建筑可視化軟件在光環(huán)境設(shè)計中的應(yīng)用
——以Twinmotion 軟件為例

丁明寒，王浩林

（南京傳媒學(xué)院 江蘇 南京 211172）

0 引言

光環(huán)境設(shè)計涉及對公共場景亮化的空間性、功能性、審美性的表達(dá)。傳統(tǒng)照明設(shè)計中基于平面效果圖的視覺傳達(dá)方式不足以對具體空間場景的視覺效果進(jìn)行展現(xiàn)，建筑可視化軟件在光環(huán)境設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為照明設(shè)計流程中新的發(fā)展方向。本文將基于Twinmotion 軟件的使用探討建筑可視化、BIM、實時渲染、虛擬現(xiàn)實等數(shù)字技術(shù)賦能和光環(huán)境設(shè)計的整體方案這一關(guān)鍵問題。

1 可視化軟件在光環(huán)境設(shè)計中的價值體現(xiàn)

1.1 可視化技術(shù)的發(fā)展

隨著科技的發(fā)展，基于數(shù)字技術(shù)的各種可視化軟件開始在各行各業(yè)廣泛使用，掀起了新一輪的產(chǎn)業(yè)變革。對于光環(huán)境設(shè)計行業(yè)，從業(yè)人員在進(jìn)行照明設(shè)計時，也從“AutoCAD+三維建模軟件（3D Max、Revit、Sketch Up Pro）+離線渲染軟件（VRay、Enscape 等）+Photoshop 繪圖軟件+照明計算軟件（Agi32、Dialux、Lightscape、Radiance、Ecotect 等）”向“三維建模軟件（3D Max、Revit、Sketch Up Pro）+實時渲染軟件（Lumion、Twinmotion 等）+照明計算軟件（Agi32、Dialux、Lightscape、Radiance、Ecotect 等）”轉(zhuǎn)向?？梢暬夹g(shù)在精簡了照明設(shè)計流程的同時，也提升了照明設(shè)計展示階段物料的豐富性、展示的多樣性以及溝通的便利性。

在照明設(shè)計行業(yè)，運(yùn)用模擬建筑動畫和VR 進(jìn)行效果展示并搭載云服務(wù)進(jìn)行物料傳輸?shù)墓ぷ髁鞒桃呀?jīng)開始運(yùn)用，并成為新的發(fā)展趨勢[1]。

1.2 Twinmotion 可視化軟件

1.2.1 Twinmotion 介紹

Twinmotion 是一款由Abvent 開發(fā)、后被Epic Game 收購并基于UE4 進(jìn)行持續(xù)開發(fā)的實時渲染的可視化軟件[2]。該軟件以滿足建筑需求為核心，目前在建筑、施工、城市規(guī)劃、景觀設(shè)計領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。光環(huán)境設(shè)計領(lǐng)域?qū)τ谠撥浖氖褂蒙性诔跏茧A段。

1.2.2 基于Twinmotion 的光環(huán)境設(shè)計流程

對于光環(huán)境設(shè)計工作人員而言，建模并非專長，也不必在模型建設(shè)方面消耗時間和精力。照明設(shè)計師通常只需要掌握三維建模軟件簡單的處理方法用來修正大型項目文件在跨軟件聯(lián)通時可能會出現(xiàn)的問題，掌握不同三維建模軟件導(dǎo)入渲染軟件時應(yīng)該進(jìn)怎樣的參數(shù)調(diào)整，掌握三維建模軟件與建筑可視化軟件之間直鏈以及更新文件的方式方法即可。

首先，Twinmotion 軟件并不具備建模功能，只能通過導(dǎo)入模型的形式進(jìn)行設(shè)計及渲染，基于目前建筑及城市規(guī)劃項目使用的技術(shù)手段不同，通常有以下兩種工作流程。

