隨著BIM應用的越來越深入，不論是在民建領域還是在基建領域，BIM模型越來越精細、越來越大已經成為一種現實與趨勢。作為BIM應用軟件技術核心的輕量化BIM引擎到底能不能支撐BIM模型的大型化趨勢呢？
BIM輕量化引擎主要是實現了BIM模型與除建模軟件以外的軟件系統的對接，補足了傳統軟件（項目管理系統、OA等）在BIM這塊的弱項。實現了BIM模型在WEB端，移動端的“輕量化”應用模式，讓大量用戶無需安裝諸如Revit、Navisworks、Bentley等專業建模軟件即可使用BIM模型開展各類應用。
BIM輕量化引擎從技術方案上，可以分為傳統的C/S客戶端方案和純WEB方案兩種。傳統的C/S客戶端的輕量化引擎因為技術太過老舊，已經不適應當下的BIM應用發展需要，不在本文討論范圍之內。目前，采用WebGL技術的純WEB輕量化引擎代表了最先進的技術和方向，不僅能應用于WEB端（即直接瀏覽器打開應用），也能應用于移動App，是BIM應用市場的主流選擇。 (一)WebGL輕量化BIM引擎工作機理
WebGL輕量化BIM引擎需要在確保BIM模型的數據不損失的情況下，實現BIM模型的輕量化，讓BIM模型能夠更快的加載和使用。
WebGL輕量化BIM引擎處理BIM模型，一般可以分為以下幾步： 1.數模分離
BIM模型包含幾何數據和非幾何數據兩部分。幾何數據就是我們能看到的二維、三維模型數據，非幾何數據通常指BIM模型所包含的分部分項結構數據、構件屬性數據等相關業務數據。
首先，WebGL輕量化BIM引擎會將幾何數據和非幾何數據進行拆分。通過這樣的處理，BIM模型文件中約20%-50%的非幾何數據被剝離出去，導出為DB文件或JSON數據，供BIM應用開發使用。 2.幾何數據輕量化處理
剝離了非幾何數據后剩下的三維幾何數據，我們還需要進一步的進行優化，以降低幾何數據的體量和后期客戶端電腦的渲染計算量，從而提高BIM模型下載和渲染的速度。
在幾何數據優化這塊，一般采取的方案包括：
a)參數化或三角化幾何描述；
通過采用參數化或三角化的描述手段來降低三維幾何數據的數據文件大小，讓模型數據變得更小。
一般來說采用參數化的描述，幾何數據文件肯定是要小于三角化描述的，但模型的輕量化不僅僅是簡單考慮模型幾何數據的小，還需要考慮在三維渲染時，客戶端電腦GPU計算所需的時間，這塊需要WebGL引擎廠商來綜合考慮。
陜西葛蘭岱爾的GL WebGL BIM Engine產品則側重于三角化描述，在犧牲一點點數據大小的基礎上，大大降低客戶端渲染時的GPU計算時間，提高渲染速率。
b)相似性算法減少圖元數量；
在一個工程中，有很多圖元長得一模一樣，比如很多樁的形狀一模一樣，只是位置不一樣，這個時候我們可以做圖元合并，即：只保留一個樁的數據，其他樁我們記錄一個引用 + 空間坐標即可。通過這種方式可以有效減少圖元數量，達到輕量化的目的。 3.三維幾何數據實時渲染
WebGL輕量化BIM引擎要實現對三維幾何數據的實時渲染（注意：這是實時渲染，有別于很多看起來很漂亮炫目的后期專業渲染制作的動畫，技術要求完全不同），需要進行以下兩個步驟的動作。 a)把三維幾何數據下載到本地電腦；
三維幾何數據的下載，主要跟本地電腦連接服務器的網速相關。目前葛蘭岱爾的引擎采用的是邊下載邊渲染的流式渲染機制，大大提升了客戶體驗。
