Augmented reality as a component of participation in shaping the architectural space

2019

2(58)

DOI: 10.5277/arc190207

Rafał Mazur*, Maciej Piekarski**, Szymon Filipowski***

Rzeczywistość rozszerzona

jako element partycypacji

w kształtowaniu przestrzeni architektonicznej

Augmented reality

as a component of participation

in shaping the architectural space

Wprowadzenie

Istotą rzeczywistości rozszerzonej jest współobecność

obiektów realnych oraz ich wirtualnych reprezentacji,

wytwarzająca iluzję postrzegania jako naturalne obiek-

tów, które nie występują w rzeczywistości. We współ-

czesnym kontekście pojęcie rzeczywistości rozszerzonej

odnosi się do powiązania świata rzeczywistego z kom-

ponentami generowanymi komputerowo. Jej zastosowa-

nie w procesie projektowym, dotyczącym ważnych pod

względem społecznym elementów miasta, może stworzyć

lepsze niż dotychczas warunki powszechnej partycypa cji.

Za pomocą rzeczywistości rozszerzonej osoby niezazna-

jomione z technikami gracznymi będą mogły w prosty

sposób odczytać zamierzone rozwiązania przestrzenne

lub uczestniczyć w samym procesie projektowym.

Introduction

The essence of augmented reality is the coexistence of

real objects and their virtual representations, which pro-

duce the illusion of perception as natural of the objects

that do not exist in reality. In the contemporary context,

the concept of augmented reality refers to the relationship

of the real world with computer-generated components.

Its use in the process of design of the elements of the city,

which are important in social terms, can create conditions

of social participation in this process, better than before.

People unfamiliar with the techniques of presentation of

the projects will be able, in an easy way, to read the de-

signed space, or indeed participate in the design process,

with the help of augmented reality.

Visualization of the architectural form

– authenticity and deception

In hitherto practice, the models, drawings, as well as

the images generated by the tools of computer graphics,

were used for the presentation and verication of archi-

tectural designs. The model, due to its three-dimensional-

ity, gives the most appropriate presentation of the propor-

tions of the designed object, but does not allow perceiving

it from the perspective of the future observer, because

of its realisation in the substantially reduced scale. Pla-

nar graphic representations bring the viewer closer to the

* ORCID: 0000-0002-6766-0607. Wydział Budownictwa, Inży-

nierii Środowiska i Architektury Politechniki Rzeszowskiej/Faculty of

Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszow Uni-

versity of Technology.

** ORCID: 0000-0002-9788-1099. Wydział Budownictwa, In ży-

nierii Środowiska i Architektury Politechniki Rzeszowskiej/Faculty of

Civil and Environmental Engineering and Architecture, Rzeszow Uni-

versity of Technology.

*** ORCID: 0000-0001-6686-4176. Wydział Architektury Poli-

tech niki Krakowskiej/Faculty of Architecture, Cracow University of

Tech nology.

86 Rafał Mazur, Maciej Piekarski, Szymon Filipowski

Wizualizacja formy architektonicznej

– autentyzm i zwodniczość

W dotychczasowej praktyce, w roli mediów służących

do prezentacji i werykacji projektów architektonicznych

wykorzystywane były makiety, rysunki oraz obrazy genero-

wane za pomocą narzędzi graki komputerowej. Makieta,

ze względu na swoją trójwymiarowość, pozwala na najbar-

dziej prawidłowe odwzorowanie proporcji projektowanego

obiektu, lecz z powodu wykonania w znacznym pomniej-

szeniu nie umożliwia jego percepcji z perspektywy przy-

szłego obserwatora. Wizualizacje graczne przedstawione

na płaszczyźnie przybliżają widza do przewidywanego

przeżycia estetycznego o wiele bardziej, ale dają twórcom

szersze pole do nadużyć w prezentowaniu swoich projek-

tów. Nierzadko zdarza się, iż zrealizowane budynki znacz-

nie różnią się od form architektonicznych pokazywanych

na etapie projektowym. Często konsekwencją jest społecz-

ne rozczarowanie nowo powstałą przestrzenią architekto-

niczną. Dotyczy to zarówno drobnych inwestycji, jak i bu-

dyn

ków mających szczególny wpływ na krajobraz miasta.

Ewidentnym przykładem jest zrealizowany w Warszawie

ponad stumetrowy budynek mieszkalny Złota 44 zapro-

jektowany przez Daniela Libeskinda. Realizacja wysoko-

ściowca była szeroko dyskutowana zarówno w środowisku

architektów, jak i mieszkańców niezwiązanych zawodowo

z budownictwem. Budynek autorstwa światowej sławy

projektanta budził wielkie nadzieje na powstanie architek-

tonicznej ikony

mogącej w pozytywny sposób oddziały-

wać na przestrzeń w centrum Warszawy. Prezentowane

przez dewelopera wizualizacje zapowiadały wyjątkowy

obiekt i wzbudzały powszechny entuzjazm towarzyszą-

cy budowie wieżowca. Rozczarowanie pojawiło się wraz

z ukończeniem fasady budynku. Na portalach społeczno-

ściowych oraz w lokalnej prasie publikowano zestawienie

wizualizacji oraz realnego zdjęcia apartamentowca (il. 1).

anticipated aesthetic experience, but give the architects

a broader eld for abuses in showcasing their projects.

It is not uncommon that the completed buildings differ

signicantly from the architectural forms, which had

been presented at the design stage. Often, this results is

social disappointment with the newly created architec-

tural space. This applies both to small objects, as well

as buildings of special importance to the city landscape.

A clear example is the more than one hundred-meter high

apartment building Złota 44, which has been realized in

Warsaw and designed by Daniel Libeskind. Realization

of this skyscraper was widely discussed among both the

architects, as well as inhabitants not professionally asso-

ciated with the building industry. The building, designed

by a world-famous architect, aroused many hopes for the

creation of an architectural icon, which would affect posi-

tively the space in the center of Warsaw. The visualiza-

tions, presented by the developer, foretold the creation of

a unique object, and they aroused widespread enthusiasm

accompanying the construction of the skyscraper. Disap-

pointment came with the realization of the facade of the

building. A comparison of visualization and real photos

of the apartment building appeared on social networks

and in local newspapers (Fig. 1). The architecture critic

Tomasz Malkowski reminded the often overlooked fact

that the visualizations create an unreal image of architec-

ture (after: [1]).

