王 瑤

(滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 滁州239000)

0 引 言

BIM 能夠向VR 提供與所建工程建筑相當(dāng)?shù)哪Ｐ?，方便實用，是我國信息化建設(shè)的一個重點內(nèi)容。但從目前來看，VR 和BIM 尚在起步階段，很多軟件平臺仍沒有向VR和BIM 開放數(shù)據(jù)交互端口。所以進一步探究各平臺之間的數(shù)據(jù)交互、融合、轉(zhuǎn)換[1]，挖掘BIM 技術(shù)和VR技術(shù)之間主要建模軟件的信息傳遞關(guān)系，則顯得尤為重要。

1 BIM建筑模型與VR虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述

由于早年的VR 系統(tǒng)是基于Unity3D、Valve 等游戲引擎架構(gòu)而成，導(dǎo)致VR 技術(shù)受到軟硬件的限制，在建筑設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用有限，無法從真正意義上實現(xiàn)與建筑設(shè)計全過程的結(jié)合，包括利用BIM 模型生成VR 模擬。VR 技術(shù)目前在影視、教學(xué)、旅游、娛樂等多個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可以生成虛擬的場景，增強互動和體驗[2]。雖然BIM 技術(shù)還在不斷發(fā)展，但把建筑信息模型作為基礎(chǔ)，融合VR 技術(shù)的研究應(yīng)用尚未推廣。基于虛擬現(xiàn)實的數(shù)模分離技術(shù)，將建筑信息模型分成具體的參數(shù)和幾何相關(guān)信息[3]，在虛擬現(xiàn)實引擎中導(dǎo)入幾何模型，對材質(zhì)、燈光、環(huán)境進行動態(tài)渲染處理，使用unity3D[4]技術(shù)開發(fā)交互功能，然后再利用分時顯示技術(shù)用3D 方式展示封裝完成的成果，形成BIM+VR[5]系統(tǒng)，極大地簡化了BIM 模型生成VR 場景過程，并與建筑設(shè)計思維的信息交互產(chǎn)生耦合。目前較成熟的系統(tǒng)有兩類：一類是主機型VR 系統(tǒng)（PCVR）；另一類是移動型VR系統(tǒng)（MVR）。這兩個平臺對于建筑設(shè)計過程中的數(shù)字信息交互[6]都產(chǎn)生了較為積極的影響。

2 BIM建筑模型與虛擬現(xiàn)實(VR)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

2.1 基于建筑設(shè)計ARCH2012的BIM建筑模型

1.三維樓層組合。畫出建設(shè)項目平面圖和三維圖；

2.單位比例縮放。VR中使用的常用單位是米，而建筑設(shè)計中圖紙常用的單位是毫米，則ARCH2012中要將模型縮小1/1000；

3.材質(zhì)附著。材質(zhì)附著前，第一步要進行材質(zhì)庫文件管理，第二步編輯和整理材質(zhì)，最后，將材質(zhì)賦予填充至建筑的各個部件中去；

4.3ds格式文件導(dǎo)出?？蜻x建筑物，點擊導(dǎo)出選項，將文件以3ds格式導(dǎo)出。

2.2 基于物理的動態(tài)渲染技術(shù)

基于物理的渲染(PBR)技術(shù)主要以光學(xué)物理定律來控制渲染效果[7]，屬于一種渲染與著色的方法。編寫表面材質(zhì)、模型材質(zhì)以及模型所處環(huán)境的相互作用時可以直接以物理參數(shù)為依據(jù)，利用邏輯鏈接算法[8]，通過程序化的方式完成貼圖動態(tài)生成。BIM 模型第一步先經(jīng)過導(dǎo)出，然后進一步優(yōu)化，再到合并，最后完成貼圖，生成的模型就能夠直接用于渲染，如圖1所示。

圖1 制作仿真模型

2.3 虛擬現(xiàn)實（VR）仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入

打開unity3d游戲引擎，把3ds格式文件導(dǎo)入，然后將上述文件全部放到新的文件夾中，運行載入3d模型，點擊3ds，找到軟件導(dǎo)出的3ds 模型，對于材質(zhì)比例大小、其它參數(shù)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)實進行修改，導(dǎo)入成功，在虛擬環(huán)境中配置模型，即可模擬仿真。

