建筑可視化軟件在光環境設計中的應用
——以Twinmotion 軟件為例

丁明寒，王浩林

（南京傳媒學院 江蘇 南京 211172）

0 引言

光環境設計涉及對公共場景亮化的空間性、功能性、審美性的表達。傳統照明設計中基于平面效果圖的視覺傳達方式不足以對具體空間場景的視覺效果進行展現，建筑可視化軟件在光環境設計領域的應用已經成為照明設計流程中新的發展方向。本文將基于Twinmotion 軟件的使用探討建筑可視化、BIM、實時渲染、虛擬現實等數字技術賦能和光環境設計的整體方案這一關鍵問題。

1 可視化軟件在光環境設計中的價值體現

1.1 可視化技術的發展

隨著科技的發展，基于數字技術的各種可視化軟件開始在各行各業廣泛使用，掀起了新一輪的產業變革。對于光環境設計行業，從業人員在進行照明設計時，也從“AutoCAD+三維建模軟件（3D Max、Revit、Sketch Up Pro）+離線渲染軟件（VRay、Enscape 等）+Photoshop 繪圖軟件+照明計算軟件（Agi32、Dialux、Lightscape、Radiance、Ecotect 等）”向“三維建模軟件（3D Max、Revit、Sketch Up Pro）+實時渲染軟件（Lumion、Twinmotion 等）+照明計算軟件（Agi32、Dialux、Lightscape、Radiance、Ecotect 等）”轉向。可視化技術在精簡了照明設計流程的同時，也提升了照明設計展示階段物料的豐富性、展示的多樣性以及溝通的便利性。

在照明設計行業，運用模擬建筑動畫和VR 進行效果展示并搭載云服務進行物料傳輸的工作流程已經開始運用，并成為新的發展趨勢[1]。

1.2 Twinmotion 可視化軟件

1.2.1 Twinmotion 介紹

Twinmotion 是一款由Abvent 開發、后被Epic Game 收購并基于UE4 進行持續開發的實時渲染的可視化軟件[2]。該軟件以滿足建筑需求為核心，目前在建筑、施工、城市規劃、景觀設計領域都有著廣泛的應用。光環境設計領域對于該軟件的使用尚在初始階段。

1.2.2 基于Twinmotion 的光環境設計流程

對于光環境設計工作人員而言，建模并非專長，也不必在模型建設方面消耗時間和精力。照明設計師通常只需要掌握三維建模軟件簡單的處理方法用來修正大型項目文件在跨軟件聯通時可能會出現的問題，掌握不同三維建模軟件導入渲染軟件時應該進怎樣的參數調整，掌握三維建模軟件與建筑可視化軟件之間直鏈以及更新文件的方式方法即可。

首先，Twinmotion 軟件并不具備建模功能，只能通過導入模型的形式進行設計及渲染，基于目前建筑及城市規劃項目使用的技術手段不同，通常有以下兩種工作流程。

（1）基于CAD 技術：首先在CAD 圖紙中設計建筑或者景觀，再基于二維cad 圖紙進行3D 建模，常用軟件為3D Max 或Sketch Up Pro，然后將3D 模型導入或直鏈到Twinmotion建筑可視化軟件進行材質替換、自然光照選擇、人工照明設計，導出靜態圖片、視頻素材、粗剪版本的動態影像后，最后一步是將圖片文件拖入Photoshop 中進行調整，以及將視頻文件拖入AE 或PR 中進行剪輯修整。

（2）基于BIM 技術：首先選擇基于BIM 技術的三維建模軟件直接進行三維模型的設計，常見軟件為Revit，然后直鏈到Twinmotion 進行材質替換、自然光照選擇、人工照明設計；最后輸出圖片、視頻或BIMmotion 建筑漫游項目文件。