The presentation of architecture using a two-dimen-

sional image is a big threat not only in the evaluation pro-

cess of the project, but also in the design process itself

[2]. The drawing, which was originally an auxiliary tool

for the builders, eventually became an essential element

of every project. Parthenon, being for many architects an

unparalleled model of proportions, was probably not de-

signed in a graphical form [3]. The builders of the Gothic

cathedrals used sketches, which facilitated the work on

Il. 1. Zestawienie wizualizacji

i realizacji budynku Złota 44

w Warszawie,

proj. D. Libeskind, rok 2003

(źródło: www.warszawa.

naszemiasto.pl)

Fig. 1. A juxtaposition of visua-

lization and implementation of

the Złota 44 building in Warsaw,

design by D. Libeskind, 2003

(source: www.warszawa.

naszemiasto.pl)

Rzeczywistość rozszerzona /Augmented reality 87

Przy tej okazji rozpoczęła się dyskusja na temat wizu-

alizacji. Krytyk architektury Tomasz Malkowski przypo-

mniał często pomijany fakt, że wizualizacje tworzą nie-

rzeczywisty obraz architektury (za: [1]).

Przedstawianie architektury za pomocą dwuwymiaro-

wego obrazu jest dużym zagrożeniem nie tylko w pro-

cesie oceny projektu, lecz również w samym procesie

projektowym [2]. Rysunek, który początkowo był dla

budowniczych narzędziem pomocniczym, stał się w koń-

cu podstawowym elementem każdego projektu. Partenon

– dla wielu architektów niedościgniony wzór proporcji –

powstał prawdopodobnie bez projektu w formie gracz-

nej [3]. Przy wznoszeniu gotyckich katedr posługiwano

się szkicami, które ułatwiały pracę nad skomplikowany-

mi konstrukcjami, lecz wiele decyzji było podejmowa-

nych przez mistrzów murarskich bezpośrednio podczas

budowy. Od czasów Andrei Palladia rysunek zdomino-

wał pracę architekta. Warto dodać, że sam Palladio uży-

wał tego narzędzia tylko w celu wzbogacenia swojego

warsztatu i miał pełną kontrolę nad procesem realizacji,

jednak wraz z rozwojem perspektywy i innych technik

przedstawiania przestrzeni architekci, zamykając się

w pracowniach, stopniowo oddalili się od realnego świa-

ta budowy [4].

Iluzoryczne odwzorowanie rzeczywistości za pomocą

dwuwymiarowego obrazu wydaje się szczególnym pro-

blemem w procesie oceny i werykacji projektu przez

osoby niezwiązane zawodowo z tworzeniem architektu-

ry. Zalicza się do nich większość członków lokalnych

społeczności, które w rezultacie przyswajania popularnej

idei społeczeństwa obywatelskiego chcą realnie wpływać

na przemiany środowiska zamieszkania. Lokalna spo-

łeczność jest nie tylko głównym inwestorem publicznych

przedsięwzięć budowlanych, lecz faktycznie właścicie -

lem przestrzeni publicznej, której elementami składo-

wymi są również budynki prywatne. Fasady wszelkich

obiek tów są na tyle zintegrowane z ogólnodostępnymi

wnętrzami ulic lub placów, że stanowią element istotny

pod względem estetycznym dla wszystkich użytkow-

ników przestrzeni miejskiej. Planistyczne procesy decy-

zyjne powinny zatem uwzględniać partycypację miesz-

kańców w jej tworzeniu. Warunkiem, aby przebiegała

ona w sposób sprawny, jest zastosowanie odpowied nie-

go narzędzia. Wydaje się, iż w niedalekiej przyszłości

takim narzędziem może być rzeczywistość rozszerzona,

która umożliwi poprawne postrzeganie proporcji projek-

towanego budynku w realnym otoczeniu, co jest utrud-

nione w przypadku rysunków, wizualizacji i pomniejszo-

nych makiet.

Rzeczywistość rozszerzona – nowe medium

Pojęcie rzeczywistość rozszerzona (ang. augmented

rea lity – AR), w kontekście swojej podstawowej funkcji

znaczeniowej odnoszącej się do powiązania świata rze-

czywistego z komponentami generowanymi komputero-

wo, zostało użyte po raz pierwszy w 1992 r. do ok reś-

lenia technologii polegającej na wyświetlaniu obrazu na

transparentnym ekranie (ang. Head-Up Display – HUD),

niezasłaniającym widoku naturalnego otoczenia [5].

complex structures, but many decisions of the mason

masters were made directly during construction. From

the time of Andrea Palladio, the architect’s work has been

dominated by drawings. It is worth noting that Palladio

used this tool only to the enrichment of his workshop

and had full control over the process of implementation,

however, together with the development of perspective

and other techniques of space presentation, the architects

closed themselves in studios, and gradually distanced

themselves from the real world of construction [4].

Illusionary representation of reality by means of a two-

dimensional image appears to be a particular problem in

the process of assessment and verication of the project

by people not professionally involved in the creation of

architecture. These include most of the members of local

communities, who which to have a real inuence on the

transformation of urban space, as a result of acquiring

the popular idea of civil society. The local community is

not only a major investor of public construction projects,

but in fact the owner of the public space, the elements

of which are also private buildings. The facades of all

objects are so integrated with public interiors of streets or

squares that they are an aesthetically important element

for all users of urban space. The decision-making planning

processes should therefore take into account the participa-

tion of citizens in the creation of a common urban space.

The condition that it would proceed in an efcient man-

ner, is to use an appropriate tool. It seems that in the near

future, such a tool could be the augmented reality, which

will enable the correct perception of the proportion of the

designed building in real space, which is difcult in the

case of drawings, visualization, and reduced mock-ups.

