建筑可视化软件在光环境设计中的应用——以Twinmotion 软件为例

丁明寒，王浩林

（南京传媒学院 江苏 南京 211172）

0 引言

光环境设计涉及对公共场景亮化的空间性、功能性、审美性的表达。传统照明设计中基于平面效果图的视觉传达方式不足以对具体空间场景的视觉效果进行展现，建筑可视化软件在光环境设计领域的应用已经成为照明设计流程中新的发展方向。本文将基于Twinmotion 软件的使用探讨建筑可视化、BIM、实时渲染、虚拟现实等数字技术赋能和光环境设计的整体方案这一关键问题。

1 可视化软件在光环境设计中的价值体现

1.1 可视化技术的发展

随着科技的发展，基于数字技术的各种可视化软件开始在各行各业广泛使用，掀起了新一轮的产业变革。对于光环境设计行业，从业人员在进行照明设计时，也从“AutoCAD+三维建模软件（3D Max、Revit、Sketch Up Pro）+离线渲染软件（VRay、Enscape 等）+Photoshop 绘图软件+照明计算软件（Agi32、Dialux、Lightscape、Radiance、Ecotect 等）”向“三维建模软件（3D Max、Revit、Sketch Up Pro）+实时渲染软件（Lumion、Twinmotion 等）+照明计算软件（Agi32、Dialux、Lightscape、Radiance、Ecotect 等）”转向。可视化技术在精简了照明设计流程的同时，也提升了照明设计展示阶段物料的丰富性、展示的多样性以及沟通的便利性。

在照明设计行业，运用模拟建筑动画和VR 进行效果展示并搭载云服务进行物料传输的工作流程已经开始运用，并成为新的发展趋势[1]。

1.2 Twinmotion 可视化软件

1.2.1 Twinmotion 介绍

Twinmotion 是一款由Abvent 开发、后被Epic Game 收购并基于UE4 进行持续开发的实时渲染的可视化软件[2]。该软件以满足建筑需求为核心，目前在建筑、施工、城市规划、景观设计领域都有着广泛的应用。光环境设计领域对于该软件的使用尚在初始阶段。

1.2.2 基于Twinmotion 的光环境设计流程

对于光环境设计工作人员而言，建模并非专长，也不必在模型建设方面消耗时间和精力。照明设计师通常只需要掌握三维建模软件简单的处理方法用来修正大型项目文件在跨软件联通时可能会出现的问题，掌握不同三维建模软件导入渲染软件时应该进怎样的参数调整，掌握三维建模软件与建筑可视化软件之间直链以及更新文件的方式方法即可。

首先，Twinmotion 软件并不具备建模功能，只能通过导入模型的形式进行设计及渲染，基于目前建筑及城市规划项目使用的技术手段不同，通常有以下两种工作流程。

（1）基于CAD 技术：首先在CAD 图纸中设计建筑或者景观，再基于二维cad 图纸进行3D 建模，常用软件为3D Max 或Sketch Up Pro，然后将3D 模型导入或直链到Twinmotion建筑可视化软件进行材质替换、自然光照选择、人工照明设计，导出静态图片、视频素材、粗剪版本的动态影像后，最后一步是将图片文件拖入Photoshop 中进行调整，以及将视频文件拖入AE 或PR 中进行剪辑修整。

（2）基于BIM 技术：首先选择基于BIM 技术的三维建模软件直接进行三维模型的设计，常见软件为Revit，然后直链到Twinmotion 进行材质替换、自然光照选择、人工照明设计；最后输出图片、视频或BIMmotion 建筑漫游项目文件。

2 以Twinmotion为中心的软件互联

2.1 基于Datasmith Direct Link 的直链

支持基于CAD 及BIM 技术的文件导入。针对Autodesk 3ds Max、Autodesk Navisworks、Autodesk Revit、BricsCAD、Graphisoft Archicad、Rhino、Trimble SketchUp Pro 等常用建筑类软件支持导出Datasmith 内容（.udatasmith）工作流程，其中3ds Max、Navisworks、Revit、Archicad、Rhino、Sketch Up Pro 等软件可下载安装插件，BricsCAD 和Vectorworks 以内置插件无需下载。此外，针对常用建模软件Revit、Archicad、Rhino、SketchUp Pro 等还支持“Datasmith 直接链接工作流程+一键同步”的方式，增强了软件之间的联通程度，在多屏办公成为趋势的当下，方便了“建筑照明一体化”的办公流程。

2.2 丰富的资源库

2.2.1 人工光源

对于环境照明设计师，在照明设计方面最重要的就是傍晚或夜间人工照明的设计效果以及自然光源的真实再现。在Twinmotion 中进行灯光设计通常有以下几种路径。

（1）在导入的建筑或区域模型当中拖入资源库中自带的可发光灯具。这种灯具通常是对模型中某些材质部分进行自发光设置，无法调节更为细致的发光细节和参数，也不支持ies 文件的修改。此外，“资源库”-“材质”-“霓虹灯”中自带了3 种静态霓虹灯效果和4 种动态闪烁霓虹灯效果，并可进行包含颜色、尺寸、发光、色温及闪烁速度的调整。

