基于BIM+UE+低代碼技術(shù)的三維數(shù)字化匯報演示技術(shù)研究及平臺開發(fā)

黃方貞HUANG Fang-zhen

（深圳市綜合交通與市政工程設(shè)計研究總院有限公司，深圳 518001）

0 引言

近期，交通運輸部諸多信息化政策文件中均明確表示要促進以BIM（建筑信息模型）技術(shù)為核心的三維技術(shù)在交通設(shè)計、建設(shè)規(guī)劃、運維管理等階段的全方位運用，實現(xiàn)精細(xì)化管理規(guī)劃設(shè)計、動態(tài)化的工程施工管理和智慧化的運營管理養(yǎng)護。隨著BIM 和虛幻引擎技術(shù)在現(xiàn)在重大交通基礎(chǔ)設(shè)施項目中的普遍應(yīng)用，如何形象、逼真、不卡頓的快速配置出可以直接面向重要領(lǐng)導(dǎo)和行業(yè)專家的方案匯報演示系統(tǒng)也變得至關(guān)重要，根據(jù)統(tǒng)計，我單位承接的重大基礎(chǔ)設(shè)施項目中90%的項目需要根據(jù)業(yè)主的需求定制化的制作三維動畫視頻展示方案設(shè)計效果。

基于此背景，本文研究依托單位承接的重大項目規(guī)劃、設(shè)計成果，綜合利用BIM、虛擬引擎、GIS、三維仿真、數(shù)字孿生等先進技術(shù)構(gòu)建城市交通立體模型和動畫，實現(xiàn)對三維底圖、道路、橋梁、隧道、車輛、綠植等的三維可視化管理，通過“低代碼”技術(shù)[1]自主、方便、便捷的構(gòu)建三維數(shù)字化匯報演示平臺，滿足工程方案三維形象、直觀、定制化的匯報需求，有效減少匯報材料制作時間，降低與業(yè)主的方案溝通和修改成本。

1 基于BIM 和UE 的三維立體模型與動畫構(gòu)建方法

依托單位承接的重大交通基礎(chǔ)設(shè)施項目各階段成果，逐步建成道路、橋涵、隧道、車輛、綠植等帶有詳細(xì)構(gòu)建信息的三維立體模型和動畫視頻。其具體技術(shù)路線如圖1 所示。

1.1 BIM 模型構(gòu)建方面

①通過Autodesk、Bentley 等軟件快速建立虛擬的建筑道路工程三維模型[2]，利用數(shù)字化技術(shù)，為交通規(guī)劃設(shè)計模型提供完整的、與實際情況一致的交通工程信息庫，提高交通工程的信息集成化程度，滿足項目的建模要求。

②使用Civil3D 創(chuàng)建地形曲面及道路實體模型[3]，通過Infraworks 整合道橋隧、地形、傾斜攝影等模型用作可視化展示[4]，運用Navisworks 進行碰撞檢測及三維審閱[5]。

③通過EICAD 軟件進行道路二維設(shè)計[6]，不改變既有設(shè)計習(xí)慣，通過RIM 文件將EICAD 設(shè)計數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入EIRevit，自動生成Revit 三維模型文件。

1.2 數(shù)字資產(chǎn)處理能力方面

①使用3DsMax 進行BIM 模型資源整合和格式轉(zhuǎn)換[7]，以適配可視化演示平臺進行加載。

②使用數(shù)字資產(chǎn)管理平臺建設(shè)對三維模型數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)等建造過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進行數(shù)字資產(chǎn)管理，滿足信息之間進行高效、便捷地匯總與交互。

③基于航拍圖形文件通過Smart3D 生成傾斜攝影圖形數(shù)據(jù)，輸出格式采用OSGB 格式。該格式采用二進制存貯的、帶有嵌入式鏈接紋理數(shù)據(jù)（.jpg），能通過輔助插件外掛在本地空間，在平臺內(nèi)根據(jù)LOD 分級進行快速加載。即使是數(shù)據(jù)量巨大的傾斜攝影模型也可以在可視化演示平臺中流暢運行。

④通過水經(jīng)注地圖下載器，下載超高清衛(wèi)星影像、高程DEM 圖像以及全國房屋道路矢量數(shù)據(jù)。

⑤基于shp 矢量文件通過CityEngineCGA 編程規(guī)則快速生成城市道路集群模型。

⑥運用Houdini 通過基于C++構(gòu)建的VEX 語言快速編寫程序化生成工具，根據(jù)面對對象的設(shè)計思路開放參數(shù)，用以在虛幻引擎中二次加載快速生成所需模型，粒子效果等，減少人工重復(fù)勞動。

