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刍议VR技术在建筑三维仿真中的构建
作  者
杨丹、肖澜、李汶娟、陈贵鲜、李驰誉、李扬
作者单位
齐齐哈尔大学建筑与土木工程学院
文章刊期
《科学大众·科技创新》2021年4期
入库时间
2022-08-03
阅读数量
3169
【摘 要】随着科技的高速发展,VR技术在全世界得以应用,但是依旧没有深度普及,为了将VR技术推广,尤其是在建筑仿真上的应用V突破,通过vr技术的应用打针,三维仿真的种类和应用介绍,以及如何结合建筑建模做一个构建研究。……
【关键词】科技 发展 VR技术 建筑建模
刍议VR技术在建筑三维仿真中的构建

杨丹、肖澜、李汶娟、陈贵鲜、李驰誉、李扬
(齐齐哈尔大学建筑与土木工程学院,齐齐哈尔,161000)

摘要
随着科技的高速发展,VR技术在全世界得以应用,但是依旧没有深度普及,为了将VR技术推广,尤其是在建筑仿真上的应用V突破,通过vr技术的应用打针,三维仿真的种类和应用介绍,以及如何结合建筑建模做一个构建研究。
关键词:科技;发展;VR技术;建筑建模

一、VR技术的应用发展
VR技术,简称Virtual Reality,又被称为虚拟现实技术。起源于20世纪50年代的美国,其工作原理是通过模拟环境,再结合计算机的工作原理,让人们体验到科技发展带来的新鲜体验。根据VR行业内部数据显示,现在的VR技术被多个国家引入并使用,硬件技术飞速发展,带来的体验感更强,一台VR体验机可以带给人们无尽的体验,各个行业已经陆续开始深入运用,但是VR技术还没有完全成熟,如果想要高级体验,就需要借助一些辅助设备,即那些基于VR技术发展的VR眼镜、自然灾害模拟器、地震模拟器等等。现有的VR技术对环境的识别水平还不是特别高,嗅觉、物理碰撞、触觉等体验有待开发。尽管如此,VR技术在产业应用领域仍然不断扩大,产业链条持续完善。
据报告显示:2019年中国VR技术的市场规模将达到225.6亿元,是全国经济总值的万分之一,到2025年,预计我国VR技术产业整体实力进入全球前列,掌握其核心专利于标准,提高创新能力,推动VR技术在行业中的引用,与此同时,5G时代的到来,一定可以促进VR产业的发展。
二、三维仿真的种类和应用
(一)三维仿真的概念
三维仿真,指的是虚拟仿真虚拟现实,是指计算机技术产生的非常现实的环境——具有视觉,听觉,触觉,味觉等多种感受的虚拟环境。 通过其自然技能,用户可以与虚拟环境中使用各种感知设备与实体进行交互。
三维实时仿真专门使用沉浸式三维显示系统和手套等配备传感器,使学员沉浸在一个非常现实的训练环境中,只有虚拟的声音和感觉,可以满足各种科目的训练需要。 使用虚拟现实技术,可以创建“虚拟现实”,因为电子计算机可以将片面的数字模型转换为不同形式的光斑和声波,并以恰当的方式将它们包容在一起,以创造一个“模拟现实的虚拟世界“。
(二)三维仿真技术的应用方面
虚拟现实和增强现实技术越来越成熟,AR和VR正渗透到患者管理、医疗运维、检测诊断、治疗和康复中,三维仿真技术包括对医学DICOM影像进行三维重建,结合3D定位仪实现精准人机交互,可用于医患交流、手术培训、术前规划、术中导航、术后评估等环节。在机械行业当中使用三维仿真软件技术,因为机械行业制造一个机械产品是非常需要花费时间精力的,而且很多的机械产品都是单件生产。在生产的过程中如果某个零部件错误,就可能会引起整个机械的无法运作,因此在进行机械制作的过程中先进行三维仿真的技术,就可以及时的发现在设计上的错误和疏漏,进行改正减少在生产机械过程中所产生的成本浪费。也可以通过三维技术的方式把机械产品更加立体形象得展示在人面前。
(三)在建筑行业方面
当结构形式特殊,荷载和材料的结构特性复杂时,三维仿真技术可以进行全尺寸试验,方便地改变大小参数。 此外,三维仿真技术还可以通过颜色的深度给出三维物体中每个点的力的大小,并使用不同的颜色来表示不同的力面,也可以任意改变角度。 可以通过计算机模拟地下管线和其他难以用眼睛看到的东西,并以三维动画的形式显示管线的长度位置和施工过程,使清晰地显示看不见的东西得到清晰的显示。 能使人们准确地看到工程的内部构件,便于观察者从内到外直观地看到施工进度。
(四)三维仿真动画业务的发展
三维仿真动画业务的发展也有一套非常严格的过程管理体系,完善的过程管理和质量控制体系也是现代环境下三维仿真动画的关键。工业仿真技术的应用将展厅带入数字时代,使数字展览具有现实实用意义和应用价值。数字展览是基于展品和展览空间数字化的新型展览模式,在互联网上展示各色各样的展品,实现参展商和参观者之间信息共享,内容共建,经验共享的综合利用。现阶段,数字展览与实体展览的关系是相辅相成的。仿真动画技术,数字展览给实物展览带来了新的延伸,提供更便捷,更广泛的参与和更互动的体验模式。此外,这也是原有的展览模式在某种意义上的颠覆。
