基于WebGL的BIM模型三維可視化技術(shù)研究

朱海林 陳登峰 王帥舉

摘?要：基于WebGL技術(shù)，在瀏覽器端重建Revit建筑信息模型，實現(xiàn)建筑信息模型的Web頁面可視化。針對建筑信息模型的重建，通過Revit 將建筑信息模型導(dǎo)出為FBX格式，并通過3D Max將FBX文件轉(zhuǎn)換為包含建筑信息的OBJ格式，利用WebGL的開源框架Three.js，將OBJ格式的文件在瀏覽器中加載渲染，實現(xiàn)建筑信息模型在Web端的可視化。

關(guān)鍵詞：WebGL;Three.js;BIM模型三維可視化

近年來，我國經(jīng)濟的快速提升帶動了建筑業(yè)不斷發(fā)展，建筑信息模型的可視化研究成為了熱點。建筑信息模型（Building information modeling BIM），是由伊斯特曼（Chuck Eastman）提出，其核心內(nèi)容為建立三維的數(shù)字模型，主要通過計算機建立建筑工程中全生命周期的各個階段信息的數(shù)字化模型，是數(shù)字技術(shù)與建筑業(yè)技術(shù)結(jié)合的交叉應(yīng)用。[1]

BIM能夠?qū)⒔ㄖこ踢\維的整個生命周期不同階段的工程信息、施工概況等各種信息集成在一個三維信息模型數(shù)據(jù)庫中，通過對模型信息的解讀，可提高工程的工作效率。通過高精度的三維數(shù)字建模，實現(xiàn)建筑物內(nèi)所有物品信息的可視化，便于建筑工程的信息分析，提高工程效率，降低成本。目前，隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，人們對BIM的研究也愈加火熱，如何實現(xiàn)BIM模型的三維數(shù)據(jù)渲染成為了一個難點。

1 BIM和WebGL的概念及應(yīng)用

1.1 BIM（Building information modeling）

BIM（Building information modeling），即建筑信息模型。BIM是一種用于工程從設(shè)計、維護到拆除的全生命周期的一種技術(shù)。通過對建筑數(shù)據(jù)化、信息化的高精度建模，實現(xiàn)對建筑全生命周期的數(shù)據(jù)信息分析和傳遞，使工程人員對各種建筑信息做出正確的理解和合理的應(yīng)對方法，為設(shè)計團隊的有效協(xié)作提供基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)人節(jié)材和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。

BIM可以看做是一個建筑工程完整開發(fā)全過程的信息模型，它包含工程生產(chǎn)全過程的信息。通過對施工全生命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)分析，規(guī)避工程中預(yù)期的錯誤和風(fēng)險，盡量減少成本損失。BIM全生命周期模型如圖1所示。

1.2 WebGL

WebGL是一種3D的繪圖標(biāo)準，這種標(biāo)準通過JavaScript和OpenGL ES 2.0結(jié)合，為HTML5的Canvas提供硬件3D渲染加速，免去開發(fā)網(wǎng)頁渲染插件的麻煩，做到3D場景渲染的輕量化。實際上WebGL是基于OpenGL ES 2.0開發(fā)的一種API，支持網(wǎng)頁三維圖形繪制的功能。

WebGL通過對HTML5腳本的開發(fā)實現(xiàn)了Web交互的三維圖形制作，通過GPU的加速渲染，避免了開發(fā)瀏覽器腳本插件的麻煩。利用WebGL的框架對Web開發(fā)可提高工作效率，WebGL的開源框架有很多，其中最常用的一種為Three.js，它包含大量的常用API，可完成大量復(fù)雜的三維圖形繪制。

目前，實現(xiàn)BIM模型的可視化技術(shù)成為了人們研究的熱點，隨著WebGL技術(shù)的發(fā)展，為此技術(shù)又提供了一種可行的途徑。通過WebGL技術(shù)和BIM的結(jié)合，實現(xiàn)建筑信息模型的Web端可視化。

2 基于WebGL的BIM模型可視化技術(shù)

BIM模型在瀏覽器端重建是模型可視化的核心，具體流程主要包括：使用Revit繪制建筑信息模型模型，利用Revit API將建筑信息模型導(dǎo)出為FBX格式文件存儲，再通過3D Max將FBX格式的文件輸出為OBJ格式存儲，再通過WebGL中的ObjLoader.js對OBJ文件進行解析，實現(xiàn)BIM模型的瀏覽器上的渲染，完成建筑信息模型的可視化。其流程如圖2所示。

2.1 OBJ文件格式的特點

OBJ文件格式是一種3D的模型文件，主要由文本組成，支持直線、曲線、多邊形、表面、法線、貼圖坐標(biāo)等模型信息。OBJ文件沒有面的顏色定義，但可引用材料庫，材料庫中包含了材質(zhì)的特征。OBJ格式的文件可將模型的信息完整保留、存儲。

2.2 ObjLoader.js

ObjLoader.js是WebGL的一個JavaScript開源封裝庫，可對OBJ格式的模型文件在WebGL中解析，通過GPU的硬件加速渲染，實現(xiàn)模型在Web頁面的信息重建。

將BIM模型通過WebGL技術(shù)在HTML5網(wǎng)頁中渲染，實現(xiàn)模型的Web頁面可視化，施工人員可通過Web頁面了解BIM模型的信息。

3 結(jié)語

隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，對BIM技術(shù)的研究將引發(fā)更多人的參與，對BIM建筑信息模型可視化的技術(shù)的研究方法也會越來越多。通過BIM模型的重建，實現(xiàn)BIM模型在Web頁面的可視化，施工人員可通過Web頁面了解模型信息，為建筑施工提供一種輕量化的信息獲取方法，有助于提高經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]李敏輝，譚輝煌，邱杰.基于WebGL的BIM可視化方案研究[J].施工技術(shù)，2018-08.

[2]陳志楊，羅飛.基于WebGL的Revit三維模型重建[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016-12.

[3]方強.基于 WebGL 的 3D 圖形引擎研究與實現(xiàn)[D].合肥：安徽大學(xué)，2013.

作者簡介：朱海林（1979-），男，陜西寶雞鳳翔縣人，本科，工程師，研究方向：機械設(shè)計制造及自動化。