BIM建模與漫游動畫結(jié)合的分析

王藝瑾，王 睿

(四川師范大學工學院，四川成都610068)

目前Revit是我國建筑業(yè)BIM體系中使用最廣泛的軟件之一，目前主要應(yīng)用于建筑建模。為了增強BIM建?？梢曅裕x擇將BIM建模與漫游動畫結(jié)合，因此在Revit軟件中加入了照相功能與漫游功能。但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在使用Revit建模時仍存在著“建模死角”，制約著建模者的建模效率。而為了提高建模工作的效率，也為了加深非專業(yè)的相關(guān)人員對項目的理解，靜態(tài)模型與漫游動畫的結(jié)合方式還可以進一步提升。通過分析其他漫游動畫軟件或BIM協(xié)同軟件的各方面優(yōu)勢優(yōu)勢，來尋找優(yōu)化BIM建模與漫游動畫結(jié)合的最優(yōu)途徑。

1 BIM建模

BIM是建模師根據(jù)模型的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)，建立一個包括建筑各方面信息數(shù)據(jù)的三維建筑模型。該模型通過三維數(shù)字技術(shù)模擬建筑物所具有的真實信息，為工程設(shè)計和施工提供相互協(xié)調(diào)、內(nèi)部一致的信息模型，使該模型達到設(shè)計施工的一體化，各專業(yè)協(xié)同工作，從而降低了工程生產(chǎn)成本，保障工程按時按質(zhì)完成。

由于BIM三維模型使原本圖紙上的二維模型變?yōu)槿S模型，而且外加信息數(shù)據(jù)的可視化，又使三維變成了思維，不僅直觀、清晰，而且還比較容易能發(fā)現(xiàn)平面圖中不易察覺的錯誤之處，因此近些年來得到廣泛應(yīng)用。

2 BIM建模軟件中的Revit

BIM行業(yè)內(nèi)建模運用的最多的軟件就是Autodesk公司一套系列軟件Revit。Revit是專為建筑信息模型(BIM)構(gòu)建的建模軟件，可高效地幫助建筑設(shè)計師設(shè)計、建造和維護質(zhì)量更好、能效更高的建筑。借助Revit的這些功能，可以自由繪制草圖，快速創(chuàng)建三維形狀，交互地處理各個形狀。隨著設(shè)計的持續(xù)推進，Revit能夠圍繞最復(fù)雜的形狀自動構(gòu)建參數(shù)化框架，并為建模人員提供更高的創(chuàng)建控制能力、精確性和靈活性。從概念模型到施工文檔的整個設(shè)計流程都在一個直觀環(huán)境中完成。

通過對Revit功能的使用與研究發(fā)現(xiàn)，Revit中的漫游功能是BIM建模與漫游動畫結(jié)合的初步產(chǎn)物，大大提升了模型的可視性與精確性。但在建模時，仍然存在建模人員從三維視角審查不到的著“建模死角”，從而牽制著建模者的建模效率。

2.1 Revit的“建模死角”

用BIM軟件Revit進行建模時，都是從模型的平面圖開始著手，建模到一定程度后，再從三維的角度對模型進行三維審視。但即使是從三維立體的角度，參與人員也只是能看到這個模型的外表，或是某個特定的剖面。模型的一些內(nèi)部構(gòu)造并不能容易被觀察到，這些不能被觀察到的地方可以稱之為“建模死角”。類似的情況會限制建模人員的活動范圍，不能隨心所欲的審視構(gòu)建的表觀材質(zhì)、參數(shù)，甚至可能會導致模型的很多不合理的地方被遺漏掉。例如，在Revit中進行樓房二層建模時，平面視圖中多畫了一個樓板，導致樓梯洞口被堵住，從平面上完全看不出來多余的樓板，而三維視角也不能觀察到樓梯洞口的情況。從這個例子可以看出Revit中“建模死角”的弊端對建模效率的影響非常大。

2.2 Revit自帶漫游功能——BIM建模與漫游動畫結(jié)合的初步產(chǎn)物

面對上述提到的Revit中的“建模死角”，許多人選擇用Revit自帶的漫游功能來解決。一是拍照功能，即選取某個特定的角度，對相機捕捉到的視角進行對模型的審視；二是使用漫游動畫，通過繪制漫游路徑，制作動畫，來審視模型。這些Revit自帶的漫游功能可以說是BIM建模與漫游動畫結(jié)合的初步產(chǎn)物，能夠使靜態(tài)的模型動起來，給人一種三維感受，并且使建模人員接觸到“建模死角”。但這樣的功能仍然存在不足，導致“建模死角”的問題并不能完全解決，如下：

