de replanteo" o "marcador topográfico" se utilizan para referirse a los marcadores u objetivos que se emplean en topografía, tal como la topografía terrestre. Por lo general, estos marcadores u objetivos tienen una superficie reflectante o con un patrón claro para permitir mediciones precisas con un instrumento óptico, tal como una estación total o un teodolito. Estos marcadores u objetivos pueden comprender marcadores u objetivos existentes en la técnica de la topografía. Estos marcadores u objetivos pueden comprender simplemente en pegatinas reflectantes en patrón que pueden fijarse a superficies dentro de una obra de construcción.

[0063] Ejemplo de seguimiento en una obra de construcción

[0065] Las FIGS. 1A a 2B muestran un ejemplo de seguimiento que se realiza en una obra de construcción utilizando un conjunto para la cabeza y un sistema de posicionamiento. Cabe señalar que el sistema de posicionamiento descrito en este ejemplo se proporciona para facilitar la comprensión de la presente invención (por ejemplo, puede ser visto como una configuración prototipo), pero no debe tomarse como limitante; la presente invención puede aplicarse a muchos tipos diferentes de sistema de posicionamiento y no se limita a los enfoques particulares descritos en el ejemplo.

[0067] La FIG.1A muestra una ubicación 1 en una obra de construcción. La FIG.1A muestra un sistema de posicionamiento 100 que se instala en la ubicación 1. En el presente ejemplo, el sistema de posicionamiento 100 comprende un sistema de seguimiento posicional de dentro hacia fuera basado en láser como se describe en WO2019/048866 A1; sin embargo, este sistema de posicionamiento se utiliza para facilitar la explicación y la presente realización no se limita a este tipo de sistema de posicionamiento. En otras implementaciones pueden utilizarse diferentes sistemas de posicionamiento, incluyendo los sistemas de posicionamiento de alta precisión basados en marcadores ópticos, tales como los proporcionados por NaturalPoint, Inc de Corvallis, Oregón, EE.UU. (por ejemplo, sus sistemas OptiTrack suministrados), y los sistemas de ubicación y asignación simultáneos (SLAM) monoculares, de profundidad y/o de cámara estereoscópica. Los sistemas SLAM pueden ser dispersos o densos, y pueden basarse en características y/o utilizar redes neuronales profundas entrenadas. Los denominados sistemas directos pueden utilizarse para seguir las intensidades de los píxeles y los denominados sistemas indirectos pueden basarse en características. Los métodos indirectos pueden entrenarse utilizando redes neuronales profundas. Algunos ejemplos de métodos SLAM "tradicionales" o no neuronales son ORB-SLAM y LSD-SLAM, descritos respectivamente en los artículos "ORB-SLAM: a Versatile and Accurate Monocular SLAM System" de Mur-Artal et al. publicado en IEEE Transactions on Robotics en 2015 y "LSD-SLAM: Large-Scale Direct Monocular SLAM" de Engel et al publicado en relación con la European Conference on Computer Vision (ECCV), 2014, ambas publicaciones se incorporan por referencia en el presente documento. Ejemplos de sistemas SLAM que incorporan arquitecturas de redes neuronales incluyen "CodeSLAM -Learning a Compact Optimisable Representation for Dense Visual SLAM" de Bloesch et al (publicado en relación con la Conferencia sobre Visión por Computador y Reconocimiento de Patrones - CVPR - 2018) y "CNN-SLAM: Real-time dense Monocular SLAM with Learned Depth Prediction" de Tateno et al (publicado en relación con CVPR 2017), documentos estos que también se incorporan por referencia en el presente documento. Se entenderá que las estaciones base 102 pueden omitirse para ciertas formas de sistema de posicionamiento SLAM.

[0069] En la FIG.1A, el ejemplo de sistema de posicionamiento 100 comprende una pluralidad de estaciones base separadas entre sí 102. En un ejemplo de implementación particular, una estación base 102 comprende un dispositivo de seguimiento que es selectivamente operable para emitir un pulso de sincronización omnidireccional 103 de luz infrarroja y comprende uno o más rotores que están dispuestos para barrer uno o más haces en forma de abanico ópticos lineales no visibles 104, 105 a través de la ubicación 1, por ejemplo, en ejes mutuamente ortogonales como se muestra. En la presente realización, las estaciones base 102 están separadas entre sí por una distancia de hasta aproximadamente 5-10 m. En el ejemplo de la FIG. 1A, se emplean cuatro estaciones base 102, pero en otras realizaciones se pueden utilizar menos de cuatro estaciones base 102, por ejemplo, una, dos o tres estaciones base 102, o más de cuatro estaciones base. Como se describe en WO2019/048866 A1, al barrer los haces láser 104, 105 a través de la obra de construcción 1 a una velocidad angular constante precisa y sincronizar los haces láser 104, 105 con un pulso de sincronización 103 temporizado con precisión, cada estación base 102 en el sistema de posicionamiento láser de dentro hacia fuera puede generar dos haces ópticos espacialmente modulados mutuamente ortogonales 104, 105 de una manera variable en el tiempo que puede detectarse por sensores optoelectrónicos dentro del volumen seguido para ubicar la posición y/o orientación de uno o más objetos seguidos dentro del volumen seguido. Otros sistemas de posicionamiento pueden utilizar otras tecnologías para seguir un objeto utilizando diferentes tecnologías, incluyendo la detección de uno o más marcadores activos o pasivos situados en el objeto observado por dispositivos de seguimiento en forma de una o más cámaras montadas en las estaciones base 102 y observando el volumen seguido. En los sistemas SLAM, el seguimiento puede realizarse basándose en un flujo de datos procedentes de uno o más dispositivos de cámara (y posibles datos adicionales de odometría o de la unidad de medición inercial -IMU).

[0071] La FIG.1A también muestra un usuario 2a, 2b. El usuario 2a, 2b lleva un conjunto para la cabeza tal como el que se muestra en la FIG. 2A que le permite utilizar el sistema de posicionamiento 100 para ver, a través de una pantalla montada en la cabeza (HMD) del conjunto para la cabeza, una imagen virtual de una o más particiones internas 52, 58 que están definidas en el BIM y que pueden estar alineadas con porciones parcialmente construidas de una edificación 60. La FIG. 1B muestra un BIM tridimensional 110 de una edificación 50 por construir. La edificación 50 tiene paredes exteriores 51, 52, 53, 54, un techo 55 y particiones interiores, uno de los cuales se muestra en 58. Una de las paredes 52 está diseñada para incluir una ventana 61. El BIM 110 se define con respecto a un sistema de coordenadas extrínseco, que puede ser un sistema de coordenadas geográficas (por ejemplo, un conjunto de coordenadas terrestres) o un origen de referencia específico de diseño asistido por ordenador (CAD). Al configurar la alineación del BIM 110 con la primera ubicación 1, un usuario 2a, 2b puede ver cómo una porción de la edificación en progreso, tal como la ventana 61, coincide con la especificación tridimensional original de la edificación dentro del BIM. Si la edificación 50 no se está construyendo de acuerdo con las especificaciones, se pueden realizar ajustes en la edificación en progreso. Este procedimiento se describe en detalle en el documento WO2019/048866 A1.

[0073] La FIG. 2A muestra un casco de seguridad 200 y un conjunto de gafas de realidad aumentada 250. En conjunto, forman un conjunto para la cabeza para visualizar un BIM de realidad aumentada en una obra de construcción. El conjunto para la cabeza es similar al descrito en el documento WO2019/048866 A1, con ciertas diferencias importantes para mejorar la visualización y la configuración del BIM. Debe tenerse en cuenta que las FIGS.2A y 2B muestran sólo una posible configuración de hardware; el método descrito más adelante puede realizarse en hardware diferente para diferentes implementaciones.

[0075] El casco de seguridad 200 comprende un artículo de prenda para la cabeza en forma de casquete de construcción 201 de construcción esencialmente convencional, que está equipado con una pluralidad de dispositivos sensores 202a, 202b, 202C, ..., 202n y circuitos electrónicos asociados, como se describe con más detalle a continuación, para el seguimiento de la posición del casco de seguridad 200. El casquete 601 comprende un borde saliente 219 y puede configurarse con los extras y equipamiento convencionales de un casquete normal. En el presente ejemplo, la pluralidad de dispositivos sensores 202 siguen la posición del casco de seguridad 200 dentro de un volumen seguido definido por un sistema de seguimiento posicional de dentro hacia fuera que se establece en una obra de construcción, tal como el sistema de posicionamiento 100 en la ubicación 1 como se describió anteriormente en relación con la FIG.

[0076] 1A. No obstante, cabe señalar que también pueden utilizarse sistemas de posicionamiento alternativos, por ejemplo, cuando la pluralidad de dispositivos sensores 202 comprenda marcadores pasivos y/o activos o uno o más dispositivos de cámara para la navegación SLAM. Por ejemplo, aunque las FIGS. 2A y 2B comprenden dispositivos sensores particulares para sistemas de posicionamiento particulares, éstos se proporcionan sólo para facilitar la explicación; las implementaciones pueden utilizar cualquier tipo o tecnología para los sistemas de posicionamiento, incluyendo sistemas de posicionamiento "disponibles en el mercado" conocidos o futuros.

[0078] La FIG.2B muestra los circuitos electrónicos que pueden formar parte del conjunto para la cabeza de la FIG.2A. De nuevo, estos circuitos electrónicos pueden diferir para diferentes sistemas de posicionamiento; sin embargo, muchos sistemas de posicionamiento pueden compartir la arquitectura general aquí descrita. Los circuitos electrónicos pueden montarse dentro, sobre o en asociación con uno o más de los cascos de seguridad 200 y las gafas de realidad aumentada 250. Por ejemplo, el lado de mano izquierda de la FIG.2B muestra circuitos electrónicos que pueden ser incorporados dentro o montados sobre el casco de seguridad 200 y el lado de mano derecha de la FIG.2B muestra circuitos electrónicos que pueden ser incorporados dentro o montados sobre las gafas de realidad aumentada 250. Las configuraciones mostradas en las FIG.2A y 2B se proporcionan sólo a modo de ejemplo, y las implementaciones reales pueden diferir conservando la funcionalidad que se discute más adelante. Los componentes electrónicos del casco de seguridad 200 pueden acomodarse dentro de una cavidad protegida 225 formada en el casquete 201 como se muestra en la FIG.2A. El casco de seguridad 200 puede tener bandas de suspensión dentro del casquete 201 para distribuir el peso del casco de seguridad 200 así como la fuerza de cualquier impacto sobre la parte superior de la cabeza.

[0080] El ejemplo de casquete 201 de la FIG.2A muestra un conjunto dendispositivos sensores202ique están montados con respecto al casquete 201. El número de dispositivos sensores puede variar con el sistema de posicionamiento elegido 100, pero en el ejemplo mostrado en la FIG.1A, n puede ser igual a 32. En estos ejemplos, los dispositivos sensores202iestán distribuidos por la superficie exterior del casquete 201, y en ciertos ejemplos pueden ser necesarios al menos cinco sensores para seguir la posición y orientación del casco de seguridad 200 con alta precisión. En el presente ejemplo, como se muestra en la FIG. 2B, cada dispositivo sensor202icomprende un fotodiodo 204 correspondiente que es sensible a la luz infrarroja y un convertidor analógico-digital 205a asociado. Los fotodiodos 204 pueden colocarse dentro de rebajes formados en la superficie exterior del casquete 201. En el presente ejemplo de las FIGS.2A y 2B, los pulsos digitales recibidos de los convertidores analógico-digitales 205 se marcan en el tiempo y se agregan mediante una matriz de puertas programables en campo (FPGA) 207, que está conectada a un procesador 208 mediante un bus de datos local 209. El bus de datos local 209 también se conecta a un dispositivo de memoria 210, un dispositivo de almacenamiento 211, y un dispositivo de entrada/salida (E/S) 212. Los componentes electrónicos del casco de seguridad 200 están alimentados por una unidad de batería recargable 213. Se proporciona una toma de conector de potencia 214 para conectar la unidad de batería 213 a una fuente de alimentación para su recarga. El dispositivo de E/S 212 puede comprender un conector de base 215 como, por ejemplo, un puerto USB, para acoplar de forma comunicativa los circuitos electrónicos del casco de seguridad 200 a otros dispositivos y componentes. El bus de datos local 209 también se conecta a una unidad de medición inercial (IMU) 218 (opcional) del tipo que se encuentra en los conjuntos para la cabeza de realidad virtual y realidad aumentada, que comprende una combinación de uno o más acelerómetros y uno o más giroscopios. La IMU puede comprender un acelerómetro y un giroscopio para cada uno de los modos de cabeceo, balanceo y guiñada. Para diferentes tecnologías de sistemas de posicionamiento, los componentes 204, 205 y 207 pueden sustituirse por los dispositivos sensores correspondientes a dichas tecnologías.