（2）给3D 灯具模型配光。导入Twinmotion 的3D 模型中可能含有建模的灯具文件，这些灯具通常是不含光源的，如含有光源或ies 文件，在跨软件传输的过程中也极易出现读取错误。所以一般在文件被直链到Twinmotion之前，会对光源参数进行删除或隐藏，只留下灯具模型。有些模型导入时自身并不涵盖灯具模型，这种情况下在进行配光之前可以在Twinmotion 中导入灯具模型。Twinmotion 资源库中含有包括全面光、射灯、霓虹灯、区域光在内的4 种光源以及30 种不同的射灯ies 文件，基本可以满足光环境设计效果图的需求。对于内置的光源可以调整发光强度、色温、色彩、光束角等参数。软件中所有拥有发光效果的模型（灯具模型或车辆的车灯效果）和光源都可以根据时间的变化自动亮起和关闭。

（3）除了内置的ies 文件之外，用户可以自行上传ies 文件。但在目前的版本中，对于用户自主上传的ies文件的光效时常出现无法模拟的现象，尤其是不对称光源的ies 文件。但此功能的配备为后续在Twinmotion 软件中实现对于现实世界中真实灯具效果的展现甚至照明计算提供了可能性。

（4）对于城市景观或建筑外部发光的广告牌或led屏幕，可以通过对3D 模型个别表面进行材质设置的方法进行照明设计。具体步骤为：先对模型表面进行贴图处理，用吸管工具点选材质后调整“发光”参数即可。

2.2.2 材质与模型

对于照明设计师而言，影响最终照明效果呈现的除了基于不同ies 文件的灯光设计与光线渲染之外，材质的设置对于灯光效果的影响也是重中之重。

Twinmotion 在材质的获取方面主要有3 种途径。

（1）软件自带的资产库：在2022 版的Twinmotion 中，软件自带的资产库中包括材质、植被和地形、对象、灯光、天空球、Quixel Megascans、人物、车辆、工具九大板块。其中材质板块又分为玻璃、金属、混凝土、木头、石头、砖、地面、塑料、墙面涂料、屋顶、天花板、网格、大理石、瓷砖、面料、皮毛、霓虹灯、视频、水、半透明、模型。每种纹理皆可进行颜色、反射率、纹理尺寸、凹凸贴图、发光、金属度以及天气效果影响等参数的调整。材质的可调整性增强了虚拟场景的真实度的同时，也可以更为精确地模拟材质影响下的灯光效果。

（2）Quixel Megascans：在之前的版本中，用户需要通过Bridge 和Mixer，无限制免费访问并使用Quixel Megascans 中所有的3D 模型和纹理文件包，且存在访问的区域限制。目前在2022 版本的Twinmotion 中，该限制已被放开，并且不再需要通过Bridge 和Mixer 访问并下载纹理文件包，直接在Twinmotion 中就可直接免费无限制使用Quixel Megascans 中的所有资源。

（3）用户资源库：用户可以自行导入和保存静态模型、动态模型以及自由纹理贴图，以便后续使用。

2.2.3 多种媒体文件导出方式

Twinmotion 可以导出图片、全景图片和视频3 种格式，在进行夜景效果图制作的同时，还可以进行建筑漫游动画以及VR 文件的制作。

（1）静态图像：对于效果图的输出，在创建好媒体后，设计师可以修改其显示效果，可修改的选项包括光照、天气、地理位置、摄像机偏好和滤镜白模效果等。与常用的lumion 相比，Twinmotion 的参数修改较为简单，而lumion 中使用的是一种类似PS 中图层叠加的方式，图层的先后顺序会极大程度上影响输出效果，但在Twinmotion中就不用担心这一点。目前，Twinmotion 支持2 k、4 k 分辨率的图片导出以及2 k 至8 k 分辨率的全景图片导出。

（2）建筑漫游动画：对于视频格式的输出，设计师可以在Twinmotion 中通过关键帧的选取、参数的设置、外部图片、视频格式的导入完成基本的视频剪辑并进行输出，目前，Twinmotion2022.1 支持2 k 和4 k 清晰度的导出。在视频设计时，Twinmotion 作为一个主打建筑可视化功能的软件，支持创建多个建筑施工阶段（Phasing），这一功能也可以被移用到照明设计中。

（3）基于VR 的建筑漫游动画：如果配备上VR 设备，设计师可以直接在Twinmotion 中使用VR 模式进行设计工作。此外，Twinmotion 可以导出独有的BIMmotion 文件，设计师可以指定一个起始点，客户可以通过此文件进行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 头戴设备。

3 BIM技术的普及化推动了虚拟现实软件在光环境设计中的运用

BIM（Building Information Modeling）技术是一种工作流程，主打3C 概念，即协调、沟通和协作，与基于CAD（Computer Aided Design）技术建立的3d CAD 相比，BIM 不只是三维几何模型的建立，它的价值点在于建筑组件固有关系以及元数据的涵盖。CAD 技术对于信息的关联通常是基于不同数据源的对比，BIM 技术的相关数据能够以二维、三维、表格等各种形式进行访问，所以改善了二维CAD 图纸中出现的修改易出错的问题。