（1）基于CAD 技術(shù)：首先在CAD 圖紙中設(shè)計建筑或者景觀，再基于二維cad 圖紙進(jìn)行3D 建模，常用軟件為3D Max 或Sketch Up Pro，然后將3D 模型導(dǎo)入或直鏈到Twinmotion建筑可視化軟件進(jìn)行材質(zhì)替換、自然光照選擇、人工照明設(shè)計，導(dǎo)出靜態(tài)圖片、視頻素材、粗剪版本的動態(tài)影像后，最后一步是將圖片文件拖入Photoshop 中進(jìn)行調(diào)整，以及將視頻文件拖入AE 或PR 中進(jìn)行剪輯修整。

（2）基于BIM 技術(shù)：首先選擇基于BIM 技術(shù)的三維建模軟件直接進(jìn)行三維模型的設(shè)計，常見軟件為Revit，然后直鏈到Twinmotion 進(jìn)行材質(zhì)替換、自然光照選擇、人工照明設(shè)計；最后輸出圖片、視頻或BIMmotion 建筑漫游項目文件。

2 以Twinmotion為中心的軟件互聯(lián)

2.1 基于Datasmith Direct Link 的直鏈

支持基于CAD 及BIM 技術(shù)的文件導(dǎo)入。針對Autodesk 3ds Max、Autodesk Navisworks、Autodesk Revit、BricsCAD、Graphisoft Archicad、Rhino、Trimble SketchUp Pro 等常用建筑類軟件支持導(dǎo)出Datasmith 內(nèi)容（.udatasmith）工作流程，其中3ds Max、Navisworks、Revit、Archicad、Rhino、Sketch Up Pro 等軟件可下載安裝插件，BricsCAD 和Vectorworks 以內(nèi)置插件無需下載。此外，針對常用建模軟件Revit、Archicad、Rhino、SketchUp Pro 等還支持“Datasmith 直接鏈接工作流程+一鍵同步”的方式，增強(qiáng)了軟件之間的聯(lián)通程度，在多屏辦公成為趨勢的當(dāng)下，方便了“建筑照明一體化”的辦公流程。

2.2 豐富的資源庫

2.2.1 人工光源

對于環(huán)境照明設(shè)計師，在照明設(shè)計方面最重要的就是傍晚或夜間人工照明的設(shè)計效果以及自然光源的真實再現(xiàn)。在Twinmotion 中進(jìn)行燈光設(shè)計通常有以下幾種路徑。

（1）在導(dǎo)入的建筑或區(qū)域模型當(dāng)中拖入資源庫中自帶的可發(fā)光燈具。這種燈具通常是對模型中某些材質(zhì)部分進(jìn)行自發(fā)光設(shè)置，無法調(diào)節(jié)更為細(xì)致的發(fā)光細(xì)節(jié)和參數(shù)，也不支持ies 文件的修改。此外，“資源庫”-“材質(zhì)”-“霓虹燈”中自帶了3 種靜態(tài)霓虹燈效果和4 種動態(tài)閃爍霓虹燈效果，并可進(jìn)行包含顏色、尺寸、發(fā)光、色溫及閃爍速度的調(diào)整。

（2）給3D 燈具模型配光。導(dǎo)入Twinmotion 的3D 模型中可能含有建模的燈具文件，這些燈具通常是不含光源的，如含有光源或ies 文件，在跨軟件傳輸?shù)倪^程中也極易出現(xiàn)讀取錯誤。所以一般在文件被直鏈到Twinmotion之前，會對光源參數(shù)進(jìn)行刪除或隱藏，只留下燈具模型。有些模型導(dǎo)入時自身并不涵蓋燈具模型，這種情況下在進(jìn)行配光之前可以在Twinmotion 中導(dǎo)入燈具模型。Twinmotion 資源庫中含有包括全面光、射燈、霓虹燈、區(qū)域光在內(nèi)的4 種光源以及30 種不同的射燈ies 文件，基本可以滿足光環(huán)境設(shè)計效果圖的需求。對于內(nèi)置的光源可以調(diào)整發(fā)光強(qiáng)度、色溫、色彩、光束角等參數(shù)。軟件中所有擁有發(fā)光效果的模型（燈具模型或車輛的車燈效果）和光源都可以根據(jù)時間的變化自動亮起和關(guān)閉。