[0081] Volviendo a la FIG.2A, en el presente ejemplo, el conjunto para la cabeza comprende unas gafas de seguridad 220, que sirven no solo para proteger los ojos del usuario mientras se encuentra en la obra de construcción, sino que también sirven para proteger las gafas de realidad aumentada 250, que están montadas dentro de las gafas 220. En el presente ejemplo, las gafas 220 están montadas en el casquete 201 de tal manera que están rebajadas ligeramente detrás del borde 219 para proporcionar un grado de protección para las gafas 220. Se entenderá que en las realizaciones en las que las propias gafas de realidad aumentada 200 son resistentes y están preparadas para la construcción, las gafas de seguridad 220 pueden omitirse. En otras realizaciones, el casquete 201 puede incluir un visor de seguridad.

[0083] Las gafas de realidad aumentada 200 comprenden una placa transparente conformada (ópticamente clara) 240 que está montada entre dos brazos de patilla 252. En el presente ejemplo, las gafas de realidad aumentada 250 están fijadas al caso de seguridad 200 de tal manera que se encuentran fijadas de forma segura a una posición de "en uso" con relación a los sensores202iy están posicionadas detrás de las gafas de seguridad 220. Las gafas de realidad aumentada 250 pueden, en algunas realizaciones, ser desmontables del casco de seguridad 200, o pueden ser móviles selectivamente, por ejemplo por medio de una bisagra entre el casco de seguridad 200 y los brazos de patillas 252, desde la posición de en uso a una posición de "no en uso" (no mostrada) en la que se retiran de delante de los ojos del usuario.

[0085] En el ejemplo de la FIG. 2A, la placa transparente 240 está dispuesta para ser posicionada delante de los ojos del usuario y comprende dos regiones oculares 253a, 253b, que están dispuestas para estar dispuestas delante de los ojos derecho e izquierdo del usuario respectivamente, y una región de puente de interconexión 254. Fijadas a, o incorporadas en, cada una de las regiones oculares 253a, 253b se encuentra un dispositivo de visualización transparente o semitransparente 255a, 255b para mostrar el contenido multimedia de realidad aumentada a un usuario como se describe a continuación, mientas que permite al usuario ver su entorno del mundo real a través de las gafas 250. Las gafas de realidad aumentada 250 también comprenden lentes (no mostradas) situadas detrás de cada dispositivo de visualización 255a, 255b para ver una imagen mostrada por cada dispositivo de visualización. En algunos ejemplos, las lentes pueden ser lentes de colimación de tal manera que una imagen mostrada por cada dispositivo de visualización 255a, 255b parece al usuario que se ubica en el infinito. En algunos ejemplos, las lentes pueden estar configuradas para hacer que los rayos de luz emitidos por los dispositivos de visualización 255a, 255b sean divergentes, de forma que una imagen mostrada por cada dispositivo de visualización 255a, 255b aparezca a una distancia focal delante de las gafas de realidad aumentada 250 que esté más cerca del infinito. En el presente ejemplo, las lentes están configuradas y dispuestas con los dispositivos de visualización 255a, 255b de tal manera que las imágenes mostradas por los dispositivos de visualización 255a, 255b parecen estar situadas a una distancia focal de 8 m delante del usuario. Cabe señalar que la configuración de las gafas de realidad aumentada 250 también puede cambiar a medida que se desarrollen las tecnologías - pueden ser implementadas por cualquier conjunto de hardware adecuado para mostrar una superposición de una imagen virtual para la realidad aumentada. En otros ejemplos, también pueden utilizarse sistemas similares para aplicaciones de realidad virtual.

[0087] En algunas variaciones, también pueden utilizarse dispositivos de seguimiento ocular. Puede que no se utilicen en todas las implementaciones, pero pueden mejorar la visualización en ciertos casos con una contrapartida de complejidad adicional. Los métodos descritos más adelante pueden implementarse sin dispositivos de seguimiento ocular.

[0089] El ejemplo de las FIGS. 2A y 2B muestra hardware adicional de seguimiento ocular que puede ser usado en variaciones. Dentro de cada región ocular 253a, 253b, la placa transparente 240 lleva un respectivo dispositivo de seguimiento ocular 258a, 258b para seguir la posición de los ojos del usuario cuando lleva puesto el casco de seguridad 200. En particular, cada uno de los dispositivos de seguimiento ocular 258a, 258b está configurado para detectar la posición del centro de la pupila de uno de los respectivos ojos del usuario con el fin de detectar el movimiento de las gafas de realidad aumentada 250 con respecto a los ojos del usuario en uso y generar y emitir datos de posición de pantalla relativos a la posición de las gafas de realidad aumentada 250 con respecto a la cabeza del usuario. Los expertos en la técnica conocerán otras numerosas soluciones para el seguimiento de la posición de las gafas de realidad aumentada 250 con respecto a la cabeza del usuario en uso, incluyendo sensores ópticos del tipo divulgado por el documento US 9754415 B2 y una unidad de obtención de posición del tipo divulgado por el documento US 2013/0235169 A1, ambos incorporados por referencia en el presente documento. La monitorización del movimiento de las gafas de realidad aumentada 250 con respecto a la cabeza del usuario puede ser útil en casos en los que el casco de seguridad 200 puede moverse con respecto a la cabeza del usuario, pero puede no ser necesaria cuando el casco de seguridad 200 está relativamente asegurado a la cabeza del usuario. En la presente variación descrita, se proporcionan dos dispositivos de seguimiento ocular 258a, 258b, uno asociado a cada uno de los ojos del usuario, pero en otras implementaciones, se puede emplear un único dispositivo de seguimiento ocular asociado a uno de los ojos.

[0091] En términos de los circuitos electrónicos como se muestran en la FIG. 2B, los dispositivos de visualización transparentes 255a, 255b y los dispositivos de seguimiento ocular 258a, 258b están conectados a un bus de datos local 279 para la interconexión con un procesador 268, una unidad de memoria 270, un dispositivo de almacenamiento 271, y un dispositivo de entrada/salida (E/S) 272. La potencia de los componentes electrónicos se proporciona mediante una unidad de batería recargable 273, que está conectada a una toma de conector de potencia 274 para conectar la unidad de batería 273 a una fuente de alimentación para su recarga. El bus de datos local 279 también está conectado a un conector de base 275 y a una interfaz de red 276. La interfaz de red 276 puede comprender un microcontrolador inalámbrico (WiFi). Aunque el ejemplo de la FIG.2B muestra suministros de batería separados, en otros ejemplos, se puede proporcionar una única toma de conector de potencia tanto para el casco de seguridad 200 como para las gafas 250, y en algunos ejemplos, se puede proporcionar una única unidad de batería recargable para alimentar ambos conjuntos de circuitos electrónicos. De nuevo, si no se proporciona el hardware de seguimiento ocular, las gafas de realidad aumentada 250 pueden tener una construcción similar sin los dispositivos de seguimiento ocular 258a, 258b.

[0093] El presente ejemplo de las FIGS.2A y 2B difiere de los ejemplos correspondientes del documento WO2019/048866 A1 en que el conjunto para la cabeza también comprende una cámara 260 que está montada en el casquete 201 y, en este ejemplo, se orienta hacia delante en línea con la mirada del usuario. Aunque se muestra una cámara, puede haber uno o más dispositivos de cámara (o adicionales) que capturen datos de imagen desde uno o más de los lados y la parte posterior del casquete 201. El montaje mostrado en la FIG.2A es simplemente ilustrativo. Para los métodos descritos a continuación, la cámara 260 puede ser un dispositivo de escala de grises relativamente barato y de baja resolución con una frecuencia de muestreo relativamente baja. En ciertos casos, la cámara 260 puede tener doble funcionalidad, por ejemplo, ser utilizada para los métodos descritos a continuación y ser utilizada para implementar un sistema de posicionamiento para el seguimiento del conjunto para la cabeza. En este caso, por ejemplo, la cámara 260 puede formar parte de un sistema SLAM para el seguimiento del conjunto para la cabeza. Dicho sistema SLAM puede utilizarse de manera autónoma y/o como un sistema de posicionamiento adicional además del sistema de posicionamiento descrito con referencia a las FIGS.1A a 2B. Como tal, aunque la cámara 260 puede ser un dispositivo de especificación relativamente baja en ciertos ejemplos, también puede comprender cualquiera de una cámara de vídeo en escala de grises, una cámara de vídeo Rojo-Verde-Azul (RGB), una cámara de vídeo RGB y Profundidad (RGB-D), una cámara de eventos o cualquier forma de cámara como se discutió anteriormente. La cámara 260 también puede comprender una única cámara de vídeo monocular o formar parte de una pluralidad de cámaras estereoscópicas.

[0095] En la FIG.2B, la cámara 260 está acoplada comunicativamente al bus de datos local 209 y es alimentada por la batería 213. Aunque en el ejemplo de la FIG.2B, la cámara 260 forma parte del casco de seguridad 200, en otros ejemplos puede formar parte de un módulo separado que está acoplado comunicativamente a uno o más del casco de seguridad 200 y las gafas de realidad aumentada 250 (por ejemplo, a través de una interfaz cableada o inalámbrica adecuada, tal como un Bus Serie Universal - USB - o Bluetooth<®>).

[0097] El procesador 208 está configurado para cargar instrucciones almacenadas dentro del dispositivo de almacenamiento 211 (y/u otros dispositivos de almacenamiento en red) en la memoria 210 para su ejecución. Se puede realizar un procedimiento similar para el procesador 268. En uso, la ejecución de instrucciones, tal como código de máquina y/o código de programa informático compilado, por uno o más de los procesadores 208 y 268 implementan los métodos de configuración como se describe a continuación. Aunque los presentes ejemplos se presentan basándose en ciertos procesamientos locales, se entenderá que la funcionalidad puede distribuirse sobre un conjunto de dispositivos locales y remotos en otras implementaciones, por ejemplo, mediante la interfaz de red 276. El código de programa informático puede prepararse en uno o varios lenguajes conocidos, incluyendo el código de máquina o microprocesador a medida, C, C++ y Python. En uso, puede intercambiarse información entre los buses de datos locales 209 y 279 mediante el acoplamiento de comunicación entre los conectores de base 215 y 275. Además, debe tenerse en cuenta que cualquiera de los procesamientos descritos en el presente documento también puede distribuirse a través de múltiples dispositivos informáticos, por ejemplo, mediante transmisiones hacia y desde la interfaz de red 276.

[0099] Configuración del marcador

[0101] En los ejemplos de la presente invención descritos en el presente documento, se utiliza un marcador 2D para inicializar o configurar (es decir, establecer) una transformación entre un sistema de coordenadas utilizado por al menos un sistema de posicionamiento (tal como el sistema de posicionamiento mostrado en las FIGS.1A a 2B y/o un sistema SLAM que puede utilizar la cámara 260 o un conjunto diferente de dispositivos) y un sistema de coordenadas utilizado por el BIM. Los métodos descritos en el presente documento pueden sustituir a los métodos de herramientas de calibración descritos en el documento WO2019/048866 A1, proporcionando una alineación rápida y sin herramientas de múltiples sistemas de coordenadas que mejora la facilidad de uso. Por ejemplo, un usuario puede simplemente encender el conjunto para la cabeza y mirar alrededor de la obra de construcción para alinear el BIM con una vista actual de la obra de construcción. Por lo tanto, los tiempos de inicialización comparativos de minutos (tal como 10-15 minutos) pueden reducirse posteriormente a segundos, proporcionando lo que parece ser una alineación casi sin fisuras desde el encendido a un usuario. Una vez que los marcadores 2D se montan en su lugar y se ubican, por ejemplo, en una estructura permeable temprana, tal como una columna o una pared, son entonces adecuados para configurar el conjunto para la cabeza a lo largo de un uso repetido, tal como el período de construcción, que puede ser de semanas o meses.

[0103] Ciertos ejemplos de la presente invención se describirán ahora con referencia a las FIGS.3A a 6. Las FIGS.3A a 3F muestran algunas disposiciones esquemáticas de ejemplo de marcadores 2D dentro de la obra de construcción. Las FIGS.4A a 4B muestran un ejemplo de método de ubicación de los marcadores 2D. La FIG.5A muestra una ilustración esquemática de cómo se realiza la configuración. La FIG.5B muestra ilustraciones esquemáticas de imágenes de los marcadores 2D que pueden obtenerse, por ejemplo, usando la cámara 260 de las FIGS.2A y 2B. A continuación, la FIG.6 muestra un diagrama de flujo para llevar a cabo el método de configuración. Los ejemplos descritos actualmente pueden realizarse utilizando el hardware mostrado en las FIGS. 2A y 2B o alternativamente pueden realizarse utilizando variaciones de este hardware, por ejemplo con conjuntos para la cabeza que utilizan diferentes sistemas de posicionamiento o una pluralidad de sistemas de posicionamiento de diferentes tipos. Los ejemplos descritos actualmente pueden realizarse en el contexto de una obra de construcción como se describe con referencia a las FIGS.1A y 1B, con un BIM alineado como se muestra en la FIG.1B, aunque en ciertos casos los dispositivos de baliza 102 pueden omitirse (por ejemplo, sustituirse por un sistema de posicionamiento que utilice dispositivos sensores incorporados únicamente dentro del conjunto para la cabeza) o modificarse (por ejemplo, pueden comprender dispositivos de cámara para la detección de marcadores activos o pasivos).

