基于“BIM+VR”仿真技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

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停奖銓?shí)用，是我國(guó)信息化建設(shè)的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容。但從目前來(lái)看，VR 和BIM 尚在起步階段，很多軟件平臺(tái)仍沒(méi)有向VR和BIM 開(kāi)放數(shù)據(jù)交互端口。所以進(jìn)一步探究各平臺(tái)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(shí)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(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用有限，無(wú)法從真正意義上實(shí)現(xiàn)與建筑設(shè)計(jì)全過(guò)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(lè)等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可以生成虛擬的場(chǎng)景，增強(qiáng)互動(dòng)和體驗(yàn)[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?；谔摂M現(xiàn)實(shí)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(shí)引擎中導(dǎo)入幾何模型，對(duì)材質(zhì)、燈光、環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)渲染處理，使用unity3D[4]技術(shù)開(kāi)發(fā)交互功能，然后再利用分時(shí)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(jiǎn)化了BIM 模型生成VR 場(chǎng)景過(guò)程，并與建筑設(shè)計(jì)思維的信息交互產(chǎn)生耦合。目前較成熟的系統(tǒng)有兩類(lèi)：一類(lèi)是主機(jī)型VR 系統(tǒng)（PCVR）；另一類(lèi)是移動(dòng)型VR系統(tǒng)（MVR）。這兩個(gè)平臺(tái)對(duì)于建筑設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)(VR)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

2.1 基于建筑設(shè)計(jì)ARCH2012的BIM建筑模型

1.三維樓層組合。畫(huà)出建設(shè)項(xiàng)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(jì)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(jìn)行材質(zhì)庫(kù)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(gè)部件中去；

4.3ds格式文件導(dǎo)出。框選建筑物，點(diǎn)擊導(dǎo)出選項(xiàng)，將文件以3ds格式導(dǎo)出。

2.2 基于物理的動(dòng)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(lái)控制渲染效果[7]，屬于一種渲染與著色的方法。編寫(xiě)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(shí)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(guò)程序化的方式完成貼圖動(dòng)態(tài)生成。BIM 模型第一步先經(jīng)過(guò)導(dǎo)出，然后進(jìn)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(shí)（VR）仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入

打開(kāi)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(yùn)行載入3d模型，點(diǎn)擊3ds，找到軟件導(dǎo)出的3ds 模型，對(duì)于材質(zhì)比例大小、其它參數(shù)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)實(shí)進(jìn)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(jì)

設(shè)計(jì)師能夠通過(guò)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(niǎo)瞰等模式多維度進(jìn)行漫游體驗(yàn)建筑物?？蛻?hù)在體驗(yàn)時(shí)，能夠隨時(shí)進(jìn)行標(biāo)注，及時(shí)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(jì)

3 BIM+VR與傳統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法對(duì)比

3.1 多線(xiàn)程代替單線(xiàn)程工作

傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)工作一般是基于二維或者三維的抽象圖像進(jìn)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(zhuān)業(yè)人員開(kāi)展通用設(shè)計(jì)、通用設(shè)備先行開(kāi)展施工圖的設(shè)計(jì)等，工作方式屬于一種典型的單線(xiàn)程，如圖3所示。

圖3 單線(xiàn)程工作方式

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

圖4 多線(xiàn)程工作方式

3.2 BIM+VR協(xié)同設(shè)計(jì)方法和傳統(tǒng)方法對(duì)比

系統(tǒng)化之后的BIM，相比單獨(dú)的建筑數(shù)據(jù)圖、傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)，在整合能力方面大大提高。BIM技術(shù)可以將建筑項(xiàng)目從規(guī)劃開(kāi)始、過(guò)程施工，最后建設(shè)完成提前模擬演示，在項(xiàng)目開(kāi)工前找出漏項(xiàng)和不足之處，及時(shí)改進(jìn)，提升項(xiàng)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(jìn)步，大眾對(duì)于工程項(xiàng)目外觀(guān)設(shè)計(jì)、功能滿(mǎn)足等方面都提出了眾多的想法，為了進(jìn)一步滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要，利用“BIM+VR”去實(shí)現(xiàn)客戶(hù)初步想法，設(shè)計(jì)上也就會(huì)顯得尤為輕松。第一，VR 能夠使用戶(hù)輕松地漫游在建筑中，深入體驗(yàn)場(chǎng)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(jìn)，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(xiàng)目成本，傳統(tǒng)協(xié)同方法與“BIM+VR”協(xié)同設(shè)計(jì)方法區(qū)別如表1所示。

表1 BIM+VR協(xié)同設(shè)計(jì)方法和傳統(tǒng)方法對(duì)比

4 結(jié) 語(yǔ)

VR 在工程項(xiàng)目領(lǐng)域應(yīng)用已日趨成熟，結(jié)合建筑行業(yè)特點(diǎn)，利用“BIM+VR”，把虛擬現(xiàn)實(shí)引擎和經(jīng)過(guò)數(shù)模分離的BIM 模型進(jìn)行接洽，用數(shù)據(jù)化的實(shí)現(xiàn)方式，控制整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)現(xiàn)多方在建筑全生命周期中積極參與設(shè)計(jì)，推動(dòng)“BIM+VR”在更多領(lǐng)域發(fā)展及促進(jìn)新型技術(shù)系統(tǒng)平臺(tái)的研發(fā)，推動(dòng)建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域建立廣闊的空間體驗(yàn)，使公眾能夠更多地參與設(shè)計(jì)全過(guò)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。