2.2.1 限制了漫游中的可操作性

Revit自帶的漫游功能是首先需使用者在模型中繪制路徑，這樣可以沿著這條路徑拍攝照片，從而直接生成漫游動畫(圖1)。這樣的漫游功能雖然可以讓審查者接觸到“建模死角”，但卻限制了漫游過程中的可操作性：只能按照事先設(shè)置的路徑漫游，而不能自由地調(diào)整方位、角度來查看四周；更不能即時進行碰撞檢查、編輯構(gòu)件的材質(zhì)以及參數(shù)；無法在漫游過程中及時修改觀察到的模型中的瑕疵或錯誤。

圖1 漫游動畫中的效果

2.2.2 渲染效果差

許多業(yè)主選擇直接查看Revit中的模型，以便于審查模型的各方面信息數(shù)據(jù)，而由于軟件自身缺陷，渲染之后的效果并不理想(圖2)。從圖中可看出，構(gòu)建的材質(zhì)、燈光都不夠真實，缺乏三維感受，許多配景這樣制作出來的動畫很難吸引業(yè)主眼球。此外，僅使用此功能來制作動畫，效果不佳。因此，Revit中的漫游效果應(yīng)用性能并不理想。

圖2 Revit建立的模型導入lumion中渲染、制作動畫效果

3 其他軟件的漫游動畫功能特點分析

3.1 Lumion/3Ds maxs等動畫制作軟件

Lumion和3Ds maxs等動畫制作軟件不僅渲染快速，數(shù)據(jù)準確而且效果逼真。不少建筑漫游動畫制作者選擇將用Revit建好的模型導入到這些動畫制作軟件中進行渲染、制作漫游動畫。就制作建筑漫游動畫而言，這些動畫制作軟件不論是材質(zhì)、還是漫游效果，都十分理想。其缺點是，在制作動畫時，雖然可以隨意審視模型內(nèi)部構(gòu)造，但將Revit模型導入動畫制作軟件后將會失去模型的材質(zhì)、構(gòu)建參數(shù)等大量信息數(shù)據(jù)，導致作為信息承載體的Revit模型失去自身價值與意義。

3.2 Fuzor、3D游戲引擎等虛擬現(xiàn)實軟件

Fuzor在BIM領(lǐng)域內(nèi)有著極高的評價，甚至被稱為被譽為最好的BIM虛擬現(xiàn)實平臺［3］。Revit安裝上Fuzor插件之后，即可實施Fuzor和Revit、ArchiCAD等軟件信息之間的多向?qū)崟r同步，并且能夠?qū)δＰ蜆?gòu)建參數(shù)進行實時編輯(圖3、圖4)。Fuzor基于自有的3D游戲引擎開發(fā)，展示效果、數(shù)據(jù)支持都是為BIM量身定做，支持BIM模型的實時渲染，實時VR體驗。類似Fuzor這樣的虛擬現(xiàn)實軟件提升了bim模型的可視化能力，解決了Revit“建模死角”的問題。

圖3 Fuzor的漫游效果演示

圖4 Fuzor的實時編輯功能

但是Fuzor渲染效果較差，并不能給人以真實的3D感受，就專業(yè)性來說也比不上Navisworks及Lumion，并且軟件使用價格十分昂貴，多數(shù)使用者負擔不起價格這樣昂貴的BIM相關(guān)軟件。Fuzor在BIM領(lǐng)域內(nèi)雖然有著極高的評價，但應(yīng)用不夠廣泛。

4 BIM建模與漫游動畫結(jié)合的優(yōu)化方式

4.1 Revit建模的缺陷無法通過其他軟件來彌補

在整個建模工作完成之前，建模人員需要對模型進行審查，由于Revit自帶的漫游功能的有限性，很多建模人員選擇把模型導入BIM相關(guān)的可視化審查軟件，比如Navisworks、Fuzor等，進行模型審查以及碰撞檢測［4］。但仍存在以下問題：

4.1.1 配合其他軟件使用的不方便性

Navisworks、Fuzor等雖然可以對模型進行全方位的審查，檢查出模型的不足之處，但這些軟件并不具備模型編輯功能，所以在審查軟件檢測出模型的問題后，建模人員又只好再返回到Revit中針對問題進行修改。這樣的后果將導致該項目在兩個軟件里反復(fù)地導入、返回以及修改。并且，有的設(shè)備里還會有兩個軟件的不兼容的情況發(fā)生。Revit這樣的缺陷會使得建模效率大大降低。