2 以Twinmotion為中心的軟件互聯

2.1 基于Datasmith Direct Link 的直鏈

支持基于CAD 及BIM 技術的文件導入。針對Autodesk 3ds Max、Autodesk Navisworks、Autodesk Revit、BricsCAD、Graphisoft Archicad、Rhino、Trimble SketchUp Pro 等常用建筑類軟件支持導出Datasmith 內容（.udatasmith）工作流程，其中3ds Max、Navisworks、Revit、Archicad、Rhino、Sketch Up Pro 等軟件可下載安裝插件，BricsCAD 和Vectorworks 以內置插件無需下載。此外，針對常用建模軟件Revit、Archicad、Rhino、SketchUp Pro 等還支持“Datasmith 直接鏈接工作流程+一鍵同步”的方式，增強了軟件之間的聯通程度，在多屏辦公成為趨勢的當下，方便了“建筑照明一體化”的辦公流程。

2.2 豐富的資源庫

2.2.1 人工光源

對于環境照明設計師，在照明設計方面最重要的就是傍晚或夜間人工照明的設計效果以及自然光源的真實再現。在Twinmotion 中進行燈光設計通常有以下幾種路徑。

（1）在導入的建筑或區域模型當中拖入資源庫中自帶的可發光燈具。這種燈具通常是對模型中某些材質部分進行自發光設置，無法調節更為細致的發光細節和參數，也不支持ies 文件的修改。此外，“資源庫”-“材質”-“霓虹燈”中自帶了3 種靜態霓虹燈效果和4 種動態閃爍霓虹燈效果，并可進行包含顏色、尺寸、發光、色溫及閃爍速度的調整。

（2）給3D 燈具模型配光。導入Twinmotion 的3D 模型中可能含有建模的燈具文件，這些燈具通常是不含光源的，如含有光源或ies 文件，在跨軟件傳輸的過程中也極易出現讀取錯誤。所以一般在文件被直鏈到Twinmotion之前，會對光源參數進行刪除或隱藏，只留下燈具模型。有些模型導入時自身并不涵蓋燈具模型，這種情況下在進行配光之前可以在Twinmotion 中導入燈具模型。Twinmotion 資源庫中含有包括全面光、射燈、霓虹燈、區域光在內的4 種光源以及30 種不同的射燈ies 文件，基本可以滿足光環境設計效果圖的需求。對于內置的光源可以調整發光強度、色溫、色彩、光束角等參數。軟件中所有擁有發光效果的模型（燈具模型或車輛的車燈效果）和光源都可以根據時間的變化自動亮起和關閉。

（3）除了內置的ies 文件之外，用戶可以自行上傳ies 文件。但在目前的版本中，對于用戶自主上傳的ies文件的光效時常出現無法模擬的現象，尤其是不對稱光源的ies 文件。但此功能的配備為后續在Twinmotion 軟件中實現對于現實世界中真實燈具效果的展現甚至照明計算提供了可能性。

（4）對于城市景觀或建筑外部發光的廣告牌或led屏幕，可以通過對3D 模型個別表面進行材質設置的方法進行照明設計。具體步驟為：先對模型表面進行貼圖處理，用吸管工具點選材質后調整“發光”參數即可。

2.2.2 材質與模型

對于照明設計師而言，影響最終照明效果呈現的除了基于不同ies 文件的燈光設計與光線渲染之外，材質的設置對于燈光效果的影響也是重中之重。

Twinmotion 在材質的獲取方面主要有3 種途徑。

（1）軟件自帶的資產庫：在2022 版的Twinmotion 中，軟件自帶的資產庫中包括材質、植被和地形、對象、燈光、天空球、Quixel Megascans、人物、車輛、工具九大板塊。其中材質板塊又分為玻璃、金屬、混凝土、木頭、石頭、磚、地面、塑料、墻面涂料、屋頂、天花板、網格、大理石、瓷磚、面料、皮毛、霓虹燈、視頻、水、半透明、模型。每種紋理皆可進行顏色、反射率、紋理尺寸、凹凸貼圖、發光、金屬度以及天氣效果影響等參數的調整。材質的可調整性增強了虛擬場景的真實度的同時，也可以更為精確地模擬材質影響下的燈光效果。

