王 瑤

(滁州職業(yè)技術學院，安徽 滁州239000)

0 引 言

BIM 能夠向VR 提供與所建工程建筑相當?shù)哪Ｐ停奖銓嵱?，是我國信息化建設的一個重點內容。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)據交互端口。所以進一步探究各平臺之間的數(shù)據交互、融合、轉換[1]，挖掘BIM 技術和VR技術之間主要建模軟件的信息傳遞關系，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 等游戲引擎架構而成，導致VR 技術受到軟硬件的限制，在建筑設計領域的應用有限，無法從真正意義上實現(xiàn)與建筑設計全過程的結合，包括利用BIM 模型生成VR 模擬。VR 技術目前在影視、教學、旅游、娛樂等多個領域應用廣泛，可以生成虛擬的場景，增強互動和體驗[2]。雖然BIM 技術還在不斷發(fā)展，但把建筑信息模型作為基礎，融合VR 技術的研究應用尚未推廣?；谔摂M現(xiàn)實的數(shù)模分離技術，將建筑信息模型分成具體的參數(shù)和幾何相關信息[3]，在虛擬現(xiàn)實引擎中導入幾何模型，對材質、燈光、環(huán)境進行動態(tài)渲染處理，使用unity3D[4]技術開發(fā)交互功能，然后再利用分時顯示技術用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，并與建筑設計思維的信息交互產生耦合。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計過程中的數(shù)字信息交互[6]都產生了較為積極的影響。

2 BIM建筑模型與虛擬現(xiàn)實(VR)數(shù)據轉換

2.1 基于建筑設計ARCH2012的BIM建筑模型

1.三維樓層組合。畫出建設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.材質附著。材質附著前，第一步要進行材質庫文件管理，第二步編輯和整理材質，最后，將材質賦予填充至建筑的各個部件中去；

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

2.2 基于物理的動態(tài)渲染技術

基于物理的渲染(PBR)技術主要以光學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、模型材質以及模型所處環(huán)境的相互作用時可以直接以物理參數(shù)為依據，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 模型第一步先經過導出，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)據導入

打開unity3d游戲引擎，把3ds格式文件導入，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，找到軟件導出的3ds 模型，對于材質比例大小、其它參數(shù)應結合現(xiàn)實進行修改，導入成功，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)同設計

設計師能夠通過數(shù)字化建模、MAYA 材質附著、Modelo 模型上傳、REVIT 等方式輸出，如圖2 所示，選擇手持設備、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，能夠隨時進行標注，及時溝通，修改不足，提高了參與度，直接獲取第一手調研資料。

圖2 BIM+VR可視化交互協(xié)同設計

3 BIM+VR與傳統(tǒng)協(xié)同設計方法對比

3.1 多線程代替單線程工作

傳統(tǒng)建筑設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：技術人員利用二維圖紙為基礎，結合從事水、暖、氣等專業(yè)人員開展通用設計、通用設備先行開展施工圖的設計等，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，開發(fā)商、設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、設計方還是施工方，只要是對方案進行修改時，都能夠將結果及時上傳平臺，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 向設計方展示了高效的交流設計平臺，轉換成VR平臺的BIM 模型，展示之后，產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計、施工和整改等環(huán)節(jié)。由此可見，“BIM+VR”技術，利用構建的虛擬場景，使整個設計過程更加明朗，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)據圖、傳統(tǒng)的平面設計，在整合能力方面大大提高。BIM技術可以將建筑項目從規(guī)劃開始、過程施工，最后建設完成提前模擬演示，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量，達到降低成本的目的。當今，科技不斷進步，大眾對于工程項目外觀設計、功能滿足等方面都提出了眾多的想法，為了進一步滿足設計需要，利用“BIM+VR”去實現(xiàn)客戶初步想法，設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、室內硬裝等；第二，基于BIM 數(shù)據信息得到材料特性，能夠當即修改不理想的地方，并加以標注和改進，有利于各參與方明確職責，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)同設計方法區(qū)別如表1所示。

表1 BIM+VR協(xié)同設計方法和傳統(tǒng)方法對比

4 結 語

VR 在工程項目領域應用已日趨成熟，結合建筑行業(yè)特點，利用“BIM+VR”，把虛擬現(xiàn)實引擎和經過數(shù)模分離的BIM 模型進行接洽，用數(shù)據化的實現(xiàn)方式，控制整個設計過程，使建筑信息在數(shù)據轉換、數(shù)據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計，推動“BIM+VR”在更多領域發(fā)展及促進新型技術系統(tǒng)平臺的研發(fā)，推動建筑設計領域建立廣闊的空間體驗，使公眾能夠更多地參與設計全過程，發(fā)出自己的聲音，大大提高了施工效率，減少了施工成本。