Augmented reality – a new medium

The concept of augmented reality (AR), in the context

of its basic semantic function relating to the connection of

the real world with the components generated by a com-

puter, was rst used in 1992 to description of the Head-Up

Display (HUD) technology, which consists in displaying

an image on a transparent screen, which does not inter-

rupt the view on the natural environment [5]. In 1994,

the broader concept of mixed reality (MR) appeared [6],

consisting of augmented reality and of augmented virtual-

ity (AV), as the intermediate stages between the real and

the virtual worlds (Fig. 2).

The difference between reality and virtuality is consid-

ered in three aspects: the distinction of objects represent-

ing a potential object of perception, the way of perceiving

and the reality of the image itself. Taking into account the

rst point of view, objects that objectively exist at the time

of perceiving are considered as the real, and those whose

existence in that time does not have a physical character,

as the virtual. The other perspective distinguishes directly

the perception of the object, i.e. one which takes place ex-

clusively through the organs of vision, as well as indirect

perception, which takes place with the involvement of the

imaging system, using the recording devices and repro-

ducing the image (Window-On-the World – WOW). In

the last aspect, real images are isolated, i.e., they exhibite

88 Rafał Mazur, Maciej Piekarski, Szymon Filipowski

W 1994 r. pojawiło się szersze pojęcie rzeczywistość mie-

szana (ang. mixed reality – MR), na którą składają się

rzeczywistość rozszerzona oraz rozszerzona wirtualność

(ang. augmented virtuality – AV) jako stadia pośrednie

pomiędzy światem rzeczywistym a wirtualnym [6] (il. 2).

Różnice między rzeczywistością i wirtualnością są roz-

patrywane w trzech aspektach: rozróżnienia obiektów sta-

nowiących potencjalny przedmiot percepcji, sposobu per-

cypowania oraz realności samego obrazu. Uwzględniając

pierwszy punkt widzenia, za rzeczywiste są uznawane

obiekty, które w momencie postrzegania obiektywnie ist-

nieją, zaś za wirtualne te, których istnienie w teraźniejszo-

ści nie ma charakteru zycznego. Druga z perspektyw roz-

różnia bezpośrednie postrzeganie obiektu, tj. takie, które

odbywa się wyłącznie za pośrednictwem narządu wzro-

ku, oraz postrzeganie pośrednie, które odbywa się z za-

angażowaniem systemu projekcyjnego wykorzystującego

urządzenia rejestrujące i odtwarzające obraz (ang. Win-

dow-On-the World – WOW). W ostatnim aspekcie wy-

od rębnia się obrazy rzeczywiste, tj. wykazujące pewną

jaskrawość w miejscu intuicyjnie odbieranym jako miej-

sce położenia, oraz wirtualne, tj. niewykazujące w takim

miej scu żadnej jaskrawości. Dodatkowym ograniczeniem

dla obrazu wirtualnego, rozważanego w kontekście rze-

czywistości mieszanej, jest jego przezroczystość, tzn. wy-

móg, aby nie zasłaniał obiektów znajdujących się za nim.

Według kolejnego uściślenia pojęcia [7] rzeczywistość

rozszerzona zapewnia równoczesną obserwację świata

rzeczywistego wraz z nałożonymi nań obiektami wirtu-

alnymi uzupełniającymi świat rzeczywisty, ale go nieza-

stępującymi. Wyróżnikami rzeczywistości rozszerzonej

są połączenie rzeczywistości wirtualnej ze światem real-

nym, interaktywność w czasie rzeczywistym oraz lokali-

zacja obiektów wirtualnych w przestrzeni trójwymiaro-

wej. Oprócz technologii HUD równoprawne jest użycie

tradycyjnego monitora, na którym obraz komputerowo

generowanych obiektów wirtualnych jest nałożony na

obraz realnej rzeczywistości rejestrowanej przez kame-

rę w czasie rzeczywistym. Urządzenia oparte na obec-

ności monitora, a więc telewizory, komputery, tablety,

smartfony itp. są najpowszechniej stosowanymi dotąd

urządzeniami kreującymi rzeczywistość rozszerzoną.

Warunkiem uznania prezentowanego obrazu za projek-

cję rzeczywistości rozszerzonej jest jednoczesność akcji

some brightness in the place intuitively perceived as

the place of location, and virtual, i.e., not showing any

brightness in such a place. An additional limitation of the

virtual image, considered in the context of mixed reality,

is its transparency, i.e., the requirement that it does not

conceal the objects behind it.

According to another specication of the concept [7],

augmented reality provides simultaneous observation of

the real world with virtual objects superimposed upon it,

which support the real world, but do not replace it. Aug-

mented reality is identied by the combination of virtual

reality with the real world, real-time interactivity and lo-

cation of virtual objects in three-dimensional space. In

addition to the HUD technology, the use of a traditional

monitor, where the image of computer-generated virtual

objects is superimposed on the real-life image captured by

the camera in real time, is equivalent. Devices based on

the presence of the monitor, i.e. TVs, computers, tablets,

smartphones, etc., are the most commonly used for crea-

tion of augmented reality. The condition for recognizing

the presented image as a projection of augmented reality

is the simultaneity of the action in the real environment

and its perception by the observer.

The universality of mobile devices creates conditions

for nding a number of applications of augmented reality.

The basis for many of them is the application of the Layar

Reality Browser. Software operation consists in making

the place in the digital space available for content creation

in the segregated layers, which can be read in a relevant

part, as a graphics superimposed on an image recorded by

the camera’s built-in mobile device. The scope of reading

information depends on the preferences of the software

user and his position in space and the orientation of the

camera. The device cooperating with the Layar system

should be equipped with GPS, compass, accelerometer

and built-in camera. Although most current implementa-

tions are related to location and tourist needs, the software

is also used in architectural design [8] and the presenta-

tion of the cultural heritage [9].