目前，BIM 技术在建筑行业中应用广泛，而在光环境设计当中，无论是针对室内、建筑外墙、城市街区，还是隧道等特殊场景，照明设计都与建筑设计、景观设计、电气设计、幕墙设计等相关行业的各个工种联系密切。在大多数设计当中，照明设计师需要根据建筑设计师或景观设计师的总体设计更加具体的照明设计，但在工作过程当中，往往会遇到灯具选择及安置与建筑结构、幕墙设计、电力工程等方面的冲突，然后多次多方进行协商，这样的工作流程费时费力，而BIM 模型包含了建筑中的所有信息参数，因此各个工种都可以基于此模型进行协同设计，以达成“建筑照明一体化”的照明设计流程优化[3]。

BIM技术对于建筑照明设计的优势主要体现在可视化、模拟分析、信息化、多专业协同和图纸生成与关联修改等方面[4]。针对模拟分析，目前照明计算软件中，德国出产的Dialux 软件已经搭载了基于BIM 技术的输入端口，支持IFC 格式文件的导入。而对于照明设计效果的展示，部分的照明设计院、照明设计公司和专业院校也开始基于BIM 技术，向以Twinmotion 为代表的建筑可视化软件转向，通过静态效果图、全景效果图、动画、BIMmotion 等方式提高方案的设计阶段、沟通阶段、展示阶段的效率。

4 在减小学习成本和人力成本的情况下更好地展示效果

在光环境设计的流程中，设计师需要接触到各种各样的软件，这些软件跨越了建筑设计、景观设计、电气设计、照明计算、影像处理等行业，专业壁垒较强、学习成本高、学习周期长成了环境照明设计工作时的最大问题。以Twinmotion 为代表的建筑可视化软件集合“建模”“设计”“渲染”为一体的同时，配备了图片处理和视频剪辑的功能，集多个领域软件的核心功能为一体。此外该软件可以通过插件与建模软件进行直链，减少了照明设计师在模型处理上消耗的时间。

5 优势与劣势

（1）与Lumion 相比，Twinmotion 采用了基于银幕空间的全局照明渲染（SSGI），并可以在Windows DirectX 12 和支持DXR 实时光线追踪的GPU 的支持下运行路径追踪器，通过对逐像素融合采样数量的设置，降低效果图的噪点，并进行锯齿边缘处理。

（2）在照明设计方面，Twinmotion 配有4 种不同类型的光源效果以及30 种不同参数的IES 文件。该软件支持用户自行上传IES 文件，但目前为止还存在着对于部分IES 文件无法正确读取并进行模拟的问题。

（3）可以进行虚拟游览、VR 漫游。VR 技术具有沉浸、交互、想象的“3I”特性，是通过计算机技术基于人的知觉感受进行的数字模拟。除了Twinmotion 之外，UE4、Fuzor、Lumion 以及国产软件Mars 都是主流的技术运用平台。

比较而言，Twinmotion 的优势在于：（1）与基于BIM 技术和CAD 技术的三维建模软件联动性好；（2）采用无缝加载的方式，无需中间格式文件[5]；（3）对于电脑配置要求较低，并且支持Windows 系统和Mac Os 系统；（4）基于Twinmotion的VR设计可以输出BIMmotion的文件，客户无需在电脑上下载Twinmotion 即可直接打开文件。如果搭配手柄等配套设备，设计师还可以在Twinmotion的VR 模式当中进行设计。至此，在twinmotion 当中，VR技术的使用不再只是对建筑模型视觉化的加深，而是使得虚拟现实技术真正应用于设计[6]。

在新版本的Twinmotion 中，更新了云服务。在与甲方的沟通中，经常需要将效果图、全景效果图、视频等大格式文件包通过在线发送或拷贝的方式进行传输。通过Twinmotion 云服务这种在线服务的方式，设计师可以在云端完成演示文件的上传和共享，客户也无需花费时间下载即可访问。目前Twinmotion 的云服务支持基于PC 操作系统的Microsoft Edge、Chrome 或Firefox 浏览器，基于Mac OS 和iPad 操作系统的Safari、Chrome 或Firefox 浏览器，以及基于Android 的Chrome 浏览器。

6 结语

综上所述，在BIM 技术和可视化技术的加持下，对于城市景观、建筑外墙、桥梁道路等环境为主的照明设计正在面临新的技术革新。基于BIM 技术的可视化软件和虚拟现实技术能在很大程度上优化照明设计师的工作流程并进行多元化的设计方案输出及展示。Twinmotion 作为一款以辅助建筑需求为主要目的的可视化软件，其人性化的操作界面、游戏感的设计体验、不断细化的光照渲染、多元化的媒体导出形式都可以赋能环境照明设计领域，以算法解放生产力。