BIM服务|万达的BIM模型运行如此流畅！BIM轻量化技术解析！

　　500+模型文件，2000+图纸文件，每天超过100万次的操作请求，超过2000个业务流程。

　　这样的数据，您是觉得陌生还是熟悉?夸张还是真实?

　　一个真实的万达广场BIM模型，比你想象的可能还要多!

　　面对这样众多的数据模型，错综复杂的业务流程，需要投入多少时间?多少办公设备?又需要投入多少人力?进行多少变更?

　　像万达这样千亿级的企业，能够将BIM和大数据做到这样的程度，是件非常了不起的事情。这样一个具备行业影响力的公司，在BIM应用落地上始终是走在行业前列的，同时，也呈现出了如今BIM模型逃不开的大趋势：

　　▶ BIM模型太大，硬件要求苛刻

　　▶ 移动办公，模型加载困难

　　BIM的最大价值在协同，不同岗位间、不同专业间、多参与方间都需要协同，将多个专业的模型整合为一个全专业的模型是最基础的工作。

　　原始设计模型保留很多设计过程中的信息，模型体量大，整合多个专业的模型后，体量会呈数量级的增大，对硬件的要求将会非常苛刻。

　　随着智能手机、平板电脑的全面普及，移动办公的基础硬件条件已经具备，BIM模型的体量却尚未跟上，如果BIM模型动辄几百M，几个G，对移动设备的处理能力和网络流量都是一个巨大的考验，轻量化是唯一出路。

　　建筑行业的轻装上阵，从BIM轻量化开始。

　　— 轻量化原理及核心技术 —

　　简单讲，BIM轻量化要解决的核心问题就是：缩小BIM模型体量，让它轻、显示快。

　　从数据维度看，设计模型包含几何信息和非几何信息两部分。几何信息即我们能看到的二维、三维模型，非几何信息通常指一些属性数据、建模相关的其他数据等，非几何信息的轻量化技术难度较低，按需提取存储即可，几何信息的轻量化技术难度较高，下面主要针对几何信息的轻量化展开。

　　(一)BIM模型处理全流程

　　如上图所示，从设计模型转换到BIM模型，再到我们最终在电脑或者移动终端看到的模型，中间经历了两个处理过程，一个是几何转换，一个是渲染处理，这两个处理过程的好坏直接影响到最终轻量化的效果，因此我们也称其为BIM模型轻量化的关键环节，这两个环节是真正考验各个BIM软件厂商技术实力的关键点。

　　(二)BIM模型轻量化的关键环节

　　1. 几何转换

　　几何转换过程就是将设计模型转换到BIM模型的过程，这个过程是整个轻量化的源头，也是核心。我们从微观和宏观两个方面来优化，实现轻量化。

　　微观层面的优化

　　从技术角度来看，业内目前存在两种处理方式，分别是参数化几何描述和三角化几何描述。

　　1) 参数化几何描述

　　用多个参数来描述一个几何体，我们称之为参数化几何描述。

　　例如：我们画一个圆形柱子，可以使用3个参数：

　　参数1：底面原点坐标(x、y、z，3个小数)

　　参数2：底面半径(r，1个小数)

　　参数3：柱子高度(h，1个小数)

　　这样，我们使用5个小数即可完成一个圆柱体的搭建，非常精简，参数化几何描述可以将单个图元做到最极致的轻量化。

　　它的具体过程如下：

　　2) 三角化几何描述

　　用多个三角形来描述一个几何体，我们称之为三角化几何描述。

　　三角形可以拼接成任意的平面或者曲面，多个面最终拼接成三维体，这是现代计算机图形处理的基础。我们在屏幕上看到的任何一个三维模型，都是由一个一个的三角形拼接而成的。

　　一个三维模型，三角形越多，模型看上去越精细，反之则越粗糙，这也是LOD(Levels of Detail)的基本原理。

　　还是用圆形柱子举例，我们可以使用n个三角形来拼接成圆柱的顶面、底面、圆形曲面，最终合成整个圆柱。n越大，柱子越光滑，否则圆柱的圆形曲面将会是有棱角的。

　　如下图所示，随着n的增大，模型的精细度越来越高：

　　那么，是不是n越大越好呢?聪明的你一定想到了，n越大，模型越精细，但是模型体量也越大，这和轻量化的初衷是背道而驰的。

　　那么n到底设置多少合适呢?这个问题没有答案，不同的应用场景对模型精细度的要求是不一样的，远距离查看全场景的模型，需要的精细度比较低，近距离查看单个图元，需要的精细度比较高，所以n设置多少都不合适，这也是三角化几何描述的弊端。

　　因此，同样画一个圆柱，三角化的几何描述需要至少数十个以上三角形来描述，比参数化描述方式大了很多，轻量化效果并不好。

　　具体过程如下：

　　3) 两种描述的对比

　　参数化几何描述需要解析设计模型的原始几何信息，然后转换为自有的几何描述，这个过程需要几何算法库的支撑，技术难度比较高，但是轻量化效果好，后期使用的灵活度很高，可以根据不同应用场景的精度要求，生成对应精度三角形数据来显示，能很好解决三角化几何描述的弊端。另外，参数化几何描述还有很多优点，比如：在精确测量，布尔运算(流水段切割图元)等方面的良好支持。

　　三角化几何描述只需要将设计模型转换为三角形数据保存即可，主流的设计软件一般都提供相关的二次开发接口或者SDK来获取三角形数据，技术难度比较低，但是轻量化效果不佳，后期的某些应用场景会受限。

　　宏观层面的优化

　　前面我们了解到，使用参数化几何描述方式，可以有效减少单个图元的体量，但是如果是一个大规模甚至超大规模的工程，数据量还是很可观的，这个时候的优化策略必须从宏观层面去考虑。

　　相似性算法减少图元数量

　　在一个工程中，有很多图元长得一模一样，比如很多桩的形状一模一样，只是位置不一样，这个时候我们可以做图元合并，即：只保留一个桩的数据，其他桩我们记录一个引用 + 空间坐标即可。通过这种方式我们可以有效减少图元数量，达到轻量化的目的。

　　如何判断两个图元是一模一样呢?相似性算法能有效判断两个图元能否合并，用专业术语来说，就是判断两个图元是否经过刚体变换，包含平移变换、旋转变换和镜像变换三种情况。

　　相似行算法能有效减少图元数量，尤其在基础工程、结构工程、钢结构工程等领域，能大幅度减少图元数量，轻量化效果非常明显。

　　2. 渲染处理

　　为了达到流畅、实时的显示，通常绘制需要达到15-30帧/秒。如果模型数据量比较大，尤其是建筑模型，汇集了各专业的数据，模型的三角面片数会达到数千万，内存的开销在20-30G以上。在常规的绘制流程下系统无法装载整个数据，绘制也非常卡顿，这时需要通过各种手段加速场景的绘制，并精简、控制内存的开销。

　　例如我们在文章开头讲的万达广场的案例，该案例中的BIM模型由11个专业78个文件组成，总大小约8个G。对于如此大体量的BIM模型，即便是在配置较好的电脑上，一次也只能用打开一到两个专业的模型。借助于云端的模型轻量化处理技术和模型动态加载技术，BIM平台在20秒左右即可在浏览器中打开万达广场的全专业模型，因此极大地降低了用户访问BIM模型的门槛。我们可以通过下方的一个视频了解一下。