三、VR技术如何结合建筑建模
随着科技的进步,我们在影像展示方面的进步也越来越大,随着三维技术的进步,如今的AR系统与VR系统也逐渐完善,带给了人们不一样的视觉盛宴。而随着建筑行业中的BIM技术发展,三维展示也成为现代建筑中的主流。
(一)BIM与VR技术整合的应用形式
BIM技术与VR技术结合从形式上来说一般可分为间接效果结合与直接数据结合,用我们行业内习惯的说法即分为BIMVR与BIM+VR两种形式。
BIM模型与VR设备的无缝连接,基于BIMVR的工作方式,在VR眼镜里不仅可以体验BIM模型的空间与外在展示效果,更可直接选择与读取源BIM模型中构件的属性,如尺寸、材质、功能、wbs划分等原始BIM信息,另外可在VR眼镜中仿现实的进行BIM模型的构件显示切换、间距数据测量、分析甚至构件调整等操作,达到传统桌面端BIM模型浏览方式前所未有的体验感;通过已有的BIM模型,进行模型的基础格式转换、提取,进行一定程度的几何形体轻量化和效果处理,摒弃BIM模型本身的属性及信息,处理后的模型仅具有外观形体,以此作为VR体验后续开发的模型,进行外观效果的优化,外加特定的动画互动,不具有BIM数据的实时读取和分析性。
(二)BIM与VR技术的具体结合手段
基于实际工程项目,BIMVR与BIM+VR的具体结合手段与操作有着共通点,区别主要在于结合平台的功能差别。整体流程如下图所示:
1、BIM源模型处理要点
对于所有的形式来说基础和重点都是要对BIM源模型进行处理操作,与后面生产的VR产品以及后续工作有着直接性关联。
(1)材质:单个信息构件的集合形成规范的BIM模型,构件以及每个构件的组成单元都有着与现实对映的材质属性,材质名称是三维效果的识别读取基础。因此为保证VR产品可编辑性,必须保证BIM源模型的组成构件与现实材质名称相对应,材质参数名称不可混淆,避免使用系统默认材质的参数,尽量用同一种材质名称来命名相同材质的构件。
(2)模型面数:所有的三维效果软件及VR处理平台,模型面数都对运行速率与处理效率有很大的影响,因此BIM源模型在满足项目需求的前提下,将曲面构件的数量值做到最小。第三方专业插件进行BIM源模型导出时,在不影响外观效果和属性的前提下尽量选择对垂直物体进行自动优化。
2、模型传递
(1)中间格式选择:
通常为了考虑不同的平台以及具体工作形式,BIM要转化为第三格式模式供BIM和VR结合应用时传递和读取常见的第三方中间格式有IFC、FBX、DAE、OBJ等等。总的来说,基于实际中的工程BIM项目经验,笔者认为FBX格式是其中最为完善的。以revit模型为例,优先建议考虑将模型导出为fbx格式传递至后续处理软件。
(2)中间格式生成:
中间格式模型的生成方式有多种,一种是用BIM源模型建模软件自带的格式导出器,如revit可以直接导出fbx、IFC等,不过效果不完善,不建议此种方式。另外一种是用第三方外部插件进行导出,其中会有众多导出选项,导出的格式效果较好。
3、中间格式导出器展示
众多导出插件中,较为常用和推荐的有以下两种:
(1)Twinmotion导出器:导出:导出可见项--纹理:集合到保存文件--合并:按材质合并--网格:Revit常规设置--导出
(2)Lumion LiveSync导出器:Instertion Point:Base Point--Surface smoothing:high--Unicode support--Collect textures--Export nodes--Export nodes
在BIM源模型如revit模型导出时,有时须结合两种导出器分别使用,如revit中的某些设备机电族须用dae导出插件,其它族使用FBX导出插件。
(三)Unity 3D创建一个VR场景
前往Unity3D的官网,点击右上角的“获取Unity”,下载免费的个人版,
总结
在科技发达的当今社会,我国有一些科研人员已积极投身到了三维仿真技术这一领域的研究工作中来,建筑领域将是未来仿真技术应用的一个热点,三维仿真技术在室内设计、建筑构模、情感表达、以及科普教育等方面和领域将得到更广泛的应用。

参考文献
[1]刘成.我国规划虚拟现实产业2025年进入全球前列[N].经济日报,2019-03-13.
[2]宋彪. BIM与VR在实际项目中的具体结合应用方法筑龙BIM 2019-03-18.


项目基金:齐齐哈尔大学大创省级课题“VR技术在三维仿真中的构件”(编号:202010232111)黑龙江省省属本科高校基本科研业务费青年创新人才项目“基于BIM技术的齐齐哈尔市历史建筑三维仿真数字档案库构建”(编号:135409231)



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