（2）Quixel Megascans：在之前的版本中，用戶需要通過Bridge 和Mixer，無限制免費訪問并使用Quixel Megascans 中所有的3D 模型和紋理文件包，且存在訪問的區域限制。目前在2022 版本的Twinmotion 中，該限制已被放開，并且不再需要通過Bridge 和Mixer 訪問并下載紋理文件包，直接在Twinmotion 中就可直接免費無限制使用Quixel Megascans 中的所有資源。

（3）用戶資源庫：用戶可以自行導入和保存靜態模型、動態模型以及自由紋理貼圖，以便后續使用。

2.2.3 多種媒體文件導出方式

Twinmotion 可以導出圖片、全景圖片和視頻3 種格式，在進行夜景效果圖制作的同時，還可以進行建筑漫游動畫以及VR 文件的制作。

（1）靜態圖像：對于效果圖的輸出，在創建好媒體后，設計師可以修改其顯示效果，可修改的選項包括光照、天氣、地理位置、攝像機偏好和濾鏡白模效果等。與常用的lumion 相比，Twinmotion 的參數修改較為簡單，而lumion 中使用的是一種類似PS 中圖層疊加的方式，圖層的先后順序會極大程度上影響輸出效果，但在Twinmotion中就不用擔心這一點。目前，Twinmotion 支持2 k、4 k 分辨率的圖片導出以及2 k 至8 k 分辨率的全景圖片導出。

（2）建筑漫游動畫：對于視頻格式的輸出，設計師可以在Twinmotion 中通過關鍵幀的選取、參數的設置、外部圖片、視頻格式的導入完成基本的視頻剪輯并進行輸出，目前，Twinmotion2022.1 支持2 k 和4 k 清晰度的導出。在視頻設計時，Twinmotion 作為一個主打建筑可視化功能的軟件，支持創建多個建筑施工階段（Phasing），這一功能也可以被移用到照明設計中。

（3）基于VR 的建筑漫游動畫：如果配備上VR 設備，設計師可以直接在Twinmotion 中使用VR 模式進行設計工作。此外，Twinmotion 可以導出獨有的BIMmotion 文件，設計師可以指定一個起始點，客戶可以通過此文件進行VR 漫游。目前，Twinmotion 支持Oculus Rift S、Oculus Quest 1、HTC Vive Pro、HTC Vive Cosmos、Windows MR、HP Reverb G2 等主流的VR 頭戴設備。

3 BIM技術的普及化推動了虛擬現實軟件在光環境設計中的運用

BIM（Building Information Modeling）技術是一種工作流程，主打3C 概念，即協調、溝通和協作，與基于CAD（Computer Aided Design）技術建立的3d CAD 相比，BIM 不只是三維幾何模型的建立，它的價值點在于建筑組件固有關系以及元數據的涵蓋。CAD 技術對于信息的關聯通常是基于不同數據源的對比，BIM 技術的相關數據能夠以二維、三維、表格等各種形式進行訪問，所以改善了二維CAD 圖紙中出現的修改易出錯的問題。

目前，BIM 技術在建筑行業中應用廣泛，而在光環境設計當中，無論是針對室內、建筑外墻、城市街區，還是隧道等特殊場景，照明設計都與建筑設計、景觀設計、電氣設計、幕墻設計等相關行業的各個工種聯系密切。在大多數設計當中，照明設計師需要根據建筑設計師或景觀設計師的總體設計更加具體的照明設計，但在工作過程當中，往往會遇到燈具選擇及安置與建筑結構、幕墻設計、電力工程等方面的沖突，然后多次多方進行協商，這樣的工作流程費時費力，而BIM 模型包含了建筑中的所有信息參數，因此各個工種都可以基于此模型進行協同設計，以達成“建筑照明一體化”的照明設計流程優化[3]。

