Using photogrammetry and augmented reality in architectural visualization. A mixed reality exhibition of the Otto Wagner Pavilion at the Karlsplatz, Vienna.

Abstract

Es ist schwierig die Architektur als Gegenstand einer Präsentation in Museen auszustellen. Das generelle Problem bei der Architekturausstellung besteht in einigen Aspekten: wie soll man etwas so umfangreiches und komplexes wie ein Gebäude ausstellen und wie soll man etwas so unfassbar wie Architekturerfahrung verlaufend in Raum und Zeit kommunizieren. Die Hauptfragen der konventionellen Ausstellungstechnik befassen sich sowohl mit der Ausstellung von Objekten in vollem Maß, als auch der Ausstellung von etwas nicht existierendem und wie sind die für die Zukunft vorgeschlagenen Bauwerke zusammen mit dem Umgebungskontext zu präsentieren, oder wie soll man die Designgrundsätze erklären, die meistens für die Besucher unsichtbar sind. Es gibt auch alternative Wege im Vergleich zu den konventionellen Ausstellungstechniken für Präsentation und Darstellung von Geschichten über Architektur und Design. Die vorgeschlagene Lösung für einige der oben erwähnten allgemeinen Probleme ist die Verwendung von der Photogrammetrie Technik und der Augmented Reality (AR). Das Ziel dieser Arbeit ist es zu zeigen, wie diese zwei Techniken, Augmented Reality und Photogrammetrie zur Verbesserung der Präsentation und zur Erklärung der Architekturarbeit verwendet werden können. Als Case Study wird ein Prototyp der AR Applikation an einem allgemein verbreiteten Multifunktionsgerät präsentiert. Der Inhalt dieses Prototyps basiert auf der Architekturausstellung des Otto Wagner Pavillons am Karlsplatz. Zum ersten werden ein paar theoretischen Aspekte der AR Technik erläutert und zusammen mit einigen existierenden Beispielen für Ausstellungszwecke in der Architekturdomäne dargestellt. Zum zweiten wird ein technischer Überblick der Fotogrammetrie und ihre historische Entwicklung dargelegt und zusammen mit einem Beispiel der Videogrammetrie des dreidimensionellen Models vom Karlsplatzpavillon dargestellt. Zum dritten wird die Otto Wagner Biographie präsentiert. Des Weiteren werden seine Werke, Designgrundsätze und die Ausstellung, die dem Vater der Wiener Moderne gewidmet ist, in einer virtuellen Ausstellung gezeigt. Den Kapiteln mit theoretischem Hintergrund folgen Kapiteln die die Erklärung des Konzepts und Inhalts der gestaltenen AR Ausstellung des Otto Wagner Pavillons enthalten. Der Gesamtprozess der dreidimensionellen Gestaltung und der Test dieser Applikation für ausgewählte Smartphones wird demnächst detailliert beschrieben. Erstens, der Implementierungsteil fokussiert sich auf die Entwicklung der photometrischen dreidimensionellen AR Applikation und ihre Vorteile. Zweitens, um die Verwendungsmöglichkeiten des Photogrammetrieverfahrens zu demonstrieren, wurden drei realen Objekte aus dem Alltag mit unterschiedlicher Komplexität und unterschiedlichem Umfeld analysiert, die die möglichen Implementierungen in einer AR Applikation veranschaulichen. Drittens, werden die Game Engine Programme, im Hinblick auf die technischen Anforderungen und den Grundarbeitsablauf, präsentiert. Letztens, werden die Projektergebnisse zur Otto Wagners Geschichte mittels Augmentation an digitalen Kopien der realen Objekten dargestellt und untersucht. Dies umfasst die Einführungsschritte um einem nicht erfahrenen Benutzer mehr Wissen über Otto Wagner beizubringen und um seine Designgrundsätze in Hinsicht auf die AR Applikation zu verstehen. Dies wird als eine Erweiterung der Architekturausstellung im Otto Wagner Pavillon am Karlsplatz, die derzeit mittels üblicher Methoden präsentiert wird, genutzt.

Architecture as an object of presentation that is difficult to exhibit in museums. The general problems of exhibiting architecture entails several issues: how to exhibit something as large and complex as a building, and how to communicate something as elusive as an architectural experience that unfolds in space and time. The major questions of the conventional exhibition techniques are how to exhibit objects in full scale, how to exhibit something non-existent, how to present future designed buildings with the surrounding context, or how to explain the design principles that are mostly invisible for the visitors. There are also alternative ways other than the conventional exhibition techniques for presenting and telling engaging stories about architecture and design. The proposed solution for some of the aforementioned common problems is the usage of photogrammetry and augmented reality (AR) technology. The objective of this work is to show how the two technologies, Augmented Reality and photogrammetry, can be used to improve the presentation and explanation of architectural works. As a case study, the prototype AR application on a common handhold device is presented. The content of this prototype is based on the architecture exhibition of Otto Wagner s Karlsplatz Pavilion. First, some theoretical aspects of the AR technology are presented with several existing examples used for exhibition purposes in the architecture domain. Second, a technical overview of the photogrammetry and its historical development is introduced together with a videogrammetry example of a three-dimensional model of the Karlsplatz Pavilion. Third, a biography of Otto Wagner is described. Furthermore, his work, design principles and exhibition dedicated to “the father of the Viennese modernism” are shown in a virtual exhibition. The chapters with theoretical background are followed by chapters containing the explanation of the concept and content of the created AR exhibition application for the Otto Wagner Pavilion. The complete process of the three-dimensional assets creation and the test application built for the selected smartphone is described in a more accurate detail. First, the implementation part focuses on the development of the photogrammetrical three-dimensional asset for the AR application. Second, to demonstrate the feasibility of using the photogrammetry method, three real-world objects of different complexities and different environments were analysed, showing the possible implementations in an AR application. Third, the used game engine programmes, focused on the technical requirements and basic workflow, are presented. Lastly, the results of the projects regarding the Otto Wagner story are presented and examined through augmentations on digital copies of real objects. This includes introduction steps to allow a non-experienced user to learn about Otto Wagner and to understand his design principles with the aid of an AR application. This is used as an extension of the architecture exhibition, currently presented through the contemporary methods in Otto Wagner Pavilion at Karlsplatz.