基于WebGL的BIM模型三維可視化技術研究

朱海林 陳登峰 王帥舉

摘?要：基于WebGL技術，在瀏覽器端重建Revit建筑信息模型，實現建筑信息模型的Web頁面可視化。針對建筑信息模型的重建，通過Revit 將建筑信息模型導出為FBX格式，并通過3D Max將FBX文件轉換為包含建筑信息的OBJ格式，利用WebGL的開源框架Three.js，將OBJ格式的文件在瀏覽器中加載渲染，實現建筑信息模型在Web端的可視化。

關鍵詞：WebGL;Three.js;BIM模型三維可視化

近年來，我國經濟的快速提升帶動了建筑業不斷發展，建筑信息模型的可視化研究成為了熱點。建筑信息模型（Building information modeling BIM），是由伊斯特曼（Chuck Eastman）提出，其核心內容為建立三維的數字模型，主要通過計算機建立建筑工程中全生命周期的各個階段信息的數字化模型，是數字技術與建筑業技術結合的交叉應用。[1]

BIM能夠將建筑工程運維的整個生命周期不同階段的工程信息、施工概況等各種信息集成在一個三維信息模型數據庫中，通過對模型信息的解讀，可提高工程的工作效率。通過高精度的三維數字建模，實現建筑物內所有物品信息的可視化，便于建筑工程的信息分析，提高工程效率，降低成本。目前，隨著大數據時代的來臨，人們對BIM的研究也愈加火熱，如何實現BIM模型的三維數據渲染成為了一個難點。

1 BIM和WebGL的概念及應用

1.1 BIM（Building information modeling）

BIM（Building information modeling），即建筑信息模型。BIM是一種用于工程從設計、維護到拆除的全生命周期的一種技術。通過對建筑數據化、信息化的高精度建模，實現對建筑全生命周期的數據信息分析和傳遞，使工程人員對各種建筑信息做出正確的理解和合理的應對方法，為設計團隊的有效協作提供基礎，在提高生產效率、節人節材和縮短工期方面發揮重要作用。

BIM可以看做是一個建筑工程完整開發全過程的信息模型，它包含工程生產全過程的信息。通過對施工全生命周期內的數據分析，規避工程中預期的錯誤和風險，盡量減少成本損失。BIM全生命周期模型如圖1所示。

1.2 WebGL

WebGL是一種3D的繪圖標準，這種標準通過JavaScript和OpenGL ES 2.0結合，為HTML5的Canvas提供硬件3D渲染加速，免去開發網頁渲染插件的麻煩，做到3D場景渲染的輕量化。實際上WebGL是基于OpenGL ES 2.0開發的一種API，支持網頁三維圖形繪制的功能。

WebGL通過對HTML5腳本的開發實現了Web交互的三維圖形制作，通過GPU的加速渲染，避免了開發瀏覽器腳本插件的麻煩。利用WebGL的框架對Web開發可提高工作效率，WebGL的開源框架有很多，其中最常用的一種為Three.js，它包含大量的常用API，可完成大量復雜的三維圖形繪制。

目前，實現BIM模型的可視化技術成為了人們研究的熱點，隨著WebGL技術的發展，為此技術又提供了一種可行的途徑。通過WebGL技術和BIM的結合，實現建筑信息模型的Web端可視化。

2 基于WebGL的BIM模型可視化技術

BIM模型在瀏覽器端重建是模型可視化的核心，具體流程主要包括：使用Revit繪制建筑信息模型模型，利用Revit API將建筑信息模型導出為FBX格式文件存儲，再通過3D Max將FBX格式的文件輸出為OBJ格式存儲，再通過WebGL中的ObjLoader.js對OBJ文件進行解析，實現BIM模型的瀏覽器上的渲染，完成建筑信息模型的可視化。其流程如圖2所示。

2.1 OBJ文件格式的特點

OBJ文件格式是一種3D的模型文件，主要由文本組成，支持直線、曲線、多邊形、表面、法線、貼圖坐標等模型信息。OBJ文件沒有面的顏色定義，但可引用材料庫，材料庫中包含了材質的特征。OBJ格式的文件可將模型的信息完整保留、存儲。

2.2 ObjLoader.js

ObjLoader.js是WebGL的一個JavaScript開源封裝庫，可對OBJ格式的模型文件在WebGL中解析，通過GPU的硬件加速渲染，實現模型在Web頁面的信息重建。

將BIM模型通過WebGL技術在HTML5網頁中渲染，實現模型的Web頁面可視化，施工人員可通過Web頁面了解BIM模型的信息。

3 結語

隨著建筑業的不斷發展，對BIM技術的研究將引發更多人的參與，對BIM建筑信息模型可視化的技術的研究方法也會越來越多。通過BIM模型的重建，實現BIM模型在Web頁面的可視化，施工人員可通過Web頁面了解模型信息，為建筑施工提供一種輕量化的信息獲取方法，有助于提高經濟效益。

參考文獻：

[1]李敏輝，譚輝煌，邱杰.基于WebGL的BIM可視化方案研究[J].施工技術，2018-08.

[2]陳志楊，羅飛.基于WebGL的Revit三維模型重建[J].浙江工業大學學報，2016-12.

[3]方強.基于 WebGL 的 3D 圖形引擎研究與實現[D].合肥：安徽大學，2013.

作者簡介：朱海林（1979-），男，陜西寶雞鳳翔縣人，本科，工程師，研究方向：機械設計制造及自動化。