[0105] Las FIGS.3A a 3F muestran algunas disposiciones esquemáticas de ejemplo de marcadores 2D dentro de la obra de construcción. Estas configuraciones no son limitativas y simplemente indican algunas de las opciones posibles con respecto a la colocación de los marcadores. Los marcadores 2D y los marcadores de control descritos en estos ejemplos pueden configurarse como se ha descrito anteriormente.

[0107] La FIG. 3A muestra un primer ejemplo 300 de un marcador 2D 310 que está montado en una superficie plana 320 dentro de la obra de construcción. El marcador 2D 310 está rodeado por marcadores de control 330 que comprenden un objetivo 332 para mediciones ópticas de distancia. En el ejemplo de la FIG. 3A, los marcadores de control 330 están ubicados de tal manera que las esquinas del marcador 2D 310 son visibles pero donde hay una distancia conocida entre la ubicación del objetivo 332 y la esquina (por ejemplo, en este caso establecida por las dimensiones fijas del marcador de control 330). La FIG.3B muestra cómo el ejemplo 300 puede estar situado dentro de una obra de construcción. En la FIG.3B la obra de construcción es un recinto interno 305, pero en otros ejemplos la obra de construcción puede ser un área exterior. En general, los marcadores 2D pueden colocarse dentro de cualquier área de la obra de construcción. La FIG.3B muestra dos estructuras dentro del recinto 305: una columna 312 y una pared 314. También hay un suelo 318. Estos se proporcionan a modo de ejemplo y puede utilizarse cualquier forma de estructura para la colocación de los marcadores, incluyendo techos y otros. El marcador 2D 310 y los marcadores de control 320 se muestran fijados a la columna 312 en la ubicación 322 y a la pared 314 en la ubicación 324. Estos también pueden fijarse a las paredes del recinto 305, como se muestra en la ubicación 326, o a los suelos o techos, como se muestra en la ubicación 328 en el suelo 318. Cada área de la obra de construcción puede tener uno o más conjuntos de disposiciones de marcadores 2D como se muestra. Como mínimo, una disposición tal se coloca dentro de cada área. En este ejemplo, el marcador 2D comprende un marcador ArUco, pero puede utilizarse cualquier forma de marcador como se ha descrito anteriormente. En ciertos casos, el marcador 2D 310 y los marcadores de control 330 pueden formar parte de un marcador de calibración combinado 334, por ejemplo, que se suministra como una única etiqueta adhesiva con el marcador 2D 310 y los marcadores de control 330 estando en una relación espacial fija.

[0109] Las FIGS. 3C y 3D muestran una disposición alternativa 340 a la mostrada en las FIGS. 3A y 3B. La disposición alternativa 340 tiene una forma diferente de marcador 2D, concretamente un AprilTag y una forma diferente de marcador de control. En este caso, los marcadores de control 342 comprenden un patrón de tablero de ajedrez de dos tonos que da lugar a mediciones ópticas precisas, por ejemplo, utilizando mediciones de distancia basadas en láser. El ejemplo de las FIGS.3C y 3D también muestra un número diferente de marcadores de control en uso. En un ejemplo preferente, se colocan al menos tres marcadores de control alrededor del marcador 2D para permitir ubicar al menos tres puntos correspondientes en el marcador 2D (por ejemplo, al menos tres esquinas). Al menos tres marcadores de control pueden ser adecuados para un caso en el que la invariancia de la reflexión no es una preocupación; en otros ejemplos, al menos cuatro marcadores de control, tal como se muestra en la FIG. 3A, pueden ser preferentes para una ubicación robusta y la posterior precisión de la transformación.

[0111] Las FIGS.3E y 3F muestran otra disposición alternativa 350 en la que los marcadores de control pueden incorporarse al diseño del marcador 2D. En este caso, las porciones 352 del marcador 2D 354 se utilizan para mediciones ópticas de distancia sin marcadores de control separados. Por ejemplo, ciertos marcadores de control usados en topografía comprenden un patrón circular o de tablero de ajedrez de dos tonos, tales como los marcadores de control 342 de la FIG. 3C. Estos patrones pueden incorporarse al patrón del marcador 2D para formar un marcador combinado de control y alineación. Por ejemplo, las mediciones de distancia óptica como se describe a continuación pueden realizarse con respecto a las porciones 352 y una porción interna del marcador 2D puede utilizarse para los métodos de alineación descritos a continuación. El ejemplo de la FIG. 3E puede ser preferente por simplicidad (por ejemplo, marcadores individuales pueden ser generados y fijados como se muestra en la FIG. 3F) pero los ejemplos de las FIGS.3A y 3C pueden proveer una mejor compatibilidad retroactiva con la topografía existente.

[0113] Posición del marcador de medición

[0115] Las FIGS. 4A y 4B muestran cómo puede determinarse la posición del marcador 2D con respecto a un BIM. El procedimiento mostrado en las FIGS.4A y 4B puede formar parte de un procedimiento de topografía existente que se realiza en la obra de construcción. La FIG.4A muestra una medición para el ejemplo 300 de la FIG.3A y la FIG.4B muestra una medición para el ejemplo 350 de la FIG. 3E. Los ejemplos de las FIGS.4A y 4B pueden adaptarse de forma adecuada a otros ejemplos de marcadores 2D y marcadores de control.

[0116] En general, las FIGS. 4A y 4B definen un método de colocación y utilización de marcadores 2D. En una primera operación, se coloca un marcador 2D dentro de la obra de construcción. El marcador 2D puede colocarse en una posición aproximada, por ejemplo, en una superficie plana útil tal como una pared o en una estructura tal como una columna, o en cualquier posición arbitraria. No es necesario que se conozca la pose del marcador 2D (es decir, su posición y orientación con respecto a la obra de construcción física pueden ser desconocidas o no saberse con exactitud). Esto significa que no hay que tener ningún cuidado especial para colocar el marcador 2D en un lugar específico. Tampoco es necesario que una estructura de colocación esté en una posición exacta. En una segunda operación, una pluralidad de ubicaciones dispuestas en relación con el marcador de dos dimensiones se miden utilizando equipos topográficos. El equipo topográfico puede ser una estación total, un escáner láser o un teodolito. El equipo topográfico puede comprender un equipo topográfico convencional sin adaptaciones especiales. El resultado de la medición es un conjunto de datos de ubicación medidos para la pluralidad de ubicaciones. La pluralidad de ubicaciones puede comprender cada una la ubicación de un punto central de un marcador de estación total o símbolo de registro específico. Tras la medición, el marcador 2D se detecta mediante una cámara de un dispositivo electrónico. El dispositivo electrónico puede comprender un conjunto para la cabeza como el descrito en el presente documento (por ejemplo, una pantalla de realidad aumentada montada en la cabeza - AR HMD). Tras la detección, se determina una representación virtual del marcador 2D detectado con respecto al dispositivo electrónico dentro de un espacio 3D. Por ejemplo, esto puede comprender la determinación del plano o polígono que forma el marcador 2D en un espacio 3D definido con respecto a la cámara (o al dispositivo electrónico). La determinación de una representación virtual puede comprender la determinación de coordenadas 3D dentro del espacio 3D de al menos tres puntos del marcador 2D (por ejemplo, la coordenada 3D de cada esquina del marcador 2D). Dada la representación virtual, los datos de ubicación medidos para la pluralidad de ubicaciones pueden correlacionarse con una pluralidad de puntos definidos con respecto a la representación virtual del marcador 2D para determinar una cartografía entre el espacio tridimensional y la obra de construcción. Por ejemplo, esto puede comprender la determinación de la transformación entre el espacio BIM (es decir, el sistema de coordenadas BIM) y uno o más de los espacios de la cámara (es decir, el sistema de coordenadas de la cámara) y un espacio del sistema de posicionamiento (es decir, el sistema de coordenadas del sistema de posicionamiento). La pluralidad de puntos definidos con respecto a la representación virtual del marcador 2D pueden ser esquinas del marcador 2D, o puntos donde se colocan los marcadores de estación total, que están predefinidos o medidos en relación con el marcador 2D. Este procedimiento se describirá ahora con más detalle haciendo referencia a los ejemplos de las FIGS.4A y 4B.

[0118] En la FIG.4A, las ubicaciones de los marcadores de control 330 se miden 412 utilizando una estación total 410. La estación total 410 es un instrumento óptico utilizado para la topografía y la construcción de edificaciones. Aunque se describe el uso de una estación total 410, también pueden utilizarse otros equipos de ubicación adecuados, incluyendo otras formas de teodolito y equipos de medición de distancias. En el presente ejemplo, la estación total 410 comprende un teodolito electrónico de tránsito con un dispositivo electrónico integrado de medición de distancias para medir ángulos verticales y horizontales y una distancia de pendiente desde un punto medido. La estación total 410 puede utilizar un láser infrarrojo para la medición electrónica de la distancia. La estación total 410 puede medir las coordenadas de los marcadores de control 330 dentro de un sistema de coordenadas geodésicas o con referencia a un sistema de coordenadas local predefinido, tal como un sistema de coordenadas de obra con un origen predefinido dentro de la obra de construcción. Estos sistemas de coordenadas pueden ser los mismos sistemas de coordenadas utilizados por el BIM. En este último caso, el sistema de coordenadas local predefinido puede volver a asignarse a un sistema de coordenadas geodésicas, por ejemplo, el origen predefinido puede ubicarse en una latitud y longitud conocidas. Las coordenadas de los marcadores de control 330 pueden definirse en términos de latitud y longitud (por ejemplo, en relación con un sistema global de coordenadas) y una elevación o en términos de un norte -N- y un este -E- y una elevación (por ejemplo, con respecto a un mapa o sistema cartográfico predefinido). En un caso, la estación total 410 tiene línea de obra hasta otro punto con una ubicación conocida dentro de la obra de construcción, y determina así la ubicación de los marcadores de control 330 utilizando enfoques topográficos conocidos (por ejemplo, mediante trigonometría y triangulación). En otro caso, la estación total 410 puede incluir un receptor del sistema de posicionamiento global (GPS) de alta precisión. En otro caso, la estación total 410 puede incluir un sensor LIDAR para determinar la ubicación de una nube de puntos y/o capturar una nube de puntos.

[0120] La FIG. 4B muestra una operación de medición similar 412 para un marcador 2D 450 sin marcadores de control separados. En un caso, puede utilizarse un marcador 2D similar al marcador 2D 350 de la FIG.3E y la estación total 410 puede medir la ubicación de las esquinas 352. En otro caso, puede utilizarse un marcador 2D similar al marcador 2D 310 de la FIG.3A y la estación total 410 puede configurarse para medir la ubicación de la esquina, por ejemplo, basándose en las diferencias de tonos de blanco y negro.

[0122] La medición 412 mostrada en las FIG.4A y 4B puede realizarse como parte de una fase de configuración inicial. Por ejemplo, las estructuras tales como las columnas 312 y las paredes 314 pueden ser inspeccionadas como parte de un procedimiento de construcción normal (por ejemplo, después de una construcción inicial pero antes de la construcción interior y el acabado) y esto puede ser utilizado para obtener la medición de las ubicaciones de uno o más de un conjunto de marcadores de control que rodean el marcador 2D y el marcador 2D en sí. Las ubicaciones del conjunto de marcadores de control que rodean al marcador 2D y/o el propio marcador 2D pueden obtenerse en un sistema de coordenadas que también se utilice para definir el BIM, tal como un sistema de coordenadas global o un sistema de coordenadas específico de la obra. Como tal, la ubicación del marcador 2D puede definirse con precisión en tres dimensiones con respecto al BIM. En el caso de que se midan los marcadores de control, la ubicación de las esquinas del marcador 2D puede determinarse basándose en el posicionamiento relativo conocido (o medido) de los marcadores de control con respecto al marcador 2D. En un caso, las dimensiones conocidas de uno o más de los marcadores 2D y los marcadores de control (tales como anchuras y alturas conocidas) pueden utilizarse para derivar coordenadas del marcador 2D con respecto al BIM basándose en mediciones similares a las mostradas en las FIGS.

[0123] 4A y 4B. La ubicación del marcador 2D con respecto al BIM puede almacenarse como parte del BIM o como datos independientes del BIM (por ejemplo, en forma de coordenada de al menos una esquina y orientación 2D o múltiples ubicaciones de esquina).

[0124] Este procedimiento presenta ventajas en comparación con otros procedimientos similares. Por ejemplo, en enfoques comparativos, los marcadores 2D se colocan primero en el BIM (por ejemplo, se establecen en coordenadas 3D particulares en el BIM) y luego se colocan en una ubicación correspondiente en una obra de construcción. Sin embargo, uno de los problemas es que la colocación suele depender de que las estructuras en la obra de construcción coincidan exactamente con sus homólogas en el BIM. A menudo, este no es el caso.