2.4 BIM+VR可視化交互協(xié)同設(shè)計

設(shè)計師能夠通過數(shù)字化建模、MAYA 材質(zhì)附著、Modelo 模型上傳、REVIT 等方式輸出，如圖2 所示，選擇手持設(shè)備、頭戴式裝備以及3D 眼鏡等，從第一視角或者鳥瞰等模式多維度進行漫游體驗建筑物?？蛻粼隗w驗時，能夠隨時進行標(biāo)注，及時溝通，修改不足，提高了參與度，直接獲取第一手調(diào)研資料。

圖2 BIM+VR可視化交互協(xié)同設(shè)計

3 BIM+VR與傳統(tǒng)協(xié)同設(shè)計方法對比

3.1 多線程代替單線程工作

傳統(tǒng)建筑設(shè)計工作一般是基于二維或者三維的抽象圖像進行的，其一般流程是：技術(shù)人員利用二維圖紙為基礎(chǔ)，結(jié)合從事水、暖、氣等專業(yè)人員開展通用設(shè)計、通用設(shè)備先行開展施工圖的設(shè)計等，工作方式屬于一種典型的單線程，如圖3所示。

圖3 單線程工作方式

利用“BIM+VR”技術(shù)，開發(fā)商、設(shè)計單位和施工單位等能夠利用VR 平臺積極參與，無論是開發(fā)商、設(shè)計方還是施工方，只要是對方案進行修改時，都能夠?qū)⒔Y(jié)果及時上傳平臺，第一時間反饋意見，有助于各方密切交流，提高工作效率，工作方式屬于多線程，如圖4 所示。BIM 向設(shè)計方展示了高效的交流設(shè)計平臺，轉(zhuǎn)換成VR平臺的BIM 模型，展示之后，產(chǎn)生親臨真實場景的感受與體驗，將進一步幫助工程人員完成更加完善的設(shè)計、施工和整改等環(huán)節(jié)。由此可見，“BIM+VR”技術(shù)，利用構(gòu)建的虛擬場景，使整個設(shè)計過程更加明朗，讓參與各方近距離感知建筑空間。

圖4 多線程工作方式

3.2 BIM+VR協(xié)同設(shè)計方法和傳統(tǒng)方法對比

系統(tǒng)化之后的BIM，相比單獨的建筑數(shù)據(jù)圖、傳統(tǒng)的平面設(shè)計，在整合能力方面大大提高。BIM技術(shù)可以將建筑項目從規(guī)劃開始、過程施工，最后建設(shè)完成提前模擬演示，在項目開工前找出漏項和不足之處，及時改進，提升項目整體效率和質(zhì)量，達(dá)到降低成本的目的。當(dāng)今，科技不斷進步，大眾對于工程項目外觀設(shè)計、功能滿足等方面都提出了眾多的想法，為了進一步滿足設(shè)計需要，利用“BIM+VR”去實現(xiàn)客戶初步想法，設(shè)計上也就會顯得尤為輕松。第一，VR 能夠使用戶輕松地漫游在建筑中，深入體驗場地、室內(nèi)硬裝等；第二，基于BIM 數(shù)據(jù)信息得到材料特性，能夠當(dāng)即修改不理想的地方，并加以標(biāo)注和改進，有利于各參與方明確職責(zé)，大大提高了工作效率，降低了項目成本，傳統(tǒng)協(xié)同方法與“BIM+VR”協(xié)同設(shè)計方法區(qū)別如表1所示。

表1 BIM+VR協(xié)同設(shè)計方法和傳統(tǒng)方法對比

4 結(jié) 語

VR 在工程項目領(lǐng)域應(yīng)用已日趨成熟，結(jié)合建筑行業(yè)特點，利用“BIM+VR”，把虛擬現(xiàn)實引擎和經(jīng)過數(shù)模分離的BIM 模型進行接洽，用數(shù)據(jù)化的實現(xiàn)方式，控制整個設(shè)計過程，使建筑信息在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)共享等方面非常便捷，從而實現(xiàn)多方在建筑全生命周期中積極參與設(shè)計，推動“BIM+VR”在更多領(lǐng)域發(fā)展及促進新型技術(shù)系統(tǒng)平臺的研發(fā)，推動建筑設(shè)計領(lǐng)域建立廣闊的空間體驗，使公眾能夠更多地參與設(shè)計全過程，發(fā)出自己的聲音，大大提高了施工效率，減少了施工成本。