（3）除了內(nèi)置的ies 文件之外，用戶可以自行上傳ies 文件。但在目前的版本中，對于用戶自主上傳的ies文件的光效時常出現(xiàn)無法模擬的現(xiàn)象，尤其是不對稱光源的ies 文件。但此功能的配備為后續(xù)在Twinmotion 軟件中實現(xiàn)對于現(xiàn)實世界中真實燈具效果的展現(xiàn)甚至照明計算提供了可能性。

（4）對于城市景觀或建筑外部發(fā)光的廣告牌或led屏幕，可以通過對3D 模型個別表面進(jìn)行材質(zhì)設(shè)置的方法進(jìn)行照明設(shè)計。具體步驟為：先對模型表面進(jìn)行貼圖處理，用吸管工具點(diǎn)選材質(zhì)后調(diào)整“發(fā)光”參數(shù)即可。

2.2.2 材質(zhì)與模型

對于照明設(shè)計師而言，影響最終照明效果呈現(xiàn)的除了基于不同ies 文件的燈光設(shè)計與光線渲染之外，材質(zhì)的設(shè)置對于燈光效果的影響也是重中之重。

Twinmotion 在材質(zhì)的獲取方面主要有3 種途徑。

（1）軟件自帶的資產(chǎn)庫：在2022 版的Twinmotion 中，軟件自帶的資產(chǎn)庫中包括材質(zhì)、植被和地形、對象、燈光、天空球、Quixel Megascans、人物、車輛、工具九大板塊。其中材質(zhì)板塊又分為玻璃、金屬、混凝土、木頭、石頭、磚、地面、塑料、墻面涂料、屋頂、天花板、網(wǎng)格、大理石、瓷磚、面料、皮毛、霓虹燈、視頻、水、半透明、模型。每種紋理皆可進(jìn)行顏色、反射率、紋理尺寸、凹凸貼圖、發(fā)光、金屬度以及天氣效果影響等參數(shù)的調(diào)整。材質(zhì)的可調(diào)整性增強(qiáng)了虛擬場景的真實度的同時，也可以更為精確地模擬材質(zhì)影響下的燈光效果。

（2）Quixel Megascans：在之前的版本中，用戶需要通過Bridge 和Mixer，無限制免費(fèi)訪問并使用Quixel Megascans 中所有的3D 模型和紋理文件包，且存在訪問的區(qū)域限制。目前在2022 版本的Twinmotion 中，該限制已被放開，并且不再需要通過Bridge 和Mixer 訪問并下載紋理文件包，直接在Twinmotion 中就可直接免費(fèi)無限制使用Quixel Megascans 中的所有資源。

（3）用戶資源庫：用戶可以自行導(dǎo)入和保存靜態(tài)模型、動態(tài)模型以及自由紋理貼圖，以便后續(xù)使用。

2.2.3 多種媒體文件導(dǎo)出方式

Twinmotion 可以導(dǎo)出圖片、全景圖片和視頻3 種格式，在進(jìn)行夜景效果圖制作的同時，還可以進(jìn)行建筑漫游動畫以及VR 文件的制作。

（1）靜態(tài)圖像：對于效果圖的輸出，在創(chuàng)建好媒體后，設(shè)計師可以修改其顯示效果，可修改的選項包括光照、天氣、地理位置、攝像機(jī)偏好和濾鏡白模效果等。與常用的lumion 相比，Twinmotion 的參數(shù)修改較為簡單，而lumion 中使用的是一種類似PS 中圖層疊加的方式，圖層的先后順序會極大程度上影響輸出效果，但在Twinmotion中就不用擔(dān)心這一點(diǎn)。目前，Twinmotion 支持2 k、4 k 分辨率的圖片導(dǎo)出以及2 k 至8 k 分辨率的全景圖片導(dǎo)出。

（2）建筑漫游動畫：對于視頻格式的輸出，設(shè)計師可以在Twinmotion 中通過關(guān)鍵幀的選取、參數(shù)的設(shè)置、外部圖片、視頻格式的導(dǎo)入完成基本的視頻剪輯并進(jìn)行輸出，目前，Twinmotion2022.1 支持2 k 和4 k 清晰度的導(dǎo)出。在視頻設(shè)計時，Twinmotion 作為一個主打建筑可視化功能的軟件，支持創(chuàng)建多個建筑施工階段（Phasing），這一功能也可以被移用到照明設(shè)計中。