4.1.2 渲染效果不能解決

諸如Navisworks這樣的可視化審查軟件，雖然有較好的審查功能與漫游體驗，但其渲染效果與Revit中的渲染效果相差無幾，不能夠給非專業(yè)的業(yè)主乃至專業(yè)的建模人員一個直觀的三維感受。

Revit自帶漫游功能的缺陷無法通過其他軟件來彌補，所以Revit可結(jié)合其他漫游動畫軟件的各方面優(yōu)點來提高自身漫游功能。

4.2 提高Revit自身漫游功能的設(shè)想

前面提到的Revit自身功能的缺陷：接觸不到“建模死角”、漫游過程的可操作性差、渲染效果差等，可以通過結(jié)合Navisworks、Fozur、3D游戲引擎等的虛擬仿真漫游技術(shù)來提高BIM建模的可操作性；結(jié)合Lumion、3D Maxs等建筑動畫制作軟件的渲染效果來提高自身漫游效果。

4.2.1 漫游操作方式

結(jié)合Fozur、3D游戲引擎等的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，增設(shè)仿真模擬漫游功能，使建模者放置好構(gòu)建之后可以隨心所欲地從任意角度或多種方式來查看以建立的模型以及模型參數(shù)。漫游功能可以設(shè)置為操作兩種方式：

以視角界面為相機鏡頭，用鍵盤配合鼠標操縱鏡頭自由旋轉(zhuǎn)、升降、前進或后退。除此之外還可以設(shè)置鏡頭移動加速減速，讓建模人員有游戲般的體驗可以隨心所欲操縱鏡頭。設(shè)置一個人物模型，從人物的視角來查看模型，通過操縱人物在模型中的行走、跑步、跳躍等，實現(xiàn)對模型的檢查與審視。

4.2.2 模型的審視

在漫游過程中，可以根據(jù)建模人員需要任意選中構(gòu)件，在選中的同時出現(xiàn)，軟件界面構(gòu)件的詳細信息參數(shù)列表，建模人員可以直接在列表中對其各種參數(shù)進行更改設(shè)置，或是改變構(gòu)建的狀態(tài)，比如開門、關(guān)門。并且，更改后的數(shù)據(jù)及時被傳回到總數(shù)據(jù)庫中更改，避免了數(shù)據(jù)不一。這樣，當在仿真模擬漫游過程中，建模者一旦發(fā)現(xiàn)有任何不合理的點都可以對構(gòu)建進行全方位的查看并修改。

4.2.3 模型分析

Revit的漫游功能改進，還需要增加與Navisworks相類似的碰撞檢查功能并且同樣能夠?qū)С鱿鄳?yīng)的碰撞報告。檢查出模型的漏洞后，同樣可以直接選中構(gòu)建進行修改。這樣，建模人員就能及時地檢查出模型錯誤并加以修改，提高建模效率。

4.3 漫游效果設(shè)想

上面所述改進后的Revit虛擬仿真漫游功能的漫游效果可以適當加以提升，增加其構(gòu)建材質(zhì)以及燈光、陽光乃至人物、植物、動物的仿真性。但Revit并不是一個漫游動畫制作軟件，而是一個建模軟件，所以我們的目的并不是要把Revit打造成一個完美的漫游動畫制作軟件，而是為了打破其“建模死角”，提高其建模效率。

5 結(jié)束語

在利用BIM建模軟件Revit進行建模時，無法對模型進行全方位的審視，形成了“建模死角”，從而降低模型的精確性、制約建模者的建模效率。BIM建模軟件Revit原有的漫游功能增加了軟件對模型的三維動態(tài)可視性，一定程度上提高了BIM模型的可視性、精確性，可以說是BIM建模與漫游動畫結(jié)合的初步產(chǎn)物，但“建模死角”依然沒有有效被解決、建模效率也并沒有得到提高。通過對軟件的研究分析發(fā)現(xiàn)，要解決“建模死角”、優(yōu)化BIM建模與漫游動畫結(jié)合產(chǎn)物的最佳途徑，是改進Revit自帶的的漫游功能的方式：結(jié)合其他BIM相關(guān)軟件、漫游軟件以及動畫軟件等各方面的功能的優(yōu)點，從操作方式、模型審視、模型分析、漫游效果等多個方面改進BIM建模軟件Revit原有的漫游功能，打造仿真模擬漫游功能，將其漫游模式從四維(X-Y-Z-信息數(shù)據(jù))提升到五維(X-Y-Z-信息數(shù)據(jù)-動態(tài)時間)，這樣，就打破了Revit建模的死角，提高了BIM模型的三維直觀、精確便捷的優(yōu)勢，使建模效率、模型精確度得到顯著提升。