Due to the fact that the devices requiring holding in the

hands are not quite comfortable in applications with aug-

mented reality, because they restrict the freedom of the

user, and the degree of involving him in the perception of

the virtual environment is negligible, the work on creat-

ing the optimal equipment ocular (HMD) has been under-

taken for many years. The rst breakthrough in this area

was the introduction to the market of Google Glasses,

designed for presenting two-dimensional informational

graphics in such a way that it was located in the eld

of view of the person watching the natural surroundings

through the person’s own eyesight. Another technology is

based on the use of a smartphone as a monitor, on whose

split screen the separate images are displayed for the

left and right eye. The creation from the smartphone the

HMD device requires placing it in a special housing and

the use of appropriate software. The simplest enclosures

were made of cardboard. More technologically advanced

device is the Samsung Gear. These devices prevent the

observer from direct visual perception of the environment,

replacing it by the reception, with the use of glasses, of

Il. 2. Schemat ciągłości między rzeczywistością i wirtualnością

(rys. R. Mazur)

Fig. 2.The scheme of continuity between reality and virtuality

(drawing by R. Mazur)

Rzeczywistość rozszerzona /Augmented reality 89

w środowisku rzeczywistym i jej percepcji dokonywanej

przez obserwatora.

Powszechność urządzeń mobilnych stwarza warunki

do wielu zastosowań rzeczywistości rozszerzonej. Bazą

dla dużej części z nich jest aplikacja Layar Reality Brow-

ser, której nazwę można przełożyć jako warstwowa prze-

glądarka rzeczywistości. Działanie oprogramowania po-

lega na udostępnieniu w przestrzeni cyfrowej miejsca na

tworzenie zawartości posegregowanej w tzw. warstwy,

która może być odczytywana w odpowiednim zakresie

jako graka nakładana na obraz rejestrowany za pomocą

kamery wbudowanej w urządzenie mobilne. Zakres od-

czytywanej informacji zależy od preferencji użytkownika

oprogramowania oraz jego położenia w przestrzeni i kie-

runku zorientowania kamery. Urządzenie współpracujące

z systemem Layar powinno być wyposażone w moduł

GPS, kompas, akcelerometr oraz wbudowaną kamerę.

Jakkolwiek większość dotychczasowych wdrożeń to za-

stosowania geolokalizacyjno-turystyczne, oprogramowa-

nie wykorzystywane jest również w projektowaniu ar-

chitektonicznym [8] oraz w celu prezentacji dziedzictwa

kulturowego [9].

Ze względu na to, że urządzenia wymagające trzy-

mania w rękach nie są dość wygodne w zastosowaniach

związanych z rzeczywistością rozszerzoną, gdyż ogra-

niczają swobodę użytkownika, zaś stopień wciągnięcia

go w percepcję środowiska wirtualnego jest znikomy, od

lat trwają prace nad stworzeniem optymalnego urządze-

nia okularowego (HMD). Pierwszym przełomem w tym

zakresie było wprowadzenie na rynek okularów Google

Glass przeznaczonych do prezentowania dwuwymiaro-

wej graki informacyjnej w taki sposób, aby znajdowała

się ona w polu widzenia osoby oglądającej otoczenie na-

turalne za pośrednictwem własnego narządu wzroku. Inna

technologia oparta jest na wykorzystaniu smartfona jako

monitora, na którego podzielonym ekranie wyświetlane są

odrębne obrazy dla prawego i lewego oka. Stworzenie ze

smartfona urządzenia typu HMD wymaga umieszczenia

go w specjalnej obudowie oraz zastosowania odpowied-

niego oprogramowania. Najprostsze obudowy, Google

Cardboard, były wykonane z tektury. Konkurencyjnym,

bardziej zaawansowanym technologicznie rozwiązaniem

jest urządzenie Samsung Gear. Oba urządzenia uniemoż-

liwiają obserwatorowi bezpośrednią wzrokową percepcję

otoczenia, zastępując ją odbiorem skompilowanego ob-

razu rzeczywistości rozszerzonej za pomocą okularów.

W tej technologii obiekty wirtualne sprawiają wrażenie

trójwymiarowych. Najbardziej zaawansowanym produk-

tem bazującym na połączeniu technologii WOW i HMD

są gogle Oculus Rift będące zintegrowanym urządzeniem

zapewniającym widzenie stereoskopowe.

Spore nadzieje, w kontekście doskonałości percepcji

rzeczywistości rozszerzonej, są wiązane z okularami Mi-

crosoft Hololens (il. 3). Okulary te są urządzeniem au-

tonomicznym, tzn. wyposażonym we własny komputer

oraz przyrządy niezbędne do precyzyjnego określania

położenia w przestrzeni. Obraz rzeczywistości wirtualnej

jest tu wyświetlany na materiale transparentnym, zaś śro-

dowisko rzeczywiste jest postrzegane przez użytkownika

za pomocą wyłącznie jego własnego narządu wzroku.

a compiled image of augmented reality. In this technology,

virtual objects appear to be three-dimensional. The most

advanced product based on the combination of technol-

ogy WOW and HMD are goggles Oculus Rift, which are

an integrated unit, providing stereoscopic vision.

High hopes, in the context of excellence of augment-

ed reality perception, are associated with the Microsoft

Ho lo lens glasses (Fig. 3). These glasses are an autono-

mous de vice, i.e., equipped with its own computer and

in struments necessary to precise determination of the po -

sition in space, in which the image of virtual reality is

displayed on a transparent material, while the actual en -

viron ment is per ceived by the user only with the use of

his

own eyesight.

A chance for a new quality of public participation

in the planning process

With the development of technology of augmented re-

ality, the introduction of it to the planning processes is

worth considering. The young generation, for whom the

augmented reality in the form of games on smartphones

becomes part of everyday life, will easily nd themselves

in such a form of reading of the space. The use of ap-

propriate instruments, allowing for a clear understand-

ing of architectural projects at their establishment, may

Il. 3. Prezentacja rzeczywistości rozszerzonej przy użyciu okularów

Hololens na wystawie 100% Design w Londynie, rok 2016

(fot. R. Mazur)

Fig. 3. Presentation of augmented reality using glasses Hololens

at the 100% Design exhibition in London, 2016 (photo by R. Mazur)

90 Rafał Mazur, Maciej Piekarski, Szymon Filipowski

Szansa na nową jakość partycypacji społecznej

w procesie planistycznym

Wraz z rozwojem technologicznym rzeczywistości

rozszerzonej warto rozważyć jej wprowadzenie w pro-

cesy planistyczne. Młode pokolenie, dla którego rzeczy-

wistość rozszerzona w postaci gier na smartfony zaczyna

być elementem codziennego życia, z łatwością odnajdzie

się w takiej formie odczytywania przestrzeni. Korzystanie

z właściwych instrumentów pozwalających na jasne ro-

zumienie projektów architektonicznych na etapie ich po-

wstawania może stać się kluczowym czynnikiem udziału

społeczeństwa w tworzeniu nowej tkanki miejskiej.