[0125] Por ejemplo, una posición de marcador 2D puede definirse a 1 m del suelo en una columna concreta (por ejemplo, en el centro de la columna). En los métodos comparativos, esto puede definirse en el BIM y el BIM se utiliza entonces para indicar al personal de la obra de construcción que se dirija a la ubicación correspondiente con la columna y coloque el marcador 2D en el centro de la columna, a 1 m del suelo. En estos métodos comparativos, se supone que el marcador 2D se encuentra en la ubicación definida por el BIM, de modo que cuando se visualiza con un dispositivo de AR, el marcador 2D visualizado se establece en esa ubicación definida por el BIM y la visualización de las imágenes de AR se calibra en función de esa correspondencia. Sin embargo, esta suposición a menudo no se cumple. Por ejemplo, puede que la columna no se encuentre en la ubicación correcta, que la columna no esté a plomo, que la columna esté desnivelada en cualquier dirección, y/o que el suelo no esté al nivel indicado en el BIM. Este es especialmente el caso cuando se requiere una precisión milimétrica, ya que diferentes desalineaciones que normalmente no son percibidas por un usuario que coloca el marcador 2D, pueden llevar a que el marcador 2D esté milímetros o centímetros fuera de la posición definida por el BIM. En casos tales como el US 2016/292918 A1, el marcador 2D se utiliza como la posición "verdad de suelo" para la visualización AR, por lo que la falta de una colocación precisa provoca que la visualización AR sea inexacta. Esto dificulta el acceso a tolerancias de milímetros o centímetros, tal como ocurre con el conjunto para la cabeza AR.

[0126] En cambio, el método descrito anteriormente permite visualizar con precisión un modelo AR, por ejemplo, en la fase de construcción de la construcción para determinar la colocación correcta de las estructuras. En el presente método, una posición y orientación (por ejemplo, una pose de seis grados de libertad - 6DOF) de un marcador 2D puede determinarse en al menos dos sistemas de coordenadas diferentes: un sistema de coordenadas de la cámara y/o de seguimiento y un sistema de coordenadas extrínseco que es el sistema de coordenadas de un BIM. Esto significa que puede determinarse una asignación o transformación entre los dos sistemas de coordenadas de forma que se conozca la pose del marcador 2D con respecto a la obra de construcción. La asignación o transformación puede entonces ser utilizado para el seguimiento preciso de un dispositivo electrónico, tal como un conjunto para la cabeza, incluso cuando el marcador 2D no es visible con la cámara.

[0127] En un conjunto de ejemplos, la pluralidad de ubicaciones que se miden con el equipo topográfico comprende al menos tres ubicaciones. Esto permite determinar mapeos robustos que tengan en cuenta la escala de cada espacio 3D. La pluralidad de ubicaciones dispuestas en relación con el marcador de dos dimensiones puede comprender marcadores de estación total que se sitúan a una distancia fija o medida de puntos definidos en el marcador de dos dimensiones. En un caso, se puede suministrar un marcador de calibración combinado, por ejemplo como una sola etiqueta adhesiva, que comprende un marcador 2D para visión por ordenador y marcadores de estación total para topografía. En este caso, la relación fija entre el marcador 2D de visión por ordenador y los marcadores de la estación total son fijos (por ejemplo, como una impresión en una hoja adhesiva), por lo que el marcador de calibración combinado puede colocarse fácilmente. El marcador de dos dimensiones de visión por ordenador permite determinar una pose de seis grados de libertad del marcador de dos dimensiones con respecto a un dispositivo de cámara de observación y una pluralidad de marcadores topográficos permiten determinar ubicaciones tridimensionales de al menos un punto en cada uno de los marcadores topográficos con respecto a un dispositivo topográfico, estando el dispositivo topográfico a su vez en una pose conocida en la obra de construcción.

[0128] En los presentes ejemplos, la medición realizada por el equipo de topografía puede llevarse a cabo como parte de una topografía programada y planificada de la obra de construcción (por ejemplo, en momentos o hitos periódicos de la construcción). Por lo tanto, los marcadores 2D (o los marcadores combinados) pueden colocarse como parte de ese procedimiento y conservarse para la posterior calibración de una vista de realidad aumentada de la obra de construcción.

[0129] En ciertos casos, la pluralidad de ubicaciones dispuestas en relación con el marcador de dos dimensiones comprenden marcadores de estación total que se incorporan al marcador de dos dimensiones. Los marcadores de la estación total pueden colocarse con respecto a las esquinas del marcador de dos dimensiones antes de dicha medición, incorporados al marcador de dos dimensiones o en una única hoja adhesiva con el marcador de dos dimensiones. De acuerdo con la invención, en ciertos casos, el método descrito en esta sección comprende determinar una pose del dispositivo electrónico utilizando un sistema de posicionamiento, el sistema de posicionamiento que comprendiendo un conjunto de dispositivos sensores acoplados comunicativamente al dispositivo electrónico, el sistema de posicionamiento determinando la pose del dispositivo electrónico independientemente del marcador de dos dimensiones, en el que la representación virtual del marcador de dos dimensiones se determina con respecto a un sistema de coordenadas del sistema de posicionamiento y la asignación entre el espacio tridimensional y la obra de construcción se utiliza para calibrar el sistema de posicionamiento. Por lo tanto, los otros métodos descritos en el presente documento para configurar un conjunto para la cabeza pueden utilizar los métodos de esta sección como una fase de "configuración".

[0130] En algunos casos, el conjunto de dispositivos sensores se añade a la cámara del dispositivo electrónico. Por ejemplo, el conjunto de dispositivos sensores puede estar relacionado con un sistema de posicionamiento y la cámara puede utilizarse para calibrar dicho sistema de posicionamiento. La cámara puede ser un simple dispositivo de baja resolución. En otros casos, la cámara se utiliza para seguir el dispositivo electrónico utilizando métodos SLAM y, por lo tanto, la calibración del marcador 2D se utiliza para calibrar el seguimiento SLAM.

[0131] En ciertos casos, el método puede comprender corregir la distorsión de una imagen del marcador de dos dimensiones detectado para determinar la representación virtual. Por ejemplo, el marcador de dos dimensiones puede detectarse en datos de imagen, tales como una imagen capturada y/o uno o más fotogramas de vídeo capturado, y luego no distorsionarse basándose en parámetros conocidos de la cámara o del dispositivo de captura de imágenes, tales como los parámetros intrínsecos de la cámara. Estos parámetros intrínsecos de la cámara pueden comprender uno o más de los siguientes: longitud focal de una lente de cámara en una o más de las direcciones x e y, un centro óptico del sensor de captura de imágenes y un conjunto de coeficientes de distorsión. La corrección de distorsión de una imagen del marcador de dos dimensiones detectado puede comprender la corrección de las distorsiones radiales y/o tangenciales introducidas por la lente de la cámara. Tenga en cuenta que el uso del término "intrínseco" aquí difiere del uso del término "intrínseco" en la descripción del sistema de coordenadas intrínsecas discutido; en su lugar, se refiere a parámetros específicos de la cámara.

[0132] En ciertos casos, el marcador de dos dimensiones detectado puede comprender una pluralidad de sub-marcadores, siendo cada sub-marcador detectable como un marcador de dos dimensiones como se ha descrito anteriormente. Una pluralidad de sub-marcadores pueden entonces ser detectados y procesados como se describe en el presente documento y una estimación de una pose de cámara determinada basada en el conjunto de sub-marcadores detectados. Esto puede mejorar la precisión en determinadas aplicaciones.

[0133] En ciertos casos, el método de esta sección puede comprender uno o más de los siguientes: recuperar los datos de ubicación medidos basándose en los datos leídos del marcador de dos dimensiones; recibir los datos de ubicación medidos en el dispositivo electrónico a través de un enlace de comunicaciones; e introducir los datos de ubicación medidos en una interfaz de usuario del dispositivo electrónico. Por ejemplo, un usuario puede obtener los datos de ubicación medidos de una fuente fuera de línea (tal como un registro topográfico) e introducirlos en el dispositivo electrónico (por ejemplo, a través de una pantalla táctil o comandos de voz) o un código dentro del marcador 2D (por ejemplo, un identificador único) puede ser decodificado a través de la captura de la cámara y utilizado para buscar los datos de ubicación medidos en una base de datos acoplada comunicativamente (por ejemplo, que está pre-poblada después de una topografía anterior). La asignación puede utilizarse para alinear un modelo de información de construcción (BIM) con una posición y orientación del dispositivo electrónico, por ejemplo, un conjunto para la cabeza como el descrito en el presente documento con una pantalla de realidad aumentada montada en la cabeza, donde la asignación se utiliza para mostrar una vista virtual del BIM que está alineado con la posición y orientación del dispositivo electrónico dentro de la pantalla de realidad aumentada montada en la cabeza.

[0134] Alineación de sistemas de coordenadas utilizando ubicaciones de marcadores

[0135] La FIG. 5A muestra esquemáticamente cómo puede utilizarse un conjunto de uno o más marcadores 2D para determinar una transformación de BIM a posicionamiento que asigna entre un sistema de coordenadas utilizado por el BIM y un sistema de coordenadas utilizado por el sistema de posicionamiento del conjunto para la cabeza. A continuación, esta transformación puede utilizarse para asignar los datos BIM al sistema de coordenadas utilizado por un sistema de posicionamiento del conjunto para la cabeza con el fin de representar una imagen virtual del BIM en relación con la pose del conjunto para la cabeza en una pantalla montada en la cabeza. Por ejemplo, la pose del conjunto para la cabeza es determinada por el sistema de posicionamiento del conjunto para la cabeza dentro del sistema de coordenadas utilizado por el sistema de posicionamiento del conjunto para la cabeza. Los objetos dentro del BIM, o más precisamente dentro del sistema de coordenadas utilizado por el BIM, tales como las ubicaciones de estructuras, puntos y otras características geométricas, deben asignarse al sistema de coordenadas del sistema de posicionamiento del conjunto para la cabeza para que estos objetos puedan alinearse correctamente dentro de este último sistema de coordenadas y, a continuación, proyectarse en los dispositivos de visualización 255a, 255b de las gafas de realidad aumentada 250. El procedimiento ilustrado puede ser realizado por una o más unidades de procesamiento instaladas dentro del conjunto para la cabeza (por ejemplo, CPU 208 y/o 268 en la FIG.2B) y puede incorporar procesamiento distribuido o basado en servidor donde las mediciones y resultados son comunicados entre un dispositivo remoto y el conjunto para la cabeza.

[0136] La FIG.5A muestra al menos una porción de un BIM 510 que representa un área física de la obra de construcción. Para facilitar la explicación, nos referiremos a él como el BIM 510, pero en ciertas implementaciones puede comprender una porción de un BIM mayor. Por ejemplo, el BIM 510 puede ser una porción de un modelo más grande asociado con los recintos mostrados en cualquiera de las FIGS.3B, 3D, 3F, 4A y 4B. El BIM puede tener múltiples capas, por ejemplo, que representen diferentes partes de la construcción o los servicios, como es sabido en la técnica. Se utiliza una línea discontinua para indicar que lo que se muestra es una representación modelizada de la zona física, por ejemplo, una representación – CAD - de diseño asistido por ordenador, y no la propia zona física. El BIM 510 se define con referencia a un sistema de coordenadas para el BIM 512. En este ejemplo, el BIM es un modelo 3D, por lo que los puntos, superficies y otras estructuras geométricas pueden definirse con referencia a tres direcciones ortogonales (por ejemplo,xBIM

,yBIM

ayzBIM

). El sistema de coordenadas del BIM 512 tiene un origen (indicado por "0" en la FIG.5A), que es un punto de referencia para los valores a lo largo de cada dirección ortogonal. El origen para el BIM 512 puede comprender una coordenada geodésica conocida (tal como una latitud, longitud y elevación precisas) y una orientación conocida (por ejemplo, un ángulo normal a una tangente de la Tierra en una latitud y longitud determinadas). Para un área del tamaño de un recinto, pueden ignorarse los efectos de curvatura de la Tierra. El BIM 512 puede tener un origen que se establece por área de la obra de construcción para una porción visualizada del modelo, es decir, puede comprender un origen para un recinto particular, o puede tener un origen de obra de construcción, donde una esquina de un área concreta se define con referencia a ese origen de obra de construcción. El BIM 512 puede tener una resolución milimétrica. Como es conocido en la técnica, el sistema de coordenadas puede configurarse con una quiralidad o lateralidad predefinida. En general, todos los sistemas de coordenadas descritos en el presente documento están configurados con una lateralidad compartida o común, por ejemplo, con un sistema de coordenadas cartesianas diestro por defecto. La quiralidad de uno o más sistemas de coordenadas puede establecerse de forma rígida o mediante datos de configuración.

