文/吳東融

藉由BIM導入的VR/AR的優勢
AVR技術是否能創造或增加價值,有一個很關鍵的因素是: 運用的內容是否能從作業流程產出,而不是完全重工重新製作出來的內容,若是能同步一個運用於設計、施工、管理全生命周期的BIM模型,將具有極大的運用優勢!
由於建築設計關注的點並不單單在於幾何外型,構成建築物之元件的性能、材料、規格、數量全都是至關重要的資訊。這些參數便能夠以BIM的技術將3D模型與建築參數整合在一起,以元件方式儲存於BIM模型資料庫中,並依據系統拆分出來,每個元件內存有各種資料,例如材料、性能、面積、數量、廠牌型號等等資訊。
資訊科技對各領域產業已經帶來重大衝擊,且以資訊科技強化整體競爭力已經成為全球趨勢,所以近年來各個產業都在關注如何做「數位轉型」。在數位轉型之前其中一步是資料的數位化,BIM正是AEC建築產業的資訊數位化方式;由於在BIM的架構底下,數據與模型是一體的,我們可以將資料及模型取出後在VR下應用,而不須要重新建置一套模型;透過BIM也讓使用者不僅看到外觀,更能夠調閱每個元件的資訊,並將這些資訊賦予價值。

BIM資訊的應用方式
使用Autodesk Revit等BIM軟體建置的模型內含許多參數,讓我們能夠分組、篩選、統計等等;例如每一個柱、梁、牆、樓版、管線、設備,都能夠在VR/AR環境底下定義不同的互動方式,BIM模型不但可以轉檔製成VR模型,更可以有系統性的做出以下各種應用方式:
•依不同系統區分互動方式
例如在與客戶溝通完成面材質的過程中,可針對牆面、地坪提供不同的油漆、磁磚選項讓客戶選擇,以符合實際需要;另外也可以單獨顯示需要進行互動的區域,讓其他區域隱藏或淡出,提供更好的互動體驗。
•將數量參數進行計算統計
例如上述選材選樣的結果,透過元件ID對應回BIM模型,搭配面積及成本參數,就可以將方案成本即時顯示於畫面上,以便於比較不同設計方案,過程中會省掉非常多的來回溝通的時間及人力。
•依據ID串聯不同應用
在BIM模型架構中,每一個建築元件都有其獨一無二的ID,因此對於所有在VR環境底下的操作,都能夠精確對應至元件,不存在含糊空間,並可避免溝通時的誤會產生;另一個好處是可整合進其他資訊系統,在同個架構下跨應用傳遞,例如對應至圖說、報價單,減少資訊不同步造成的錯誤。

在VR環境下的操作可藉由ID對應聯動至BIM模型的資料

•所有資訊由整合至同一模型
由於BIM模型的應用性非常廣,可以透過單一模型產出圖說、模型、數量;因此在設計階段就建置BIM模型,可以確保用於VR/AR的模型與主模型同步,當設計、應用、施工模型都是源自同一模型,資訊的可信度也會大幅提升。
•系統化、具一致性的產出結果
模型的分類及參數欄位,由統一的BIM標準定義,代表不同的專案都有一致的標準;依此開發出的應用可以將須客製調整的幅度降至最低,不須每一個專案都要重新定義參數欄位,且讓設計發展過程中,盡可能及時產出VR應用以配合專案節奏。
•依據真實材質及光影呈現效果
在BIM模型當中,材質可由實際的樣品照片製作;人造燈光亦可以實際的色溫及亮度設置;自然環境光也能夠依據實際物理條件設定,若所有參數都確實設定,可以讓VR空間下的視覺體驗,非常接近實際空間場景。

CHC Hotel Collective 燈光設定

藉由BIM能帶來以上幾個優勢,相對若使用一般非BIM的3D軟體建模,許多在VR/AR環境中的重要設定,都會淪於憑經驗及感覺設定,在如此不確定性下,模擬出來的環境自然難以令人信服;因此如專案已有導入,用BIM模型製作VR內容最符合使用效益。

VR/AR應用製作流程
由於BIM模型是一套非常泛用的架構,可依據應用方式建置,如果是有VR應用的需求,較好的做法是在建置BIM模型的前期就規劃進去,避免讓要應用時許多不必要的重複作業。
以下主要將整個VR內容製作的流程分解說明,並依據我們多年的應用經驗提出各種思考方向,讓讀者可以更聰明、更有策略的為VR應用做準備。
1.依據應用方式決定VR/AR載體
由於VR/AR設備的實現方式及設備種類繁多,每種選擇都有各自的優劣點,任何應用方式都有最適當的搭配方式,且VR/AR載體會很大程度的決定模型及設備的需求程度,可以針對以下幾點進行思考,再選擇最適合的載體:
•是否有即時互動或高擬真需求?
若希望使用者可以直接在VR環境內互動,或是空間中的建材、光影效果是呈現重點時,可透過互動式的3D場景呈現;由電腦即時演算光影及視角變化,並且能夠編寫各種互動方式,這種方式能夠帶來最好的光影效果及互動性,惟模型細節建議達到一定水準,不然較容易被看出模型缺乏細節處,造成沉浸感降低。