⑦運用PTV-VISSIM 進行車流仿真模擬[8]，最大程度還原項目改造前后的真實路況。

⑧運用Twinmotion 整合優(yōu)化數(shù)字資產(chǎn)，作為導(dǎo)入UE4虛幻引擎前的準(zhǔn)備工作。

1.3 模型演示能力方面

①使用UE4 虛幻引擎整合各類資源（視頻，圖片，音頻，模型，角色動畫），根據(jù)交互功能的需求，按照使用對象的邏輯通過虛幻引擎（UE4/5）自帶的藍(lán)圖與C++進行功能開發(fā)。

②最終打包成多種格式文件，供可視化演示平臺調(diào)用。

2 采用“低代碼”技術(shù)的三維數(shù)字化匯報演示平臺快速搭建方法

采用SpringBoot 微服務(wù)、前后端分離架構(gòu)[9]，在WebGL、CesiumLAB 等技術(shù)底層和已有插件的基礎(chǔ)上，利用Vue 前端框架和Cesium 進行二次開發(fā)，在低代碼的“微服務(wù)”設(shè)計開發(fā)思想框架下，構(gòu)建用于匯報演示的低代碼系統(tǒng)，封裝針對交通規(guī)劃設(shè)計業(yè)務(wù)的“漫游”、“定位”、“圖層”等常見功能，實現(xiàn)了一個可以通過思維導(dǎo)圖進行配置、靈活變換多媒體素材、交互演示三維對象的方案演示信息化平臺。

平臺可流暢加載BIM+UE 輕量化處理的三維立體模型和動畫，采用模板、組件的設(shè)計模式，可自定義LOGO+項目名稱、匯報的一級目錄和二級目錄、背景素材、演示素材、模型交互按鈕等匯報演示素材內(nèi)容。數(shù)字化匯報演示平臺展示界面示意圖如圖2 所示。

其中模型交互按鈕中封裝了添加定位、添加漫游、添加動點、添加動線、添加廣告牌、添加顯示/隱藏、添加范圍7 類控件，設(shè)置界面如圖3-圖9，使用人員可以通過點擊、拖拽、填寫文字的方式快速設(shè)計和構(gòu)建方案演示過程中需要重點突出和展示的方案預(yù)期效果。

相比于傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法，低代碼技術(shù)可大幅降低應(yīng)用平臺開發(fā)的技術(shù)門檻，并顯著提升開發(fā)效率，大幅縮短開發(fā)周期。構(gòu)建的數(shù)字化匯報演示平臺前期一次投入建成后，后續(xù)只需少量人員花費少量時間即可配置出面向領(lǐng)導(dǎo)和專家的匯報演示系統(tǒng)，可有效節(jié)約匯報材料的制作時間和成本，具有較好的推廣應(yīng)用價值。

3 成果應(yīng)用與效果

本研究技術(shù)已成功應(yīng)用于本單位承接的梅林關(guān)及周邊片區(qū)交通組織優(yōu)化方案項目中，并獲得市領(lǐng)導(dǎo)的高度好評：匯報形式新穎、直觀、省時高效，應(yīng)全面推廣。梅林關(guān)及周邊片區(qū)交通組織優(yōu)化方案項目是為了緩解梅林關(guān)及周邊交通擁堵問題，由本單位規(guī)劃部門研究制定該片區(qū)交通組織優(yōu)化方案。

①方案匯報可融入PPT、視頻、圖紙、圖像、音頻等不同信息載體，避免頻繁切換系統(tǒng)造成卡頓。如圖10-11 所示。

②將BIM+實景輕量化處理，在快速搭建的匯報演示平臺上流暢加載，無需到現(xiàn)場，直觀了解項目全況。如圖12 所示。

③關(guān)注地區(qū)本身及周邊自然地理環(huán)境狀態(tài)，方便進行多方案可視化比選、優(yōu)化、匯報展示。如圖13 所示。

④基于地理信息三維空間的標(biāo)注標(biāo)繪功能：支持標(biāo)注點，繪制線、繪制面、繪制箭頭。如圖14 所示。

4 結(jié)束語

本文研究突破傳統(tǒng)BIM 和ppt 來回切換以及BIM 體量大加載卡頓的匯報模式，綜合利用BIM、虛擬引擎、GIS、三維仿真、數(shù)字孿生等先進技術(shù)，通過“低代碼”技術(shù)開發(fā)了一套三維數(shù)字化匯報平臺，方便無編程基礎(chǔ)人員自主、方便、快捷的配置出面向領(lǐng)導(dǎo)和專家的匯報演示方案，滿足工程方案三維形象、直觀、定制化的匯報需求。本文技術(shù)路線已成功應(yīng)用于梅林關(guān)及周邊片區(qū)交通組織優(yōu)化方案項目匯報中，并得到了市領(lǐng)導(dǎo)的高度好評，證實該技術(shù)路線可行，未來平臺功能在應(yīng)用過程中還會不斷優(yōu)化。