[0138] La FIG. 5A también muestra una cámara 520 que está acoplada a un conjunto para la cabeza 530. La cámara 520 puede comprender la cámara 260 de las FIGS.2A y 2B o puede comprender una cámara diferente. El conjunto para la cabeza 530 puede comprender el casco de seguridad 200 mostrado en las FIGS.2A y 2B o puede comprender un conjunto para la cabeza diferente. El usuario lleva puesto el conjunto para la cabeza 530 mientras navega por el espacio físico. Como el usuario lleva puesto el conjunto para la cabeza 530, la cámara 520 puede tener una posición y orientación desconocidas, es decir, una pose desconocida, dentro del espacio físico; sin embargo, como la cámara 520 está acoplada (por ejemplo, rígidamente) al conjunto para la cabeza, la pose de la cámara 520 con respecto al sistema de posicionamiento es conocible. Los métodos descritos en el presente documento utilizan este enlace para conectar una pose determinada de la cámara con respecto al marcador 2D con una pose determinada de la cámara con respecto al sistema de posicionamiento. La pose de la cámara 520 puede modelarse como un sistema de coordenadas separado centrado en la cámara 522 que tiene un origen en la ubicación de la cámara. Por ejemplo, la cámara 520 puede modelarse como una cámara de orificio estenopeico y la ubicación del orificio estenopeico en este modelo puede verse como un origen del sistema de coordenadas centrado en la cámara 522. Al igual que el sistema de coordenadas BIM 512, el sistema de coordenadas centrado en la cámara 522 puede definirse basándose en tres direcciones ortogonales (por ejemplo,xC

,yC

yzC

). El sistema de coordenadas centrado en la cámara 522 define las dimensiones respectivas (por ejemplo,xey) de una imagen capturada por la cámara 520. Esto se muestra en la imagen 570 de la FIG.5B. Cabe señalar que la ubicación de los ejes en las FIGS.5A y 5B es sólo a modo de ejemplo, por ejemplo, un origen de imagen puede definirse con referencia a cualquier esquina de la imagen o un punto central de la imagen. En este caso, la dimensiónzC

del sistema de coordenadas centrado en la cámara 522 representa una profundidad normal a la cámara 520.

[0140] Como se describe con referencia a las FIGS.1A a 2B, el conjunto para la cabeza 530 está equipado con un sistema de posicionamiento para seguir la ubicación del conjunto para la cabeza 530 dentro del área física. En el presente ejemplo, una ubicación del conjunto para la cabeza 530 se define con referencia a un punto central del conjunto para la cabeza, mostrado como 532 en la FIG.5A. Aunque en este ejemplo se especifica un punto central, los expertos en la técnica entenderán que este punto no tiene por qué estar en el centro del conjunto para la cabeza, pero sí en una posición fija en relación con las dimensiones físicas del conjunto para la cabeza (por ejemplo, podría ser una ubicación frontal, superior o lateral). El punto central 532 está ubicado dentro de un sistema de coordenadas de posicionamiento 534 utilizado por un sistema de posicionamiento para el conjunto para la cabeza 530. Por ejemplo, el sistema de posicionamiento puede comprender el sistema de posicionamiento mostrado en las FIGS.1A a 2B o comprender un sistema de posicionamiento basado en SLAM. El sistema de posicionamiento basado en SLAM puede utilizar la cámara 520, una IMU tal como la 218 y/o puede utilizar un conjunto diferente de dispositivos de cámara. Para un sistema de posicionamiento que utiliza estaciones base externas dentro de un volumen seguido definido, un origen del sistema de coordenadas de posicionamiento 534 puede definirse inicialmente con respecto a una de esas estaciones base (por ejemplo, representando una esquina del recinto definida con respecto a la estación base externa). Este origen inicial puede entonces ser asignado a un punto definido en el conjunto para la cabeza usando una pose del conjunto para la cabeza determinada por el sistema de posicionamiento, de tal manera que el punto definido puede funcionar como el origen del sistema de coordenadas de posicionamiento 534. Por ejemplo, la posición del origen de la estación base puede definirse con respecto al origen del conjunto para la cabeza utilizando la inversa de la pose del conjunto para la cabeza con respecto al origen de la estación base (por ejemplo, considerando sólo la traslación para facilitar el ejemplo, un punto central del conjunto para la cabeza situado a (5, 3, -2) de un punto de esquina puede establecerse como (0, 0, 0) con el punto de esquina establecido como (-5, -3, 2)). Para un sistema de posicionamiento que utiliza dispositivos sensores que sólo están montados sobre o dentro del conjunto para la cabeza, el origen del sistema de coordenadas de posicionamiento 534 puede definirse con referencia a un punto de partida arbitrario para la navegación (por ejemplo, una ubicación donde el usuario encendió por primera vez el conjunto para la cabeza o adquirió una imagen del marcador 2D). De nuevo, el sistema de coordenadas de posicionamiento 534 puede definirse basándose en tres direcciones ortogonales (por ejemplo,xPS

,yPS

yzPS

). La resolución de las mediciones dentro del sistema de coordenadas de posicionamiento 534 puede depender del sistema de posicionamiento que se esté utilizando, pero normalmente utilizará una precisión milimétrica o centimétrica. En un caso, una ubicación del punto central 532 del conjunto para la cabeza puede denotarse utilizando un triple de punto flotante que puede asignarse en distancias del mundo real utilizando una función de conversión predefinida. Una orientación del conjunto para la cabeza 530 también puede definirse mediante un vector normal en el punto central 532 y/o utilizando cuaterniones. En este último caso, los cuaterniones duales pueden proporcionar una forma de representar la ubicación y la orientación. Una coordenada de cuaternión dual puede ser asignada a una ubicación y orientación. De este modo, puede definirse una pose del conjunto para la cabeza 530 con respecto al sistema de coordenadas de posicionamiento 534 con seis grados de libertad (6DOF) que representan la ubicación (en tres dimensiones) y la orientación (en tres dimensiones).

[0142] Uno de los problemas a los que se enfrenta la navegación por el espacio físico modelado en la FIG.5A es que existen cuatro sistemas de referencia diferentes: 1) el propio espacio físico; 2) el BIM del espacio físico; 3) la cámara; y 4) el sistema de posicionamiento. Si se utilizan varios sistemas de posicionamiento para ubicar el conjunto para la cabeza, se incrementa aún más el número de sistemas de referencia diferentes. Un usuario que lleve el conjunto para la cabeza 530 y visualice una pantalla de realidad aumentada, tal como las gafas de realidad aumentada 250, necesita ver el BIM 512 alineado con la pose actual del conjunto para la cabeza 530, es decir, las posiciones y orientaciones dentro del sistema de coordenadas BIM 512 deben asignarse al sistema de coordenadas de posicionamiento 534. Esto puede realizarse mediante una transformación punto a punto 560, como se muestra en el lado izquierdo de la FIG.5A. Esta transformación 560 puede implementarse como una transformación de matriz de 4 por 4 con términos de rotación y traslación:

[0145]

[0148] donde R es una matriz de rotación de 3 por 3 y t es un vector de traslación de 3 por 1. Alternativamente, la transformación 560 puede implementarse como transformaciones de rotación y traslación separadas. Así pues, esta matriz de transformación puede definir la rotación y la traslación relativas entre los orígenes de los sistemas de coordenadas para el BIM y el sistema de posicionamiento. Para transformar puntos, puede definirse un vector 4x1 basado en la ubicación de un punto dentro del sistema de coordenadas BIM (por ejemplo, p<BIM>) 562 con un elemento unitario adicional, por ejemplo [xBIM

,yBIM

,zBIM

, 1], permitiendo así una transformación mediante multiplicación matricialvectorial (por ejemplo, un producto punto), donde los tres primeros elementos de un vector 4x1 resultante se toman como la nueva posición (por ejemplo, p<PS>) en el sistema de coordenadas del sistema de posicionamiento 564 (por ejemplo, [xPS

,yPS

,zPS

, _]). Alternativamente, pueden utilizarse cuaterniones para representar orientaciones como coordenadas 4D. Las transformaciones geométricas tridimensionales que utilizan matrices son conocidas en la técnica y pueden implementarse rápidamente utilizando unidades de procesamiento gráfico conocidas (así como unidades centrales de procesamiento estándar).

[0150] En el presente ejemplo, los parámetros de la transformación punto a punto 560 se determinan mediante la cámara 520, en particular utilizando imágenes en las que es visible un marcador 2D 540. En uso, una vez encendido el conjunto para la cabeza 530, la cámara 520 comienza a adquirir imágenes del espacio físico circundante. Cuando un usuario mira en la dirección del marcador 2D 540, se obtiene una imagen 570 en la que aparece el marcador, como se muestra en la FIG.5B. Las imágenes pueden adquirirse automáticamente, por ejemplo, un servicio en segundo plano puede monitorizar los fotogramas muestreados de una secuencia de vídeo, y/o pueden adquirirse por orden del usuario. El marcador 2D 540 puede ser cualquier marcador 2D como se describe en el presente documento. La imagen 570 se suministra entonces a una función de determinación de la pose de la cámara que estima una pose de la cámara con respecto al marcador 2D 540, es decir, determina una posición y orientación de la cámara con respecto al marcador 2D. La función de determinación de la pose de la cámara puede utilizar una función de determinación de la pose de una biblioteca de software de visión por ordenador conocida, tal como la funcióndetectMarkersoestimatePoseSingleMarkerproporcionada como parte de una biblioteca de funciones para su uso con marcadores ArUco, o la funciónsolvePnPproporcionada por la biblioteca de funciones OpenCV. Las funciones personalizadas de determinación de la pose también pueden programarse y/o incorporarse en hardware tal como Matrices de Puertas Programables en Campo, por ejemplo, basándose en enfoques conocidos. En ciertos casos, pueden utilizarse funciones inversas de matriz conocidas para determinar la pose de la cámara 520, en particular la pose del origen de la cámara, con respecto al marcador 2D 540, si las funciones disponibles determinan la pose del marcador 2D 540 con respecto a la cámara 520. Muchas funciones de determinación de la posición de la cámara determinan primero las ubicaciones de las esquinas del marcador 2D como se muestra dentro de la imagen 570. Por ejemplo, esto puede implicar la aplicación de una función de detección de esquinas utilizando un algoritmo de detección de esquinas conocido, tal como el algoritmo de detección de esquinas de Harris. El lado de mano derecha de la FIG.5B muestra las ubicaciones de las esquinas del marcador 2D 572 que se detectan en la imagen 570. Una salida de una función de detección de esquinas puede comprender coordenadas de dos dimensiones (por ejemplo, con respecto a las dimensiones de imagen x e y mostradas en la FIG.5B y medidas en unidades de píxel) de cualquier esquina detectada. Estas pueden ser utilizadas por una función de detección de marcadores, por ejemplo, junto con propiedades definidas del marcador 2D 540, tales como dimensiones espaciales conocidas (es decir, posiciones de las esquinas entre sí en milímetros). En algunos casos, la función de determinación de la pose de la cámara también utiliza propiedades predefinidas de la cámara, tales como la distancia focal y/o las distorsiones. Pueden almacenarse como datos de configuración accesibles dentro del conjunto para la cabeza.

[0152] Mediante la medición mostrada en las FIGS. 4A y 4B, o mediante la colocación precisa del marcador 2D 540, se conoce la ubicación del marcador 2D (por ejemplo, la ubicación de las esquinas del marcador 2D) con respecto al sistema de coordenadas BIM. Como tal, la pose de la cámara 520 con respecto al marcador 2D 540 puede utilizarse para determinar la pose de la cámara 520 con respecto al sistema de coordenadas BIM 512. Esto permite determinar una transformación de BIM a cámara desde el origen del sistema de coordenadas BIM 512 al sistema de coordenadas centrado en la cámara 522 ,BIMTC(es decir, el elemento de traslación de esta transformación es la ubicación del origen de la cámara con respecto al origen BIM y el elemento de rotación se determina en función de la orientación de al menos una de las dimensiones ortogonales del sistema de coordenadas centrado en la cámara). Por ejemplo, mediante medición o colocación precisa, la ubicación de las esquinas del marcador 2D 540 se definen dentro del sistema de coordenadas BIM 512 y, mediante la función de determinación de la pose de la cámara, la ubicación de las mismas esquinas puede estimarse dentro del sistema de coordenadas centrado en la cámara 522. De este modo, la comparación de al menos tres de las esquinas (y preferentemente cuatro) permite determinar la transformación de BIM a cámara,BIMTC,. En ciertos casos, también puede realizarse una calibración de la cámara, por ejemplo, aplicando y/o determinando parámetros intrínsecos de la cámara tales como la distancia focal (que puede ser conocida para una cámara en particular) y distorsión de lente. A partir de esta calibración de la cámara, o como se recupera de una calibración o especificación anterior, puede definirse una matriz intrínseca de la cámara. La matriz intrínseca de la cámara puede utilizarse junto con una matriz extrínseca de la cámara que define la rotación y la traslación del marcador con respecto a la cámara. Tenga en cuenta que el uso del término "intrínseco" aquí difiere del uso del término "intrínseco" en la descripción del sistema de coordenadas intrínsecas discutido; aquí en cambio se refiere a parámetros específicos de la cámara.