使用者能夠在高擬真VR環境下選擇建材,並即時呈現效果

•是否透過HMD呈現?
透過頭戴式顯示裝置(HMD)來呈現VR內容可以獲得最佳的空間感及沉浸感,同時空出來的雙手也能夠與虛擬空間互動,或同時進行現場作業;但多半需要花一點時間設置及教學,較適合固定的場域及人員使用。
•是否採用環景影像?
將3D渲染成環景方式呈現,由於視角固定,不須針對外圍的物件詳細建置,只要視野內的元件建置完整即可,渲染完後即可有不錯的空間感及效能輕量化的體驗,在大多的行動裝置上都能流暢執行,可在不需任何專用設備下,做出擬真的材質光影效果。因此若有不便攜帶設備或是有跨裝置的需求的話,可以考慮使用環景方式呈現。

利用環景VR,可以很容易在行動裝置及電腦上

•是否需要與現實環境疊合、互動?
AR/MR可以將3D模型疊合在現實空間內,因此相較純粹VR較容易多人協作及帶至施工現場使用,不過現階段裝置的效能,較難乘載大模型,因此模型會需要經過適當的優化,將需要的部分呈現出來即可。若是強調與現實空間的關係,或是有與環境互動的需求,可考慮往AR/MR方向發展。
•應用是否講求快速溝通?
施工端與設計端需要遠端協調現場作業的情境,若透過傳統視訊只能看見平面畫面,無法精確指出空間中的確切位置,因此不容易在環境複雜的施工現場應用;這種情況下即便沒有建物整體模型,也能夠透過Microsoft Dynamics 365 Remote Assist服務,搭配手機或是Microsoft Hololens,讓遠端的協同人員將標註放在現場空間,或是傳送BIM模型、圖說文件等;因此若應用的重點講求快速溝通,不一定要建製整棟的模型,可以利用AR/MR技術將現場環境帶入應用。

利用Microsoft Dynamics 365 Remote Assist及Microsoft Teams可以即時在工地的物件上標註,方便與現場人員溝通且無須建物模型(圖片取自Microsoft官方YouTube影片)

2.VR/AR應用方式確認事項
要導入VR/AR應用,須要明確的瞭解需求,以避免無法達到預期效益的狀況,然而要訂出需求需要考量各方面因素,以下整理了幾個思考向度可供參考,讓製作VR/AR應用時與專業顧問的溝通更加順暢:
•互動操作的方式
VR環境能夠做出實體模型無法做到的切剖定位,以及即時呈現設計參數的修改,一般來說,VR的互動操作最主要包含以下五幾種模式:
一.模型導覽:例如即時對模型做切剖、旋轉、定位等。
二.移動或動作:例如在場景內移動家具或設備的擺放方式,或是門窗的開啟等。
三.改變性質:例如改變物體材質、尺寸或是燈光變化等。
四.取出元件資訊:例如在場景內量測尺寸、顯示參數、取出數量等。
五.整合其他特殊功能:例如問卷調查、逃生模擬、步行路徑追蹤等等功能等。

於VR空間內即時量測尺寸,無須再查閱2D圖說

•是否由BIM模型導入
由於VR內容需要由3D模型建置,模型的來源會影響到能夠做到的應用程度,如果是由BIM軟體匯出的模型,能夠將模型資訊加以利用。因此如果需要數量取出、模型分類篩選、設備識別或串接資訊系統的應用基本上都建議由BIM模型轉出,且能夠省去很多模型建置工作。
•擬真程度的需求
部分應用方式,例如選材選樣、展示空間效果等,會需要更高的擬真程度,才能夠表達材料或空間細節。這類應用需要展示真實建材效果,才能呈現正確效果,如果是素色材料,可以透過簡單的顏色模擬;但如果是磁磚、石材這類有紋理的材料就需要有照片或素磚圖才能做成材質貼圖,並且鋪貼方式、材料光澤都須確認,以避免呈現結果與原始設計有太大落差。

確認建材後可利用素磚圖或樣品照片來產生高擬真的VR內容(素磚圖取自馬可貝里磁磚網站)