（3）基于VR 的建筑漫游動畫：如果配備上VR 設(shè)備，設(shè)計師可以直接在Twinmotion 中使用VR 模式進(jìn)行設(shè)計工作。此外，Twinmotion 可以導(dǎo)出獨(dú)有的BIMmotion 文件，設(shè)計師可以指定一個起始點(diǎn)，客戶可以通過此文件進(jìn)行VR 漫游。目前，Twinmotion 支持Oculus Rift S、Oculus Quest 1、HTC Vive Pro、HTC Vive Cosmos、Windows MR、HP Reverb G2 等主流的VR 頭戴設(shè)備。

3 BIM技術(shù)的普及化推動了虛擬現(xiàn)實軟件在光環(huán)境設(shè)計中的運(yùn)用

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是一種工作流程，主打3C 概念，即協(xié)調(diào)、溝通和協(xié)作，與基于CAD（Computer Aided Design）技術(shù)建立的3d CAD 相比，BIM 不只是三維幾何模型的建立，它的價值點(diǎn)在于建筑組件固有關(guān)系以及元數(shù)據(jù)的涵蓋。CAD 技術(shù)對于信息的關(guān)聯(lián)通常是基于不同數(shù)據(jù)源的對比，BIM 技術(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)能夠以二維、三維、表格等各種形式進(jìn)行訪問，所以改善了二維CAD 圖紙中出現(xiàn)的修改易出錯的問題。

目前，BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)中應(yīng)用廣泛，而在光環(huán)境設(shè)計當(dāng)中，無論是針對室內(nèi)、建筑外墻、城市街區(qū)，還是隧道等特殊場景，照明設(shè)計都與建筑設(shè)計、景觀設(shè)計、電氣設(shè)計、幕墻設(shè)計等相關(guān)行業(yè)的各個工種聯(lián)系密切。在大多數(shù)設(shè)計當(dāng)中，照明設(shè)計師需要根據(jù)建筑設(shè)計師或景觀設(shè)計師的總體設(shè)計更加具體的照明設(shè)計，但在工作過程當(dāng)中，往往會遇到燈具選擇及安置與建筑結(jié)構(gòu)、幕墻設(shè)計、電力工程等方面的沖突，然后多次多方進(jìn)行協(xié)商，這樣的工作流程費(fèi)時費(fèi)力，而BIM 模型包含了建筑中的所有信息參數(shù)，因此各個工種都可以基于此模型進(jìn)行協(xié)同設(shè)計，以達(dá)成“建筑照明一體化”的照明設(shè)計流程優(yōu)化[3]。

BIM技術(shù)對于建筑照明設(shè)計的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在可視化、模擬分析、信息化、多專業(yè)協(xié)同和圖紙生成與關(guān)聯(lián)修改等方面[4]。針對模擬分析，目前照明計算軟件中，德國出產(chǎn)的Dialux 軟件已經(jīng)搭載了基于BIM 技術(shù)的輸入端口，支持IFC 格式文件的導(dǎo)入。而對于照明設(shè)計效果的展示，部分的照明設(shè)計院、照明設(shè)計公司和專業(yè)院校也開始基于BIM 技術(shù)，向以Twinmotion 為代表的建筑可視化軟件轉(zhuǎn)向，通過靜態(tài)效果圖、全景效果圖、動畫、BIMmotion 等方式提高方案的設(shè)計階段、溝通階段、展示階段的效率。