Obecne możliwości techniczne pozwalają na oparcie

systemu kreującego rzeczywistość rozszerzoną na urządze-

niach stacjonarnych lub mobilnych. Niezaprzeczalne racje

stoją po stronie każdego z nich. Zasadniczym walorem

urządzeń stacjonarnych jest ich dostępność dla każdego

użytkownika przestrzeni publicznej i ostentacyjna w niej

obecność, stymulująca obywatelską aktywność w kształ-

towaniu tej przestrzeni. Urządzenie, które jest ustabilizo-

wane w terenie, o kształcie tak zaprojektowanym, aby wy-

muszał przyjęcie odpowiedniej pozycji przez obserwatora,

wpływa pozytywnie na prawidłowe usytuowanie obrazu

wirtualnego w stosunku do obrazu rzeczywistego. Prze-

waga urządzeń mobilnych przejawia się z kolei w moż-

liwości dokonywania nieprzerwanego oglądu wizualizo-

wanego obiektu z różnych jego stron, a nawet zwiedzania

jego wnętrza. Ponadto umieszczenie wirtualnego modelu

projektowanego obiektu na ogólnie dostępnej platformie

cyfrowej oraz jego identykacja przestrzenna oparta na za-

stosowaniu urządzeń osobistych sprzężonych z systemem

GPS gwarantują każdemu uczestnikowi eksperymentu

możliwość nieskrępowanego wyboru miejsca obserwacji

obiektu. Lokalizacja urządzeń stacjonarnych, zależna od

woli projektantów lub urzędników, sprzyja nadużyciom

podobnym do opisanych we wstępnej części artykułu.

Parametrami, które bezwzględnie mogą stanowić

przed miot społecznej werykacji, są rozmiary i kształt

obiektu architektonicznego, ponieważ potencjalnie wy-

wierają wpływ na kształt przestrzeni architektonicznej na

większym obszarze. Partycypacja społeczna w ich okre-

ślaniu może mieć charakter bierny lub czynny, w zależno-

ści od tego, na jakim modelu interaktywności [10] w od-

biorze rzeczywistości wirtualnej będzie oparta.

Funkcją partycypacji biernej jest ocena projektów

przygotowywanych przez profesjonalistów. Można pod-

dać w ten sposób osądowi społecznemu kilka, prezento-

wanych jedna po drugiej, koncepcji tego samego obiektu

oraz zapewnić poszczególnym uczestnikom eksperymen-

tu możliwość wypowiedzenia się w sprawie własnych

preferencji za pośrednictwem systemu informatycznego

zliczającego głosy. Pozwoliłoby to na utworzenie zbio-

ru danych stanowiących dla projektanta podstawę do

odnalezienia w przestrzeni formy architektonicznej, któ-

ra byłaby społecznie akceptowana. Na obecnym etapie

rozwoju można sobie również wyobrazić, że model ar-

chitektoniczny tworzony w technologii BIM mógłby być

podglądany na bieżąco przez inwestora lub społeczność,

której ma służyć, już podczas procesu projektowania.

become a key factor for public participation in the crea-

tion of a new urban tissue.

Current technical capabilities allow basing the system

that creates augmented reality on stationary or mobile de-

vices. Undeniable reasons stand on the side of each of

them. The main advantage of stationary equipment is their

availability to every user of public space and the ostenta-

tious presence in it, stimulating civic activity in shaping

this space. The device, which is stabilized in the eld, de-

signed in a way, which enforces the correct position of the

observer, has a positive effect on the adequate position-

ing of the virtual image in relation to the real image. The

advantage of mobile devices is reected in the possibility

of uninterrupted watching the visualized object from its

various sides, and even exploring its interior. In addition,

the placement of the virtual model of the designed facility

on a public digital platform and its spatial identication

based on the use of personal devices coupled with GPS,

provide each participant of the experiment the freedom

of choosing the place of observation of the object. Loca-

tion of stationary equipment, depends on the will of the

designers or ofcials, and is conducive to abuses, similar

to those described in the introduction.

The parameters, which may be the subject of social

verication in the rst place, are the size and the shape of

an architectural object, because they potentially affect the

shape of architectural space in a wider area. Public par-

ticipation in determining them may be passive or active,

depending on the choice of the model of interactivity [10]

in reception of virtual reality, on which it will be based.

The function of passive participation is to evaluate

projects prepared by professionals. In this way, it is pos-

sible to submit to the social judgment several concepts,

one after the other, which refer to the same object, and

to provide individual participants of the experiment the

opportunity to comment on their preferences through the

system of counting the votes. This would create a data

set, which would be the basis for the designer in nding

a space in which such an architectural form would be so-

cially accepted. At the present stage of development we

can also imagine that the architectural model created by

the designer in the BIM technology could be constantly

viewed by the investor or the community, already during

the design process. Respondents would be asked to evalu-

ate individually received impressions. This multi-stage

verication seems to be important because of the potential

differences between the forms of the building, the nal and

the pre-approved, which may arise from the objective real-

ity of design work. The crucial problem is the enlargement

of building gauge by elements of the installation, often lo-

calized on the roofs (Fig. 4). These installations often dis-

turb the urban landscape, and are generally not presented

in the conceptual stage, which makes that overall dimen-

sions of completed objects deviate from the assumptions

presented in ofces and to the residents through the me-

dia. Execution of projects in the BIM makes it impossible

to hide any additional elements, and verication of the

design using augmented reality allows the assessment of

the proportion and size of the object in a way more reli-

able than the one in which this was done so far.