[0154] Cabe señalar que el procedimiento descrito en el presente documento es flexible con respecto a si se determina una transformación de cámara a BIM o una transformación de BIM a cámara. Por ejemplo, algunas funciones de determinación de la pose de la cámara pueden dar como resultado una transformación de cámara a BIM,CTBIM,que puede convertirse en una transformación de BIM a cámara tomando la inversa de la matriz de transformación, es decir,BIMTC =(CTBIM)<-1>.

Del mismo modo, se pueden aplicar diferentes funciones de determinación de la pose de la cámara para determinar los componentes de traslación y rotación de la transformación. En ciertos casos, puede utilizarse un sistema de cámaras múltiples (es decir, más de una cámara que suministra datos de imagen). Este sistema de cámaras múltiples puede ser un sistema de cámaras estéreo. En este caso, el sistema de cámaras múltiples puede utilizarse para determinar la profundidad, por ejemplo, de uno o varios puntos del marcador. Esto puede proporcionar una detección de marcadores más precisa y una mayor exactitud de la transformación.

[0156] En un caso, puede determinarse una transformación BIM a cámara determinando una transformación marcador a cámara,MTC, que puede ser emitida por una función de determinación de la pose de la cámara, y una transformación BIM a marcador,BIMTM, por ejemploBIMTC = BIMTM.MTC.Aquí, la transformación de BIM a marcador,BIMTM, puede determinarse basándose en la ubicación del marcador dentro del sistema de coordenadas BIM 512, por ejemplo, tal como se mide utilizando una estación total como se describe con referencia a las Figuras 4A y 4B. La transformación de marcador a cámara,MTC, puede estar compuesta por el producto de la matriz intrínseca de la cámara y la matriz extrínseca de la cámara.

[0158] Tras, o en paralelo con, la determinación de la transformación BIM a cámara,BIMTC, basada en la ubicación del marcador 2D 540 dentro de la imagen 570, también se determina una transformación cámara a posicionamientoCTPSentre el origen del sistema de coordenadas centrado en la cámara 522 y el origen del sistema de coordenadas de posicionamiento 534 utilizado por el sistema de posicionamiento. Esto permite entonces que una posición y orientación definidas dentro del sistema de coordenadas centrado en la cámara 522, es decir, en relación con la cámara, sean asignadas a una posición y orientación definidas dentro del sistema de coordenadas de posicionamiento 534, es decir, en relación con la representación de pose utilizada por el sistema de posicionamiento. En los presentes ejemplos, la transformación de cámara a posicionamientoCTPSse determina basándose en una especificación de la relación espacial entre el conjunto para la cabeza 530 y la cámara 520, por ejemplo, basándose en un acoplamiento rígido conocido entre ambos, en el que la cámara es llevada por un usuario y se mueve con el conjunto para la cabeza. Esta relación espacial puede basarse en un desplazamiento definido entre el punto central 532 y la cámara 520, por ejemplo, un desplazamiento definido y una posición en la cámara 520 que se considera el punto de "orificio estenopeico" y, por tanto, el origen del sistema de coordenadas centrado en la cámara. La especificación de la relación espacial puede basarse en una especificación de fabricación, tal como un diseño CAD para el casco de seguridad 200, y/o en dimensiones conocidas de la cámara 520. De este modo, la transformación de cámara a posicionamientoCTPSpuede definirse como parte de los datos de configuración del conjunto para la cabeza 530. En ciertos casos, el conjunto para la cabeza 530 puede ser diseñado de tal manera que la cámara 520 este rígidamente montada con las tres dimensiones ortogonales del sistema de coordenadas centrado en la cámara siendo paralelo a las tres dimensiones ortogonales del sistema de coordenadas de posicionamiento (por ejemplo, la lente de la cámara 520 puede estar alineada para ser paralela a un eje de adelante hacia atrás del casco de seguridad 200 como se muestra en la FIG.2A). En este caso, la transformación de cámara a posicionamientoCTPSsólo tiene términos de traslación. En el caso mostrado en la FIG.2A, puede haber sólo un desplazamiento de profundidad y altura (por ejemplo, en las dimensiones y<PS>y z<PS>) y en otros casos puede haber sólo un desplazamiento de profundidad. Mediante el montaje preciso de la cámara 520, se puede garantizar una precisión milimétrica.

[0160] En ciertas variaciones, la transformación de cámara a posicionamiento,CTPS, puede determinarse mediante métodos de procesamiento de visión por ordenador. Por ejemplo, puede haber ruido en el sistema de posicionamiento y en la adquisición de imágenes a través de la cámara 520. Sin embargo, a lo largo del tiempo y de múltiples imágenes, y mediante la correlación de la información de imagen obtenida con la cámara 520 y la información de posicionamiento obtenida con el sistema de posicionamiento, se puede determinar la posición relativa del origen de la cámara con respecto al punto central 532.

[0162] Volviendo a la FIG.5A, una vez determinadas la transformación BIM a cámara,BIMTC, y la transformación cámara a posicionamiento,CTPS,pueden utilizarse para determinar la transformación BIM a posicionamiento,BIMTPScomo se ha descrito anteriormente. La transformación de BIM a posicionamiento,BIMTPS,puede calcularse entonces como el producto punto de las dos transformacionesBIMTPS= BIMTC . CTPS.

[0164] El procedimiento para determinar la transformación de BIM a posicionamiento,BIMTPS,puede realizarse una o varias veces. En el primer caso, el procedimiento descrito con referencia a la FIG. 5A puede realizarse en respuesta a la detección de un marcador 2D dentro de una imagen 570 (o, en un caso básico, en respuesta a un comando de usuario mientras se enfrenta al marcador 2D). En el segundo caso, el procedimiento puede realizarse en segundo plano durante el movimiento dentro de la obra de construcción. En este segundo caso, el procedimiento puede ejecutarse en paralelo con el sistema de posicionamiento como un servicio de fondo independiente, en el que la salida en forma de una última versión de la transformación BIM a posicionamiento,BIMTPS,se pone a disposición de un motor de modelos que utiliza dicha transformación se utiliza para representar una imagen virtual del modelo de información de construcción en relación con la pose del conjunto para la cabeza en la pantalla montada en la cabeza. En este segundo caso, el procedimiento puede repetirse para cada marcador 2D detectado con el fin de calcular iterativamente la transformación de BIM a posicionamiento. Esto puede implicar repetidas visualizaciones del mismo marcador 2D (es decir, cuando el mismo marcador se captura en diferentes imágenes) y/o visualizaciones de diferentes marcadores 2D dentro de la obra de construcción (tal como los múltiples marcadores mostrados en las FIGS.3B, 3D y 3F). En ambos casos, se puede obtener una pluralidad de estimaciones para la transformación de BIM a posicionamiento mientras se sigue el conjunto para la cabeza con el sistema de posicionamiento. Estas pueden almacenarse y utilizarse como parte de un procedimiento de optimización de paquetes para determinar una única transformación de BIM a posicionamiento para su uso en la representación del BIM. La optimización de paquetes puede aumentar la precisión de la transformación de BIM a posicionamiento optimizando sobre un conjunto de mediciones con ruido, por ejemplo, debido al ruido del sistema de posicionamiento, el ruido de la cámara o imprecisiones de cálculo. Esto puede ocurrir de forma transparente tanto para el sistema de posicionamiento como para el motor de modelos del conjunto para la cabeza. Cabe señalar que la transformación de BIM a posicionamiento puede determinarse a través de un primer procedimiento de calibración, y la visualización de una versión de realidad aumentada del BIM puede realizarse utilizando la transformación de BIM a posicionamiento en un procedimiento separado que opera sobre fotogramas de vídeo capturado sin detección de marcadores.

[0166] En ciertos ejemplos, el sistema de posicionamiento forma parte de una pluralidad de sistemas de posicionamiento utilizados por el conjunto para la cabeza. Estos pueden comprender sistemas de posicionamiento del mismo tipo o de tipos diferentes. Los sistemas de posicionamiento pueden seleccionarse entre uno o más de los siguientes ejemplos no limitativos: un sistema de seguimiento por identificador de radiofrecuencia (RFID) que incluya al menos un sensor RFID acoplado al conjunto para la cabeza; un sistema de posicionamiento de dentro hacia afuera que incluya uno o varios dispositivos de baliza emisores de señales externos al conjunto para la cabeza y uno o varios sensores receptores acoplados al conjunto para la cabeza; un sistema de posicionamiento global; un sistema de posicionamiento implementado mediante una red inalámbrica y uno o varios receptores de red acoplados al conjunto para la cabeza; y un sistema de ubicación y asignación simultáneos (SLAM) basado en una cámara. Por ejemplo, el conjunto para la cabeza puede utilizar dos sistemas de posicionamiento SLAM diferentes, un sistema de posicionamiento SLAM y un sistema de posicionamiento RFID, un sistema de posicionamiento RFID y un sistema de posicionamiento WiFi, o dos sistemas de posicionamiento de volúmenes seguidos diferentes que cubran volúmenes seguidos superpuestos. En estos casos, puede determinarse una transformación de BIM a posicionamiento para cada sistema de posicionamiento utilizando el mismo procedimiento. Por ejemplo, cada sistema de posicionamiento puede tener un sistema de coordenadas diferente. En ciertos casos, una cámara común 260 o 520 puede ser utilizada y así una relación espacial definida diferente puede ser definida y/o calculada para cada sistema de posicionamiento. El procedimiento descrito proporciona una implementación particularmente eficiente cuando se utilizan múltiples sistemas de posicionamiento, ya que la transformación de BIM a cámara sólo necesita determinarse una vez para el conjunto de múltiples sistemas de posicionamiento, por ejemplo, sólo la transformación de cámara a posicionamiento puede diferir para cada sistema de posicionamiento. Como tal alineación de múltiples sistemas de posicionamiento de una variedad de tipos puede tomar ventaja de un único procedimiento de configuración. Esto puede evitar la necesidad de realizar diferentes procedimientos de configuración para cada sistema de posicionamiento, lo que puede resultar extremadamente oneroso para el usuario.

[0168] Método para configurar un conjunto para la cabeza

[0169] La FIG.6 muestra un método 600 de configuración de un conjunto para la cabeza para la visualización de un modelo de información de construcción (BIM) en una obra de construcción. El método 600 puede realizarse para implementar el procedimiento mostrado en la FIG.5A. Como tal, los detalles del procedimiento descrito con referencia a la FIG.5A también pueden aplicarse al presente método. El método puede usarse con ejemplos descritos con respecto a las FIGS.1A a 2B, tal como el casco de seguridad 200 y las gafas de realidad aumentada 250 de la FIG.2A, en el que los circuitos electrónicos de la FIG.2B, tal como uno o más de los procesadores 208 y 268, implementan el método mediante la ejecución de un código de programa informático. En otros casos, el método 600 puede implementarse con otro o con hardware modificado. En todavía otros casos, al menos algunos de los bloques del método 600 pueden realizarse a través de un sistema distribuido.

[0171] El método 600 comienza en el bloque 610. El bloque 610 puede realizarse cuando un usuario enciende o lleva puesto el conjunto para la cabeza dentro de un entorno en el que un sistema de posicionamiento sigue la posición del conjunto para la cabeza. Como se muestra en la línea de puntos, el método 600 también puede repetirse durante el uso, en el que el método comienza en el bloque 610 para cada repetición del método 600. A continuación, en el bloque 612, se determina la pose del conjunto para la cabeza mediante el sistema de posicionamiento. Esto puede reflejar un seguimiento continuo del conjunto para la cabeza dentro del entorno utilizando el sistema de posicionamiento. Por ejemplo, el bloque 612 puede realizarse accediendo a una pose del conjunto para la cabeza que es actualizada continua o periódicamente por el sistema de posicionamiento. El sistema de posicionamiento comprende un conjunto de dispositivos sensores acoplados al conjunto para la cabeza, y puede comprender cualquier sistema de posicionamiento conocido, incluyendo los aquí descritos (por ejemplo, sistemas SLAM, sistemas basados en balizas, sistemas de seguimiento de marcadores, etc.). El sistema de posicionamiento determina la pose del conjunto para la cabeza con respecto a un origen de un sistema de coordenadas utilizado por el sistema de posicionamiento. Por ejemplo, el sistema de posicionamiento puede representar un volumen donde el conjunto para la cabeza está siendo seguido como un volumen 3D con un origen predefinido. Como se describió anteriormente, el origen predefinido puede establecerse en una ubicación en la que se inicializó el conjunto para la cabeza (por ejemplo, la pose en el bloque 610) o puede establecerse con referencia a un dispositivo sensor dentro del volumen, por ejemplo, con respecto a una estación base determinada 102, como se muestra en la FIG. 1A. La pose del conjunto para la cabeza puede comprender una ubicación como coordenada 3D y una orientación, o definirse mediante una coordenada de cuaterniones duales. La orientación puede definirse mediante un vector normal en el sistema de coordenadas del sistema de posicionamiento, un conjunto de ángulos con respecto a ejes dentro del sistema de coordenadas, y/o mediante una coordenada de cuaterniones. Aunque los ejemplos se describen con respecto a seis grados de libertad (por ejemplo, una ubicación y orientación definidas por seis variables), ciertos grados de libertad pueden ser fijos en ciertas implementaciones (por ejemplo, puede haber sólo tres grados de libertad y/o ciertos movimientos pueden estar restringidos).