BIM技術對于建筑照明設計的優勢主要體現在可視化、模擬分析、信息化、多專業協同和圖紙生成與關聯修改等方面[4]。針對模擬分析，目前照明計算軟件中，德國出產的Dialux 軟件已經搭載了基于BIM 技術的輸入端口，支持IFC 格式文件的導入。而對于照明設計效果的展示，部分的照明設計院、照明設計公司和專業院校也開始基于BIM 技術，向以Twinmotion 為代表的建筑可視化軟件轉向，通過靜態效果圖、全景效果圖、動畫、BIMmotion 等方式提高方案的設計階段、溝通階段、展示階段的效率。

4 在減小學習成本和人力成本的情況下更好地展示效果

在光環境設計的流程中，設計師需要接觸到各種各樣的軟件，這些軟件跨越了建筑設計、景觀設計、電氣設計、照明計算、影像處理等行業，專業壁壘較強、學習成本高、學習周期長成了環境照明設計工作時的最大問題。以Twinmotion 為代表的建筑可視化軟件集合“建模”“設計”“渲染”為一體的同時，配備了圖片處理和視頻剪輯的功能，集多個領域軟件的核心功能為一體。此外該軟件可以通過插件與建模軟件進行直鏈，減少了照明設計師在模型處理上消耗的時間。

5 優勢與劣勢

（1）與Lumion 相比，Twinmotion 采用了基于銀幕空間的全局照明渲染（SSGI），并可以在Windows DirectX 12 和支持DXR 實時光線追蹤的GPU 的支持下運行路徑追蹤器，通過對逐像素融合采樣數量的設置，降低效果圖的噪點，并進行鋸齒邊緣處理。

（2）在照明設計方面，Twinmotion 配有4 種不同類型的光源效果以及30 種不同參數的IES 文件。該軟件支持用戶自行上傳IES 文件，但目前為止還存在著對于部分IES 文件無法正確讀取并進行模擬的問題。

（3）可以進行虛擬游覽、VR 漫游。VR 技術具有沉浸、交互、想象的“3I”特性，是通過計算機技術基于人的知覺感受進行的數字模擬。除了Twinmotion 之外，UE4、Fuzor、Lumion 以及國產軟件Mars 都是主流的技術運用平臺。

比較而言，Twinmotion 的優勢在于：（1）與基于BIM 技術和CAD 技術的三維建模軟件聯動性好；（2）采用無縫加載的方式，無需中間格式文件[5]；（3）對于電腦配置要求較低，并且支持Windows 系統和Mac Os 系統；（4）基于Twinmotion的VR設計可以輸出BIMmotion的文件，客戶無需在電腦上下載Twinmotion 即可直接打開文件。如果搭配手柄等配套設備，設計師還可以在Twinmotion的VR 模式當中進行設計。至此，在twinmotion 當中，VR技術的使用不再只是對建筑模型視覺化的加深，而是使得虛擬現實技術真正應用于設計[6]。

在新版本的Twinmotion 中，更新了云服務。在與甲方的溝通中，經常需要將效果圖、全景效果圖、視頻等大格式文件包通過在線發送或拷貝的方式進行傳輸。通過Twinmotion 云服務這種在線服務的方式，設計師可以在云端完成演示文件的上傳和共享，客戶也無需花費時間下載即可訪問。目前Twinmotion 的云服務支持基于PC 操作系統的Microsoft Edge、Chrome 或Firefox 瀏覽器，基于Mac OS 和iPad 操作系統的Safari、Chrome 或Firefox 瀏覽器，以及基于Android 的Chrome 瀏覽器。

6 結語

綜上所述，在BIM 技術和可視化技術的加持下，對于城市景觀、建筑外墻、橋梁道路等環境為主的照明設計正在面臨新的技術革新。基于BIM 技術的可視化軟件和虛擬現實技術能在很大程度上優化照明設計師的工作流程并進行多元化的設計方案輸出及展示。Twinmotion 作為一款以輔助建筑需求為主要目的的可視化軟件，其人性化的操作界面、游戲感的設計體驗、不斷細化的光照渲染、多元化的媒體導出形式都可以賦能環境照明設計領域，以算法解放生產力。