Rzeczywistość rozszerzona /Augmented reality 91

Respondenci byliby proszeni o ocenę indywidualnie od-

bieranych wrażeń. Ta wieloetapowa werykacja wydaje

się ważna ze względu na potencjalne różnice pomiędzy

formami budynku, ostateczną i wstępnie przyjętą, wyni-

kające z obiektywnych realiów pracy projektowej. Proble-

mem o istotnym znaczeniu jest powiększanie gabarytów

budynków o elementy instalacyjne, często lokalizowane

na dachach (il. 4). Instalacje te niejednokrotnie zakłócają

miejski krajobraz, a na ogół nie są prezentowane w fazie

koncepcyjnej, co sprawia, iż realizowane obiekty odbie-

gają również gabarytowo od założeń przedstawianych

w urzędach i mieszkańcom za pomocą mediów. Zasto-

sowanie technologii BIM przeciwdziała ukryciu jakich-

kolwiek dodatkowych elementów, a werykacja projek-

tu przy użyciu rzeczywistości rozszerzonej pozwala na

ocenę proporcji i gabarytów obiektu w sposób bardziej

wiarygodny niż ten, w jaki odbywało się to dotychczas.

Partycypacja bierna może zaczynać się na etapie kon-

kursu architektonicznego i towarzyszyć całemu proceso-

wi budowlanemu aż do ukończenia realizacji konkretnego

obiektu. Władze odpowiedzialne za wydawanie pozwoleń

na budowę mogą w ten sposób utrzymywać realny kon-

takt z mieszkańcami korzystającymi na co dzień z danej

przestrzeni. Jest to szczególnie ważne w sytuacji, gdy

gminy motywowane czynnikami ekonomicznymi sprze-

dają prywatnym inwestorom najatrakcyjniejsze działki,

stanowiące wcześniej własność komunalną, przez co

ograniczają w jakimś stopniu swój wpływ na jakość two-

rzonej w tych miejscach architektury [11]. Dobrze prze-

prowadzona partycypacja pozwala na otwartą dyskusję

i zarazem społeczną kontrolę pracy urzędników, elimi-

nując możliwe nadużycia. Taka demokratyzacja proce-

su planistycznego wzmacnia identykację mieszkańców

z miejscem, a przede wszystkim eliminuje rozczarowa-

nia pojawiające się w następstwie powstawania nowych

obiektów architektonicznych.

Różnica pomiędzy partycypacją bierną a czynną do-

tyczy głównie pierwszej fazy projektowej. Partycypacja

czynna sprowadza się w swojej istocie do tego, aby osoby

w niej uczestniczące mogły kreować własną wizję prze-

strzenną budynku przedstawionego im poprzez jego model

parametryczny. Kształt struktury, która byłaby poddawana

ocenie, podlegałby dynamicznej zmianie w czasie rzeczy-

wistym. Zmieniane byłyby wartości parametrów, które tak

jak wysokość lub długość budynku w istotny sposób mogą

modykować sylwetę miasta (il. 5). Ankietowani byliby

w tym przypadku proszeni o zatrzymywanie animacji

w takiej fazie, w której prezentowany kształt odpowiada

im najbardziej, zaś wyniki byłyby zbierane i analizowane

za pomocą specjalnie przygotowanego oprogramowania.

W ten sposób, w miejscach o ważnym znaczeniu krajobra-

zowym mieszkańcy mogliby „społecznie rzeźbić” formy

wpływające na przestrzeń, którą użytkują na co dzień.

Stabilna forma strukturalna

jako tworzywo do „społecznego rzeźbienia”

Zgodnie z powszechnym przekonaniem, opartym na

poglądzie Witruwiusza [12], na obiekt architektoniczny

składają się forma, konstrukcja i funkcja. Forma architek-

Il. 4. Rynek w Rzeszowie. Sylweta zakłócona przez wentylatornię

na dachu, rok 2016 (fot. M. Piekarski)

Fig. 4. The market square in Rzeszów. A silhouette disturbed by

the fan room on the roof, 2016 (photo by M. Piekarski)

Passive participation can start at the stage of architec-

tural competition and accompany the whole construction

process, until the completion of a particular object. The

authorities responsible for issuing building permits can

thereby maintain real contact with the inhabitants who

benet from a given space every day. This is particularly

important when the communities motivated by economic

factors, sell the most attractive plots to private inves-

tors, which were previously communal property, and so

they limit to some extent, their inuence on the quality

of architecture created in these places [11]. A well car-

ried out participation allows an open discussion and social

control of the ofcials, eliminating possible abuse. This

democratization of the planning process strengthens the

inhabitants’ identication with the place, and above all,

eliminates the disappointment arising as a result of the

construction of new architectural objects.

The difference between passive and active participation

mainly concerns the rst phase of the project. The active

participation boils down essentially to the fact that the par-

ties involved in it can create their own vision of the build-

ing shape, on the base of the parametric model presented

to them. The shape of the structure, which is assessed,

would be a subject to dynamic change in real time. The

values of such parameters would be changed, which like

the height or length of the building, can signicantly mod-

ify the silhouette of the city (Fig. 5). Respondents in this

case would be asked to stop the animation on such a phase,

in which the shape suits them the most, and the results

would be collected and analyzed using specially prepared

software. In this way, in places of a great importance to the

landscape, citizens could “socially carve” forms, which

would inuence the space, which they utilize every day.

Stable structural form

as a material for the “societal sculpting”

According to a common belief based on the Vitruvius

idea [12], an architectural object consists of form, func-

tion and structure. The architectural form is dened as the

point of contact between the object and the surrounding

92 Rafał Mazur, Maciej Piekarski, Szymon Filipowski

toniczna jest deniowana jako miejsce kontaktu pomię-

dzy obiektem i otaczającą go przestrzenią lub jako kształt

budynku ograniczony do jego obrysu [13]. Forma archi-

tektoniczna odnosi się do wyglądu zewnętrznego obiektu

i może stanowić przedmiot wartościowania estetyczne-

go. Konstrukcja budynku powinna charakteryzować się

racjonalnością rozumianą jako połączenie maksymal-

nie możliwej sztywności z minimalnie możliwą masą.

Obiekt architektoniczny powinien być zaprojektowany

w taki sposób, aby żadna z tych jakości nie uzyskiwała

przewagi nad innymi [14]. Struktura przestrzenna cha-

rakteryzująca się symbiozą formy i konstrukcji nazywana

jest formą strukturalną, której cechą jest na ogół prostota,

postrzegana zarówno z estetycznego, jak i statycznego

punktu widzenia. Jeżeli metryczna deformacja formy ar-

chitektonicznej, symbiotycznie zintegrowanej z ustrojem

konstrukcyjnym, prowadzi jedynie do metrycznej defor-

macji tego ustroju lub odwrotnie, a nie powoduje zmian

o charakterze topologicznym w żadnej z tych struktur,

to taka forma strukturalna może być uznawana za formę

stabilną [15].