[0173] En el bloque 614, se obtiene una imagen de un marcador 2D situado dentro de la obra de construcción. La imagen puede obtenerse mediante una cámara acoplada al conjunto para la cabeza mientras el usuario mira alrededor de la obra de construcción. El marcador 2D se coloca con respecto a posiciones definidas dentro de un sistema de coordenadas del modelo de información de construcción. Por ejemplo, el marcador 2D puede ser fijado a una superficie plana de la obra de construcción y su posición medida como se muestra en las FIGS.4A o 4B (por ejemplo, a través de la medición de marcadores de control o de otra manera). Por lo tanto, las posiciones definidas pueden comprender posiciones derivadas de mediciones posteriores a la fijación del marcador 2D. En otros casos, el marcador 2D puede situarse en una posición medida desde una ubicación conocida en la obra de construcción. Por ejemplo, una esquina de un recinto u otra estructura puede tener una posición definida dentro de coordenadas geodésicas (por ejemplo, una latitud, longitud y elevación definidas) que se mide como parte del procedimiento de construcción; en este caso, uno o más marcadores 2D pueden posicionarse con precisión con respecto a esta posición definida. En general, son preferentes los métodos de medición de las FIGS.4A y 4B para una mayor precisión.

[0175] En el bloque 616, se determina una transformación de BIM a cámara. Esto representa una transformación (por ejemplo, representada como un conjunto de términos de rotación y traslación) entre un origen de un sistema de coordenadas utilizado por el BIM y un origen del sistema de coordenadas de la cámara. La determinación se basa en una ubicación del marcador de dos dimensiones dentro de la imagen. Por ejemplo, la imagen puede proporcionarse como entrada a una función de determinación de la pose de la cámara. Esto puede determinar, por ejemplo, a través de la optimización, tal como los métodos de mínimos cuadrados medios, una transformación basada en las ubicaciones de las características dentro de la imagen y las posiciones conocidas de dichas características. Por ejemplo, las características pueden incluir esquinas que pueden detectarse en la imagen y, a continuación, asignarse a posiciones especificadas de esas mismas esquinas en el BIM, por ejemplo, según lo definido por la medición de las ubicaciones de las esquinas y/o las dimensiones conocidas del marcador 2D. Esta transformación puede utilizarse para determinar la transformación de BIM a cámara. Pueden aplicarse diferentes métodos en diferentes implementaciones. En algunos casos, la asignación entre la cámara y el espacio BIM en ambas direcciones puede realizarse determinando primero una transformación en una primera dimensión como una matriz de 4 por 4 o similar (por ejemplo, matrices de rotación y traslación separadas) y hallando después la inversa de esta matriz (por ejemplo, utilizando métodos rápidos de inversión de matrices tal como la Descomposición de Valores Singulares). La transformación de BIM a cámara permite conocer la posición y orientación del origen de la cámara con respecto al sistema de coordenadas BIM. Como se ha descrito anteriormente, la transformación de BIM a cámara puede determinarse directamente o tomando la inversa de una transformación de cámara a BIM. Cabe señalar que en los ejemplos descritos en el presente documento la cámara funciona independientemente del sistema de posicionamiento, es decir, el marcador 2D no es utilizado por el sistema de posicionamiento para determinar una pose del conjunto para la cabeza, sino que el sistema de posicionamiento utiliza un conjunto independiente de sensores y/o un conjunto independiente de funciones de posicionamiento. Por ejemplo, el sistema de posicionamiento puede comprender sensores que no incluyan la cámara y/o los métodos SLAM que utilizan la cámara pueden simplemente utilizar los mismos fotogramas adquiridos pero ejecutarse como procedimientos independientes al bloque 616.

[0177] En el bloque 618, se determina una transformación de cámara a posicionamiento. Esta transformación proporciona una asignación entre el origen del sistema de coordenadas utilizado por la cámara y un origen del sistema de coordenadas utilizado por el sistema de posicionamiento. La transformación se basa en una especificación de la relación espacial (por ejemplo, rígida) entre el conjunto para la cabeza y la cámara. Como se ha descrito anteriormente, esto puede basarse en un montaje fijo de la cámara con respecto al conjunto para la cabeza y/o un desplazamiento determinado (por ejemplo, con 3DOF o 6DOF) entre los orígenes (por ejemplo, basándose al menos en los datos de imagen adquiridos por la cámara y los datos de posicionamiento adquiridos por el sistema de posicionamiento). La transformación de cámara a posicionamiento puede determinarse, por ejemplo, a partir de un diseño CAD para el conjunto para la cabeza.

[0179] En el bloque 620, se determina una transformación de BIM a posicionamiento entre el sistema de coordenadas utilizado por el sistema de posicionamiento y el sistema de coordenadas utilizado por el BIM basándose en la transformación de BIM a cámara y la transformación de cámara a posicionamiento. Esta determinación puede realizarse como se ha descrito anteriormente. Por ejemplo, cada transformación de los bloques 616 y 618 representa una transformación lineal de una coordenada de punto, por lo que puede determinarse una tercera transformación lineal como combinación de las dos transformaciones lineales. La transformación de BIM a posicionamiento se utiliza para asignar el modelo de información de construcción al sistema de coordenadas utilizado por el sistema de posicionamiento para mostrar el modelo de información de construcción visto desde la pose del conjunto para la cabeza determinada mediante el sistema de posicionamiento.

[0181] En el bloque 622, el método 600 puede terminar o puede repetirse (como indica la línea de puntos). Por ejemplo, el método puede repetirse para actualizar continuamente la transformación de BIM a posicionamiento con el fin de garantizar una alineación precisa del BIM en las gafas de realidad aumentada 250. En ciertos casos, el método se repite durante el movimiento del conjunto para la cabeza en la obra de construcción para obtener una pluralidad de estimaciones de la transformación de BIM a posicionamiento. En estos casos, el método 600 puede comprender además la optimización de la pluralidad de estimaciones de la transformación de BIM a posicionamiento para determinar una transformación de BIM a posicionamiento optimizada para su uso en la visualización del modelo de información de construcción. En ciertos ejemplos, la obra de construcción comprende una pluralidad de marcadores de dos dimensiones colocados en diferentes ubicaciones. En estos ejemplos, una pluralidad de estimaciones para la transformación de BIM a posicionamiento puede basarse en la pluralidad de marcadores de dos dimensiones, lo que puede ayudar a reducir el ruido y aumentar la precisión.

[0183] En ciertos ejemplos, el bloque 612 comprende determinar un conjunto de poses para el conjunto para la cabeza utilizando una pluralidad de sistemas de posicionamiento. Cada sistema de posicionamiento puede tener un sistema de coordenadas y un origen diferentes dentro de dicho sistema de coordenadas. En estos ejemplos, los bloques 614 y 616 pueden realizarse como se ha descrito anteriormente, mientras que el bloque 618 puede comprender la determinación de una transformación de cámara a posicionamiento para cada sistema de posicionamiento. Utilizando estas diferentes transformaciones de cámara a posicionamiento y la salida del bloque 616, puede determinarse al menos una transformación para asignar el sistema de coordenadas utilizado por cada sistema de posicionamiento al sistema de coordenadas utilizado por el BIM. En un caso, puede haber una transformación de BIM a posicionamiento diferente para cada sistema de posicionamiento. En otro caso, puede haber uno o varios sistemas de posicionamiento primarios que hayan calculado transformaciones de BIM a posicionamiento y uno o varios sistemas de posicionamiento auxiliares que tengan transformaciones que primero se asignen a los sistemas de coordenadas para el uno o varios sistemas de posicionamiento primarios.

[0185] En ciertos ejemplos, el método 600 puede comprender bloques iniciales que reflejan las mediciones mostradas en las FIGS.4A y 4B. Por ejemplo, el método 600 puede comprender inicialmente bloques de posicionamiento del marcador 2D sobre una superficie plana en la obra de construcción; posicionamiento de al menos tres marcadores de control en relación con el marcador 2D; medición de las ubicaciones de los al menos tres marcadores de control utilizando un dispositivo topográfico; y almacenamiento de las ubicaciones medidas de los al menos tres marcadores de control con referencia al sistema de coordenadas del modelo de información de construcción. En este caso, se define la relación espacial entre los al menos tres marcadores de control y el marcador 2D. Por ejemplo, los marcadores de control pueden formar parte del marcador 2D como en la FIG. 3E o pueden estar situados a una distancia definida del marcador 2D como en las FIGS.3A y 3C.

[0187] En ciertos ejemplos, el bloque 616 comprende la detección de un conjunto de esquinas para el marcador de dos dimensiones y la asignación de al menos tres coordenadas de esquinas de dos dimensiones a las ubicaciones correspondientes de las esquinas definidas en el sistema de coordenadas del BIM. El conjunto de esquinas puede definirse mediante datos que indiquen un conjunto de coordenadas de dos dimensiones de las esquinas con respecto a la imagen. El bloque 616 también puede comprender la extracción de información codificada del marcador de dos dimensiones y la utilización de la información codificada extraída para determinar las posiciones definidas dentro del sistema de coordenadas del BIM.

[0189] En ciertas variaciones de cualquiera de los ejemplos descritos en el presente documento, los marcadores del equipo topográfico, tales como los marcadores de estación total, se colocan alrededor (o integrados dentro) de un marcador de dos dimensiones. En un caso, se utiliza equipo topográfico para medir las ubicaciones de los marcadores del equipo topográfico, por ejemplo, como se muestra en las Figuras 4A y 4B. En este caso, una vista capturada de uno o más de los marcadores del equipo topográfico y del marcador de dos dimensiones utilizando la cámara, por ejemplo, la cámara 520 de la Figura 5B, puede utilizarse para "unir" las ubicaciones medidas de los marcadores del equipo topográfico, obtenidas utilizando el equipo topográfico, al marcador de dos dimensiones, de forma que las ubicaciones medidas y el marcador de dos dimensiones detectado puedan utilizarse para derivar una transformación de BIM a sistema de posicionamiento, tal como se describe en el presente documento.

[0191] La unión de los marcadores del equipo topográfico y el marcador de dos dimensiones puede realizarse de diferentes maneras. En variaciones preferentes, la unión comprende transmitir las ubicaciones medidas de los marcadores del equipo topográfico desde el equipo topográfico a un conjunto para la cabeza como se describe en el presente documento. Por ejemplo, se pueden medir tres o cuatro marcadores de estación total utilizando una estación total. Las ubicaciones de los marcadores pueden medirse en un orden predefinido (por ejemplo, arriba a la izquierda, arriba a la derecha, abajo a la izquierda y abajo a la derecha). La medición puede vincularse, en la estación total, con un identificador. Este identificador puede ser un identificador codificado dentro del marcador de dos dimensiones o un identificador asociado mediante programación con un identificador codificado dentro del marcador de dos dimensiones (por ejemplo, mediante una búsqueda en una base de datos). Enlazar la medición puede comprender la introducción de una referencia en la estación total o en una interfaz asociada a la estación total. Más tarde, cuando una cámara en el conjunto para la cabeza (tal como 260 o 520) visualiza el marcador de dos dimensiones, el identificador del marcador puede ser decodificado (por ejemplo, utilizando el procesamiento de imágenes estándar o bibliotecas de visión por ordenador). A continuación, el conjunto para la cabeza puede emitir una solicitud a la estación total para las ubicaciones medidas de los marcadores de la estación total y suministrar el identificador decodificado (o un identificador derivado del identificador decodificado) a la estación total a través de un canal inalámbrico (tal como Wi-Fi, Bluetooth<®>, Zigbee<®>o un enlace de red de telecomunicaciones, por ejemplo, a través de Internet). La estación total puede recibir la solicitud y suministrar en respuesta las ubicaciones medidas asociadas con el identificador recibido. De este modo, las ubicaciones medidas de los marcadores del equipo topográfico pueden transferirse fácilmente del equipo topográfico al conjunto para la cabeza para realizar la calibración. De este modo, se evita la necesidad de almacenar las ubicaciones medidas de los marcadores del equipo topográfico en una memoria intermedia de estado sólido y/o descargar las mediciones a un dispositivo informático para su posterior transferencia al conjunto para la cabeza (aunque en otras variaciones pueden utilizarse alternativamente estos enfoques). Cabe señalar que puede haber diferentes métodos para transferir de forma inalámbrica las mediciones entre el equipo topográfico y el conjunto para la cabeza en función de la configuración de cada dispositivo. Por ejemplo, en un caso una estación total puede responder con una pluralidad de mediciones que están indexadas por diferentes identificadores y estos pueden ser transmitidos al conjunto para la cabeza. En este caso, el conjunto para la cabeza puede determinar qué conjuntos de mediciones se refieren a una vista actual de la cámara. En otro caso, una transformación inicial o preexistente de BIM a posicionamiento puede estar presente en el conjunto para la cabeza. Esto puede permitir determinar la ubicación aproximada de los marcadores dentro del sistema de coordenadas BIM. A continuación, el conjunto para la cabeza puede seleccionar un conjunto de mediciones que se acerquen más a esta ubicación aproximada. A continuación, se puede utilizar un orden de medición predefinido (por ejemplo, como se ha descrito anteriormente) para vincular las mediciones individuales a los marcadores de equipos topográficos vistos.