•是否需要多人互動
若是有多人溝通、互動的需求的情境,例如設計者與參與者共同討論;或是需要同步導覽帶看,例如建案銷售場合,便會需要在同一場景下多人協作的功能。
如同當今許多網路遊戲一樣,在VR的環境下也能夠透過網路達到多人協作互動,但會增加系統複雜性及開發時程,以及購置多台VR設備的成本;亦可考慮往AR/MR方向開發,讓3D場景疊合在現實環境;或是改採環景影像呈現,便可以讓多人在大螢幕前共同體驗。

X lab:大螢幕前展示環景

•範圍界定
由於建置VR/AR內容對模型的細節要求較高,所以提前訂下VR應用的範圍就不須將所有空間都以一樣的標準建置,只針對需要的部分細化即可,可以加快模型建置時間。
在確認範圍的時候,要注意「可行動範圍(Navigation Area)」跟「可見範圍」的差異;可行動範圍代表使用者可以移動到的範圍。在「可行動範圍」周遭的物件就須要特別留意細節及互動方式;在「可見範圍」內的物件僅需確認是否能被看到。其中一個常被忽略的細節是周遭景觀,若窗外看出去是空無一物的空間,就容易降低真實感;建議可以針對基地周遭的量體大略建置,或是輔以周遭環景照片當作背景,以提升整體體驗品質。

將VR應用「可行動範圍」及「可見範圍」定義出來,做為建模、資訊確認依據

•是否需要輸出資料
在VR環境下做的所有互動,可以記錄為數位資料,並透過API串接至其他資訊系統,將資料保存下來做進一步的分析應用,例如比較選材選樣的結果並分析成本差異等。


在VR環境下做的所有操作會保留電子紀錄,可以匯出至Excel或是串連其他服務做後續應用

導入遊戲引擎後生成VR應用
當模型準備就緒後,就可以匯出導入至遊戲引擎,一般常見的有Unity、Unreal等;依據不同引擎會有不同的操作方式,這部分屬於比較技術性細節,通常在官方的說明文件內都會有詳細教學,所以不在此贅述,以下僅針對流程進行說明。
•匯出模型與資訊至遊戲引擎
通用的3D格式例如FBX、OBJ、DAE等可用於模型交換,但是以通用格式導入缺點是BIM模型的資訊會流失,需要搭配將Revit的資訊以資料庫方式導出,再到引擎內將資訊串再一起,實作上的複雜性較高;所幸例如Unreal引擎也另有針對Revit的外掛程式,可以將模型與資訊一併導入,方便後續應用。

UNREAL:參數畫面

•VR內的環境設定
模型匯到遊戲引擎後要針對光源、場景、起始點、可行動範圍、互動邏輯、VR設備類型等設定,如有轉檔過程中不相容或是須要換算單位的也要一併處理,另須注意互動邏輯的部分會牽涉到應用方式,建議事先擬定,才不會造成重複作業。
•將設定完畢的內容打包成執行檔
在設定完所有細節後,可以在本地做預覽,但還無法在其他電腦上運行,為此須要做打包執行檔的動作。打包前要確認目標的平台類型,如PC、Android、iOS等都需要以不同設定製作並打包,才能夠在目標平台上執行VR應用。

總結

VR/AR技術是現階段下呈現3D資訊可行的最佳方式,也因此讓眾多大廠砸下大量資源研發,藉此不斷縮小數位資訊與真實世界的距離,對於我們在現實世界創造建築物的角色而言,很多無法以實體方式達成的事情,都能夠透過VR/AR技術來達成。
所有新技術剛出現時都會有許多限制,由於各國際大廠如Autodesk、Microsoft、HTC、Google等在這方面投入相當多資源及研究,出現了各式各樣的解決方案,WeBIM衛武資訊也積極應用各種成熟的先進技術,為有需要的專案提供服務,讓AEC建築產業的不同角色能夠利用最新的資訊技術解決問題。很多過去會有的阻礙都隨著時間不斷的被解決,未來也會有如腦機介面等突破性技術出現,進一步強化VR/AR的應用效益。
因此我們認為當下最重要的議題不在於技術上是否可行,而是需要了解VR/AR技術優勢,找出AEC建築產業中能夠透過這個技術帶來的價值,且不應局限於現有的工作流程,應放眼更多未被發掘的應用價值。如同在WeBIM衛武資訊過去的成功應用案例中,透過客戶需求的拆解分析,及專業技術團隊的規劃實作,透過最適當的技術來實現;才能讓AEC建築產業與時俱進,充分利用現代數位資訊科技帶來的優勢。

文章完結

延伸閱讀 | 【原創文章】建築產業的VR運用策略及導入經驗 _從BIM導入到VR的優勢分享(上)
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延伸閱讀 | AEC產業的軟硬體銷售服務