Stabilna forma strukturalna stanowi doskonały mate-

riał do modelowania kształtu obiektów architektonicz-

nych opartego jedynie na subiektywnych odczuciach es-

tetycznych. Podstawowe ograniczenia zabezpieczające jej

racjonalność mogą być wbudowane przez projektantów

w model parametryczny opracowany za pomocą jednego

z dostępnych programów projektowania generatywnego.

W takim modelu architekt jest w stanie zabezpieczyć rów-

nież swoje główne idee projektowe, pozostawiając przy-

szłym użytkownikom przestrzeni miejskiej zakreślony

przez siebie margines swobody w zakresie ich konkrety-

zacji. Przykładem stabilnej formy strukturalnej nadającej

się jako materiał do społecznego kształtowania budynku

space or the shape of the building, limited to its outline

[13]. The architectural form refers to the external appear-

ance of the object and can be the subject of aesthetic eval-

uation. The building structure should be characterized by

rationality, understood as a combination of the maximum

possible rigidity with minimum possible mass. An archi-

tectural object should be designed in such a way that none

of these three qualities obtains advantage over other [14].

The spatial structure characterized by the symbiosis be-

tween the form and the structure is called structural form,

the hallmark of which is generally simplicity, seen both

from an aesthetic and a static point of view. If the metric

deformation of an architectural form, symbiotically in-

tegrated with the structural system, only leads to metric

deformation of this system, or vice versa, and makes no

consequences of topological nature, the structural form

can be considered a stable form [15].

The stable structural form is an excellent material for

modelling the shape of architectural objects, which is

based solely on the subjective aesthetic feelings. The ba-

sic restrictions that protect its rationality, can be built-in

by designers in a parametric model developed using one

of the available programs for generative design. In such

a model, the architect is able to secure his main design

ideas, leaving for the future users of urban space, a mar-

gin circled by him, for maneuver in terms of their concre-

tization. An example of a stable structural form, which is

suitable as a material for social formation of a building, is

a structural system of multi-story twisted building, which

consists of vertical columns and layouts of reciprocal

beams supporting the oor slabs [16]. Deformation of the

architectural form, consisting of modifying the angle of

rotation of individual storeys, throughout the entire build-

ing, or in any part of it, or of the change in the size of

Il. 5. Schematyczne przykłady

zmiennej formy architektonicznej

widzianej z dwóch różnych

punktów w trzech różnych

konfiguracjach

(rys. S. Filipowski)

Fig. 5. Schematic examples of

the variable architectural form

seen from two different points

in three different configurations

(drawing by S. Filipowski)

Rzeczywistość rozszerzona /Augmented reality 93

jest ustrój konstrukcyjny wielokondygnacyjnego budyn-

ku skręconego, składający się z pionowych słupów oraz

systemów wzajemnie zależnych belek podpierających

płyty stropowe [16]. Deformacja formy architektonicznej

polegająca na modykacji kąta skręcenia poszczególnych

kondygnacji w obrębie całego budynku lub dowolnej jego

części albo na zmianie wielkości dowolnie wybranych

kondygnacji skutkuje samoczynną rekonguracją ustroju

konstrukcyjnego, nieprowadzącą, przynajmniej w jakimś

zakresie, do obniżenia efektywności technicznej poszcze-

gólnych elementów tego ustroju (il. 6).

Podsumowanie

Rzeczywistość rozszerzona jest już obecna w świecie

designu i projektowania wnętrz. W tej skali interakcja

projektanta i użytkownika dokonująca się za pośrednic-

twem modelu parametrycznego sprawdza się bardzo do-

brze. Warszawska rma Tylko [17] odniosła międzynaro-

dowy sukces po wprowadzeniu aplikacji umożliwiającej

swoim klientom uczestniczenie w procesie projektowania

przyszłych mebli za pomocą określonych parametrów

oraz rzeczywistości rozszerzonej (il. 7). Innowacyjny po-

mysł zaczyna być kopiowany w innych krajach. Przenie-

sienie możliwości współtworzenia przestrzeni za pomocą

modeli parametrycznych na skalę miasta może zaowoco-

wać bardzo pozytywnym efektem, dającym mieszkańcom

możliwość wpływania na przyszłość otaczającej ich prze-

strzeni. Wprowadzenie w najbliższej przyszłości rzeczy-

wistości rozszerzonej do procesu partycypacji społecznej

w procesach planistycznych wydaje się nieuniknione,

ponieważ nie tylko sprzyjają temu coraz większe możli-

wości techniczne umożliwiające realizację takiego proce-

su, ale przede wszystkim ułatwia to wzrost świadomości

any selected stories, results in self-reconguration of the

structural system, not leading, at least to some extent, to

reduction of technical efciency of individual elements of

this system (Fig. 6).

Conclusion

Augmented reality is already present in the world of de-

sign. In this scale, interaction of the designer and the user,

taking place through a parametric model, works very

well.

The Warsaw company Tylko [17] was able to achieve an

international success after the application of software, which

enables its customers participation in the design of future

furniture, using specic parameters, and augmented real-

ity (Fig. 7). The innovative idea is starting to be co pied in

other countries. Transfering the possibility of co-creation

of space by using parametric models in the scale of the

Il. 6. Schematyczne przykłady

zmiennej formy strukturalnej

widzianej z dwóch różnych

punktów w trzech różnych

konfiguracjach

(rys. S. Filipowski)

Fig. 6. Schematic examples of

the variable structural form

seen from two different points

in three different configurations

(drawing by S. Filipowski)

Il. 7. Promocyjna fotografia prezentująca zastosowanie modelu

parametrycznego oraz rzeczywistości rozszerzonej na prostym

przykładzie projektu regałów (źródło: [17])

Fig. 7. A promotional photograph presenting the use of

the parametric model and augmented reality on a simple example of

a shelving project (source: [17])

94 Rafał Mazur, Maciej Piekarski, Szymon Filipowski

city, may result in a very positive effect, giving residents

the opportunity to inuence the future of the surround-

ing space. The introduction of augmented reality to the

process of public participation in the processes of plan-

ning seems to be in the near future a fact, because it is

backed not only by the growing technical capabilities,

enabling the implementation of such a process, but the

biggest stimulus is the increase in awareness of architec-

tural space, noted among the representatives of the local

communities. A desire to participate in creation of the city

by its inhabitants manifests itself in many ways, as evi-

denced by numerous grass-roots of urban initiatives.

