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。
一、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。
(一)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。
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。
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。
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。
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。
下面我们分别从微观和宏观两个角度对渲染处理做优化，由于篇幅所限，我们只介绍几种核心优化策略，而不是全部。
微观层面的优化
多重 LOD（Levels of Detail），加速单图元渲染速度
多重 LOD 基本上是 3D GIS 领域的必备技能，在 BIM 领域也有广泛的应用。
当场景中的一些物体距离视点较远、或者物体本身比较小时，最终投射到屏幕上的像素并不多。如果用过多的几何图元来表示这些物体会浪费存储并影响性能。
多重 LOD 用不同级别的几何体来表示物体，距离越远加载的模型越粗糙，距离越近加载的模型越精细，从而在不影响视觉效果的前提下提高显示效率并降低存储。
单次渲染体量 = 图元数量 * 图元精度。
视点距离远的情况下，图元数量虽然多，但是图元精度比较低，所以体量可控。
视点距离近的情况下，图元精度虽然高，但是图元数量比较少，体量依然可控。
因此，使用 LOD 技术可以确保在大场景和局部场景下的都能流畅的显示模型。但是，LOD 技术是一柄双刃剑，其可以有效控制单次渲染体量，但是多重 LOD 会导致模型文件变大，因为同一个图元可能会有多个几何形体表示，因此需要根据实际情况灵活使用。
LOD 技术的应用有许多技巧，譬如按照室内、室外区分模型数据，或者按照远近、楼层、甚至建筑的专业与细节层次分类处理大小不同的建筑构件等。另外，应用 LOD 技术时通常也需考虑用户体验，以避免明显的显示效果跳跃。
宏观层面的优化
遮挡剔除，减少渲染图元数量
遮挡剔除是将无法投射到人眼视锥中的物体裁剪掉，从而带来显示效率上的提升。遮挡剔除技术是在场景绘制中剔除当前视点下被遮挡的对象、只绘制最前面的对象，从而达到提升性能的目的。
如下图所示，被观察物由于被遮挡，所以不会被绘制，从而减少绘制量，提升性能，但是使用者的感知是一样的。
通常的做法是对图元做八叉树空间索引，然后根据视点计算场景中要剔除掉的图元，只绘制可见的图元。
批量绘制，提升渲染流畅度
为了将一个物体绘制到屏幕上，需要发起一次图形 API 绘制调用。绘制调用非常耗费 CPU、并且通常会造成 GPU 时间闲置。为了优化性能、平衡 CPU 和 GPU 负载，可以将具有相同状态（例如相同材质）的物体合并到一次绘制调用中，这叫做批次绘制调用。批次绘制调用通过合并物体来减少绘制调用，从而带来性能的优化。批次绘制可以预先处理，形成静态的批次，或者绘制每帧时进行动态调整，这时称为动态批次合并。有时也结合动态和静态的批次合并策略，达到渲染流畅度的提升。
二、理想的轻量化技术方案
前面我们了解到，轻量化主要从几何转换和渲染处理两个环节着手进行优化，权衡技术利弊及应用需求，笔者认为理想的技术方案如下：
轻量化模型数据 = 参数化几何描述 (必须) + 相似性图元合并；
提升渲染效果 = 遮挡剔除 + 批量绘制 + LOD(可选)；
三、广联达 BIM 轻量化技术方案
众所周知，BIM 领域的设计软件众多，而且绝大多数都是国外的设计软件，不同设计软件的数据描述各不相同，并且数据的开放程度也各不相同，从设计端承接模型并轻量化是一个复杂的过程，尤其是参数化几何描述，难度更大，但是参数化几何描述恰恰是 BIM 模型轻量化的核心，要做到这一点需要有强大的图形技术做支撑，广联达很早就意识到这
一点，并持续投入大量的研发资源，到现在已经有近 10 年的沉淀，上面提到的理想的技术方案也是公司不断摸索总结出来的。
广联达 BIM 轻量化技术可以把 99% 以上的 Revit 几何体转换为自有的参数化几何体，从而达到极致的轻量化，那么最终效果怎么样呢？针对不同专业效果也不一样，土建专业的模型平面居多，压缩率比较高，基本能达到 1：10 以上，机电专业曲面较多，压缩率低一些，尤其机电设备较多的情况下，压缩率会更低一些，基本在 1：5 以上，综合来看，一个项目全专业模型的压缩率在 1：5 到 1：10 之间。
在渲染阶段，我们除了采用 LOD、遮挡剔除、批量绘制手段外，还采用了很多其他优化手段，比如多线程调度、动态磁盘交换、首帧渲染优化等手段，大大加速了渲染效率。据统计，100 万构件、3000 万三角片的超大规模土建模型，渲染数据峰值内存占用不超过 3G，并能流畅显示。20 万构件，4500 万三角片的机电模型，渲染数据峰值内存占用不超过 2.5G，并能流畅显示。
路漫漫其修远兮，BIM 轻量化，广联达一直在砥砺前行。
http://xjz.glodon.com/f/view-11-17dae10a022e4a15b509dbc9839e97cb.html
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