4 在減小學(xué)習(xí)成本和人力成本的情況下更好地展示效果

在光環(huán)境設(shè)計的流程中，設(shè)計師需要接觸到各種各樣的軟件，這些軟件跨越了建筑設(shè)計、景觀設(shè)計、電氣設(shè)計、照明計算、影像處理等行業(yè)，專業(yè)壁壘較強(qiáng)、學(xué)習(xí)成本高、學(xué)習(xí)周期長成了環(huán)境照明設(shè)計工作時的最大問題。以Twinmotion 為代表的建筑可視化軟件集合“建?！薄霸O(shè)計”“渲染”為一體的同時，配備了圖片處理和視頻剪輯的功能，集多個領(lǐng)域軟件的核心功能為一體。此外該軟件可以通過插件與建模軟件進(jìn)行直鏈，減少了照明設(shè)計師在模型處理上消耗的時間。

5 優(yōu)勢與劣勢

（1）與Lumion 相比，Twinmotion 采用了基于銀幕空間的全局照明渲染（SSGI），并可以在Windows DirectX 12 和支持DXR 實時光線追蹤的GPU 的支持下運(yùn)行路徑追蹤器，通過對逐像素融合采樣數(shù)量的設(shè)置，降低效果圖的噪點(diǎn)，并進(jìn)行鋸齒邊緣處理。

（2）在照明設(shè)計方面，Twinmotion 配有4 種不同類型的光源效果以及30 種不同參數(shù)的IES 文件。該軟件支持用戶自行上傳IES 文件，但目前為止還存在著對于部分IES 文件無法正確讀取并進(jìn)行模擬的問題。

（3）可以進(jìn)行虛擬游覽、VR 漫游。VR 技術(shù)具有沉浸、交互、想象的“3I”特性，是通過計算機(jī)技術(shù)基于人的知覺感受進(jìn)行的數(shù)字模擬。除了Twinmotion 之外，UE4、Fuzor、Lumion 以及國產(chǎn)軟件Mars 都是主流的技術(shù)運(yùn)用平臺。

比較而言，Twinmotion 的優(yōu)勢在于：（1）與基于BIM 技術(shù)和CAD 技術(shù)的三維建模軟件聯(lián)動性好；（2）采用無縫加載的方式，無需中間格式文件[5]；（3）對于電腦配置要求較低，并且支持Windows 系統(tǒng)和Mac Os 系統(tǒng)；（4）基于Twinmotion的VR設(shè)計可以輸出BIMmotion的文件，客戶無需在電腦上下載Twinmotion 即可直接打開文件。如果搭配手柄等配套設(shè)備，設(shè)計師還可以在Twinmotion的VR 模式當(dāng)中進(jìn)行設(shè)計。至此，在twinmotion 當(dāng)中，VR技術(shù)的使用不再只是對建筑模型視覺化的加深，而是使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)真正應(yīng)用于設(shè)計[6]。

在新版本的Twinmotion 中，更新了云服務(wù)。在與甲方的溝通中，經(jīng)常需要將效果圖、全景效果圖、視頻等大格式文件包通過在線發(fā)送或拷貝的方式進(jìn)行傳輸。通過Twinmotion 云服務(wù)這種在線服務(wù)的方式，設(shè)計師可以在云端完成演示文件的上傳和共享，客戶也無需花費(fèi)時間下載即可訪問。目前Twinmotion 的云服務(wù)支持基于PC 操作系統(tǒng)的Microsoft Edge、Chrome 或Firefox 瀏覽器，基于Mac OS 和iPad 操作系統(tǒng)的Safari、Chrome 或Firefox 瀏覽器，以及基于Android 的Chrome 瀏覽器。

6 結(jié)語

綜上所述，在BIM 技術(shù)和可視化技術(shù)的加持下，對于城市景觀、建筑外墻、橋梁道路等環(huán)境為主的照明設(shè)計正在面臨新的技術(shù)革新?；贐IM 技術(shù)的可視化軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)能在很大程度上優(yōu)化照明設(shè)計師的工作流程并進(jìn)行多元化的設(shè)計方案輸出及展示。Twinmotion 作為一款以輔助建筑需求為主要目的的可視化軟件，其人性化的操作界面、游戲感的設(shè)計體驗、不斷細(xì)化的光照渲染、多元化的媒體導(dǎo)出形式都可以賦能環(huán)境照明設(shè)計領(lǐng)域，以算法解放生產(chǎn)力。