Translated by

Maciej Piekarski

dotyczącej przestrzeni architektonicznej notowany wśród

przedstawicieli lokalnych społeczności. Chęć współtwo-

rzenia miasta przez jego mieszkańców objawia się na

wielu płaszczyznach, czego dowodem są liczne oddolne

inicjatywy miejskie.

Bibliografia /References

[1] Zatorski K., Wieżowiec przy Złotej 44 wygląda inaczej niż na pro-

jekcie. Internauci: „Za dużo Photoshopa?”, „Gazeta Wyborcza.

Stołeczna”, 6.08.2013.

[2] Mazur R., Architektura nieprzerysowana, [w:] D. Kozłowski, M. Mi -

siągiewicz (red.), Deniowanie przestrzeni architektonicznej. Zapis

przestrzeni architektonicznej, Ocyna Wydawnicza PK, Kraków

2013, 337–341.

[3] Coulton J.J., Ancient Greek Architects at Work, Cornell University

Press, New York 1977.

[4] Kalitko K., Architektura między materialnością a wirtualnością,

Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 2005.

[5] Caudell T.P., Mizell D.W., Augmented Reality: An Application of

Heads-up Display Technology to Manual Manufacturing Processes,

[w:] Proceedings of the Twenty-Fifth Hawaii International Con -

ference on System Sciences, Vol. 2, 659–669.

[6] Milgram P., Kishino F., A Taxonomy of Mixed Reality Visual Dis-

plays, „IEICE Transactions on Information Systems” 1994, No. 12,

1321–1329.

[7] Azuma R., A Survey of Augmented Reality, „Teleoperators and Vir-

tual Environments” 1997, No. 4, 355–385.

[8] Konopacki J., Rozszerzona rzeczywistość – jako narzędzie wspoma-

gające procesy analityczno-decyzyjne w architekturze i planowaniu

przestrzennym, „Przestrzeń i Forma” 2014, Nr 21, 89–108.

[9] Zapłata R., Autentyzm zabytkowej architektury i palimpsest w prze-

strzeni historycznej – nowe media a prezentacja dziedzictwa kultu-

rowego, „Architectus” 2016, Nr 1(45), 97–114.

[10] Asanowicz A., Systemy rzeczywistości wirtualnej w architekturze,

„Architecturae et Artibus” 2012, Nr 4, 5–12.

[11] Wiszniowski J., Czynniki kształtujące przestrzenie publiczne, „Ar-

chitectus” 2016, Nr 2(46), 113–124.

[12] Witruwiusz, O architekturze ksiąg dziesięć, Prószyński i S-ka,

Warszawa 1999.

[13] Ching F., Architecture: Form, Space & Order, John Wiley & Sons,

Hoboken 2007.

[14] Żórawski J., O budowie formy architektonicznej, Arkady, Warsza-

wa 1973.

[15] Tarczewski R., Topologia form strukturalnych, Ocyna Wydawni-

cza PWr, Wrocław 2011.

[16] Piekarski M., Structural system concept for twisted buildings, [w:]

P.J.S. Cruz (ed.), Structures and Architecture: Beyond Their Limits,

Taylor & Francis, London 2016, 1120–1127.

[17] www.tylko.com [accessed: 4.09.2016].

Streszczenie

Artykuł podejmuje problematykę prezentowania projektów architektonicznych w celu umożliwienia poddania osądowi zewnętrznej formy budyn-

ków w szerokim kręgu interesariuszy. Narzędziami stosowanymi w dotychczasowej praktyce były trójwymiarowe makiety, a od czasu upowszech-

nienia się technologii informatycznych również dwuwymiarowe wizualizacje. Autorzy uważają, że istnieje narzędzie mające zalety wcześniej

wymienionych i pozbawione ich wad. Jest nim rzeczywistość rozszerzona. W pracy przybliżono jej pojęcie oraz zaprezentowano przegląd dostęp-

nych metod wizualizowania obiektów w środowisku rzeczywistości rozszerzonej. Wskazano typowe przykłady rozbieżności pomiędzy wyglądem

zrealizowanego obiektu a jego prezentacją w fazie projektowania, których można by uniknąć, wykorzystując technologię BIM jako narzędzie

projektowe, a rzeczywistość rozszerzoną jako medium transmitujące informację wizualną. Zwrócono uwagę na możliwości partycypacji społecznej

w kształtowaniu form architektonicznych budynków, która mogłaby przyjmować formę bierną lub czynną.

Słowa kluczowe: rzeczywistość rozszerzona, partycypacja społeczna, architektura, proporcje, forma strukturalna

Abstract

The article discusses the issue of presenting architectural designs in order to allow the external form of buildings to be judged by a wide range of

stakeholders. The three-dimensional mock-ups, and since the dissemination of information technologies, also two-dimensional visualizations, have

been the tools used in the hitherto practice. The authors believe that there is a tool that has the advantages of both previously mentioned and does

not have their disadvantages. It is augmented reality. The article presents its concept and an overview of available methods of visualizing objects in

the augmented reality environment. Typical examples of discrepancies between the appearance of the completed object and its presentation in the

design phase, which could be avoided using BIM technology as a design tool, and augmented reality as a medium transmitting visual information,

have been indicated. Attention was paid to the possibility of social participation in shaping the architectural forms of buildings, which could take

the form of passive or active participation.

Key words: augmented reality, social participation, architecture, proportions, structural form

Augmented reality as a component of participation in shaping the architectural space

Rafał Mazur, Maciej Piekarski, Szymon Filipowski

doi:10.5277/arc190207

Abstract