[0193] Los ejemplos descritos en el presente documento aportan mejoras con respecto a enfoques de calibración comparativos para la visualización de un BIM de realidad aumentada. Los ejemplos pueden usar el hecho de que ciertas estructuras clave dentro de una obra de construcción, tales como paredes y columnas, son topografiadas en puntos de hito iniciales durante la construcción. El presente método añade la colocación y medición de marcadores 2D como parte de esta topografía existente. Por ejemplo, una vez configurada una estación total en un espacio, la realización de múltiples mediciones de un marcador de control adicional es relativamente rápida (por ejemplo, del orden de segundos). Estos marcadores 2D pueden utilizarse para configurar rápidamente un conjunto para la cabeza para visualizar el BIM durante la construcción posterior, tal como una construcción interior donde se desea una colocación precisa de los acabados. Un conjunto para la cabeza que comprende una cámara y dispositivos sensores para un sistema de posicionamiento es capaz de ver los marcadores 2D y determinar rápidamente la posición de la cámara con respecto al marcador 2D en la superficie plana. La cámara puede ser una adición de especificación relativamente baja a un conjunto para la cabeza existente y/o puede formar parte de un sistema de posicionamiento implementado. La posición de la cámara con respecto al marcador 2D en la superficie plana puede entonces ser asignada a una ubicación del conjunto para la cabeza definida dentro de un sistema de coordenadas utilizado por el sistema de posicionamiento basado en propiedades espaciales conocidas o calculadas del conjunto para la cabeza. Esto permite determinar una transformación entre el BIM y el sistema de posicionamiento sin necesidad de una herramienta de calibración, por ejemplo, un usuario no necesita colocar una herramienta de calibración en tres o cuatro puntos conocidos para configurar la transformación.

[0195] Si no se indica explícitamente, todas las publicaciones citadas en este documento se incorporan por referencia en el presente documento. Los ejemplos y realizaciones anteriores deben entenderse a modo ilustrativo. Se prevén otros ejemplos y realizaciones. Aunque ciertos componentes de cada ejemplo y realización se han descrito por separado, debe entenderse que la funcionalidad descrita con referencia a un ejemplo o realización puede implementarse adecuadamente en otro ejemplo o realización, y que ciertos componentes pueden omitirse dependiendo de la implementación. Debe entenderse que cualquier característica descrita en relación con cualquier un ejemplo o y realización puede usarse sola, o en combinación con otras características descritas, y también puede usarse en combinación con una o más características de cualquier otro de los ejemplos o y realizaciones, o cualquier combinación de cualquier otro de los ejemplos o y realizaciones. Por ejemplo, las características descritas con respecto a los componentes del sistema también pueden adaptarse para realizarse como parte de los métodos descritos. Además, también pueden emplearse equivalentes y modificaciones no descritas anteriormente sin apartarse del alcance de la invención, que se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un método (600) de configuración de un conjunto para la cabeza para la visualización de un modelo de información de construcción (BIM) en una obra de construcción, el método comprendiendo:

obtener (614) una imagen de un marcador de dos dimensiones situado dentro de la obra de construcción, la imagen siendo obtenida mediante una cámara (260) acoplada al conjunto para la cabeza, el marcador de dos dimensiones siendo colocado con respecto a posiciones conocidas dentro de un sistema de coordenadas del modelo de información de construcción;

en el que el método comprende:

determinar (612) una pose del conjunto para la cabeza utilizando un sistema de posicionamiento, el sistema de posicionamiento comprendiendo un conjunto de dispositivos sensores (202a,...202n) acoplados al conjunto para la cabeza para seguir una posición y orientación del conjunto para la cabeza a lo largo del tiempo, el sistema de posicionamiento determinando la pose del conjunto para la cabeza con respecto a un origen de un sistema de coordenadas utilizado por el sistema de posicionamiento, el sistema de posicionamiento determinando una pose del conjunto para la cabeza independientemente del marcador de dos dimensiones;

determinar (616) una transformación de BIM a cámara (<BIM>T<C>) entre un origen de un sistema de coordenadas utilizado por el modelo de información de construcción y un origen del sistema de coordenadas de la cámara basado en una ubicación del marcador de dos dimensiones dentro de la imagen;

determinar (618) una transformación de cámara a posicionamiento (<C>T<PS>) entre el origen del sistema de coordenadas utilizado por la cámara y un origen del sistema de coordenadas utilizado por el sistema de posicionamiento basado en una especificación de la relación espacial entre el conjunto para la cabeza y la cámara; y

determinar (620) una transformación de BIM a posicionamiento entre el sistema de coordenadas utilizado por el sistema de posicionamiento y el sistema de coordenadas utilizado por el modelo de información de construcción basado en la transformación de BIM a cámara y la transformación de cámara a posicionamiento,

en el que la transformación de BIM a posicionamiento se utiliza para asignar el modelo de información de construcción al sistema de coordenadas utilizado por el sistema de posicionamiento para visualizar el modelo de información de construcción visto desde la pose del conjunto para la cabeza determinada utilizando el sistema de posicionamiento.

2. El método (600) de la reivindicación 1, en el que el marcador de dos dimensiones se posiciona en relación con un conjunto de marcadores de control, teniendo el conjunto de marcadores de control coordenadas definidas dentro del sistema de coordenadas del modelo de información de construcción, y el método comprende:

posicionar el marcador de dos dimensiones sobre una superficie plana en la obra de construcción;

posicionar al menos tres marcadores de control en relación con el marcador de dos dimensiones;

medir las ubicaciones de los al menos tres marcadores de control mediante un dispositivo topográfico; y almacenar las ubicaciones medidas de los al menos tres marcadores de control con referencia al sistema de coordenadas del modelo de información de construcción,

en el que se define la relación espacial entre los al menos tres marcadores de control y el marcador de dos dimensiones.

3. El método (600) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que la determinación de una transformación de BIM a cámara comprende:

detectar un conjunto de esquinas para el marcador de dos dimensiones, estando el conjunto de esquinas definido por datos que indican un conjunto de coordenadas de esquina de dos dimensiones con respecto a la imagen; y asignar al menos tres del conjunto de coordenadas de esquina de dos dimensiones las ubicaciones correspondientes de las esquinas definidas en el sistema de coordenadas del modelo de información de construcción para determinar la transformación de BIM a cámara.

4. El método (600) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los orígenes se definen con seis grados de libertad y las transformaciones se definen como transformaciones matriciales con términos de rotación y traslación.

5. El método (600) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la obra de construcción comprende una pluralidad de marcadores de dos dimensiones posicionados en diferentes ubicaciones, y en el que el método se repite durante el movimiento del conjunto para la cabeza en la obra de construcción para obtener una pluralidad de estimaciones para la transformación de BIM a posicionamiento, y en el que el método comprende además:

optimizar la pluralidad de estimaciones de la transformación de BIM a posicionamiento para determinar una transformación de BIM a posicionamiento optimizada para su uso en la visualización del modelo de información de construcción.

6. El método (600) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el conjunto para la cabeza forma parte de un casquete de construcción, y uno de:

el conjunto de dispositivos sensores comprende al menos una cámara (260), y el sistema de posicionamiento comprende un sistema simultáneo de localización y asignación;

el conjunto de dispositivos sensores comprende una pluralidad de marcadores montados en una superficie externa del casquete de construcción, en el que el sistema de posicionamiento comprende un conjunto de cámaras (202a,...202n) para detectar la radiación electromagnética procedente de la pluralidad de marcadores para seguir el conjunto para la cabeza dentro de un volumen seguido; y

el conjunto de dispositivos sensores comprende una pluralidad de dispositivos sensores montados en una superficie externa del casquete de construcción, en el que el sistema de posicionamiento comprende un conjunto de dispositivos de baliza externos que emiten uno o más haces de radiación electromagnética que son detectados por la pluralidad de dispositivos sensores para seguir el conjunto para la cabeza dentro de un volumen seguido.

7. El método (600) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,

en el que la determinación de una pose del conjunto para la cabeza utilizando un sistema de posicionamiento comprende la determinación de un conjunto de poses para el conjunto para la cabeza utilizando una pluralidad de sistemas de posicionamiento, teniendo cada sistema de posicionamiento un sistema de coordenadas y un origen diferentes dentro de dicho sistema de coordenadas;

en el que la determinación de una transformación de cámara a posicionamiento comprende la determinación de una transformación de cámara a posicionamiento para cada sistema de posicionamiento; y

en el que la determinación de una transformación de BIM a posicionamiento comprende la determinación de al menos una transformación para asignar el sistema de coordenadas utilizado por cada sistema de posicionamiento al sistema de coordenadas utilizado por el modelo de información .de construcción.

8. El método (600) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que las posiciones y orientaciones se definen utilizando coordenadas de cuaterniones duales.

9. El método (600) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende:

extraer información codificada del marcador de dos dimensiones; y

utilizar la información codificada extraída para determinar las posiciones definidas dentro del sistema de coordenadas del modelo de información de construcción.

10. Un conjunto para la cabeza (530) para su uso en la construcción en una obra de construcción, el conjunto para la cabeza comprendiendo:

un artículo de prenda para la cabeza;

una o más cámaras (520);

una pantalla montada en la cabeza para visualizar una imagen virtual de un modelo de información de construcción (BIM); y

un sistema de control electrónico que comprende al menos un procesador para:

obtener (614) una imagen (570) de un marcador de dos dimensiones (540) posicionado dentro de la obra de construcción a partir de la cámara (520), estando el marcador de dos dimensiones (540) posicionado con respecto a posiciones definidas dentro de un sistema de coordenadas del modelo de información de construcción;

el conjunto para la cabeza (530) que comprende:

un conjunto de dispositivos sensores para un sistema de posicionamiento, el conjunto de dispositivos sensores operando para seguir una posición y orientación (532) del conjunto para la cabeza en la obra de construcción a lo largo del tiempo con respecto a un origen de un sistema de coordenadas (534) utilizado por el sistema de posicionamiento;

en el que el sistema de control electrónico comprende al menos un procesador para:

determinar (612) una pose del conjunto para la cabeza utilizando el sistema de posicionamiento, determinando el sistema de posicionamiento una pose del conjunto para la cabeza independientemente del marcador de dos dimensiones;

determinar (616) una transformación de BIM a cámara entre un origen de un sistema de coordenadas (512) utilizado por el modelo de información de construcción y un origen del sistema de coordenadas (522) utilizado por la cámara basado en una ubicación del marcador de dos dimensiones (540) dentro de la imagen (570);

determinar (618) una transformación de cámara a posicionamiento entre el origen del sistema de coordenadas (522) utilizado por la cámara y un origen del sistema de coordenadas utilizado por el sistema de posicionamiento (534) basado en una especificación de la relación espacial entre el conjunto para la cabeza y la cámara (520); y determinar (620) una transformación de BIM a posicionamiento entre el sistema de coordenadas (534) utilizado por el sistema de posicionamiento y el sistema de coordenadas (512) utilizado por el modelo de información de construcción basado en la transformación de BIM a cámara y la transformación de cámara a posicionamiento,

en el que la transformación de BIM a posicionamiento se utiliza para representar una imagen virtual del modelo de información de construcción en relación con la pose del conjunto para la cabeza en la pantalla montada en la cabeza.

11. El conjunto para la cabeza (530) de la reivindicación 10, en el que las posiciones de un conjunto de esquinas (572) del marcador de dos dimensiones se definen dentro del modelo de información de construcción y el marcador de dos dimensiones se fija a una estructura en la obra de construcción que se define dentro del modelo de información de construcción.

12. El conjunto para la cabeza (530) de la reivindicación 11, en el que el marcador de dos dimensiones (540) se posiciona dentro de la obra de construcción en relación con una pluralidad de marcadores de control, en el que las coordenadas medidas de la pluralidad de marcadores de control se utilizan para determinar las posiciones definidas dentro del sistema de coordenadas del modelo de información de construcción.

13. El conjunto para la cabeza (530) de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que el sistema de control electrónico está configurado además para:

obtener una pluralidad de estimaciones para la transformación de BIM a posicionamiento mientras el conjunto para la cabeza es seguido con el sistema de posicionamiento; y

14. El conjunto para la cabeza (530) de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que el sistema de posicionamiento forma parte de uno o más sistemas de posicionamiento acoplados al conjunto para la cabeza, y en el que el sistema de control electrónico está configurado para determinar una transformación de BIM a posicionamiento para cada uno de los uno o más sistemas de posicionamiento.

15. Un programa de ordenador que comprende instrucciones que, cuando son ejecutadas por al menos un procesador, hacen que el al menos un procesador realice el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.