如果BIM模型輕量化后的三維幾何數據文件很大，比如依然有幾百兆或者超過1個G，則全部下載完數據依然要花費比較長的時間，一般下載時間超過30秒，則很多時候用戶是不能忍受的。
葛蘭岱爾的大模型LOD技術方案很好的解決了上述問題，稍后會詳述。
b)利用本地電腦的內存和GPU（顯卡）實時渲染BIM模型文件；
為了達到流暢、實時的顯示，本地電腦的繪制需要達到25-35幀/秒。如果BIM模型的三維幾何數據比較大，尤其是基建模型，諸如長達幾十甚至上百公里的道路，橋梁模型，如果全部渲染則內存的開銷會在30-50G以上，這是任何瀏覽器都無法支撐的，會造成WEB瀏覽器的崩潰。
葛蘭岱爾的大模型LOD技術方案對此提供了可行的解決方案。 (二)葛蘭岱爾大模型LOD方案解析
通過對WebGL輕量化BIM引擎工作機理的解析，我們可以看得出，輕量化引擎處理BIM大模型的關鍵就在于如何實現對模型幾何數據的有效規劃、進而解決本地電腦從三維幾何數據的下載、到本地的內存管理和高效的渲染。
大模型處理機制的核心是LOD技術和內存管理。LOD技術的基本原理類似人眼去觀察世界。
當場景中的一些物體距離視點較遠、或者物體本身比較小時，我們人眼也是看不清楚的。所以，對于這些幾何構件，我們無需加載到內存并進行渲染。當我們移動到這些物體的跟前或近處時，系統才需要將這些構件加載內存并進行實時渲染。與此同時，系統又需要將視野范圍外的構件數據從內存中清除掉，從而控制內存的總量，確保流暢的渲染。
葛蘭岱爾WebGL輕量化引擎對大模型LOD的處理方案，從最根本的內存管理入手，在三維幾何數據輕量化處理階段，依據空間位置計算，將構件進行空間位置的排序來確定模型的輪廓，保證用戶初始加載模型就能看到模型的整體輪廓。
同時，通過多重LOD計算，為同一個構件分別生成輪廓模型與精細實體模型。在三維幾何數據的實時渲染階段，通過實時計算視點與模型的距離，進行動態的輪廓模型與精細實體模型的內存加載與渲染。從而在不影響視覺效果的前提下提高本地電腦實時渲染BIM模型的效率，并始終保持瀏覽器內存在可控的范圍內，實現類似人眼觀察世界的效果。
說到這里，就該來點干貨了，我們以一棟樓宇的BIM模型來舉例，這棟樓宇BIM模型采用Revit建模，四大專業（機電專業、建筑專業、結構專業、精裝專業），共計96個RVT文件，合計RVT文件大小為：2.67G。
經過葛蘭岱爾WebGL輕量化引擎的輕量化處理程序的預處理，依據空間位置計算，在渲染階段，引擎優先渲染建筑輪廓模型。這樣的輪廓模型在普通配置的客戶端電腦和網絡情況下，下載及渲染只需要不到20秒的時間，即可完成，如下圖所示： 在上圖中，我們能夠看到很多淺藍色的框線，這些藍色的框線就是模型構件的輪廓模型。隨著視點的移動，引擎會自動計算視點與構件的距離，依據一定的算法，加載視點范圍內的構件，如下圖所示： 隨著視點的靠近，淺藍色的框線代表的BIM模型構件輪廓模型會自動被精細實體模型進行替代。
視點移開之后，剛加載的精細實體模型會自動從內存中檫除，并替代為藍色框線的輪廓模型。同時，其他區域視點范圍內的BIM模型構件輪廓模型又會自動被精細實體模型進行替代并加載渲染。
同時，葛蘭岱爾WebGL輕量化BIM引擎在采用LOD技術進行大模型處理的同時，還采用了批量繪制技術來進一步提升渲染流暢度。
為了將一個物體繪制到屏幕上，需要發起一次圖形API繪制調用。繪制調用非常耗費CPU、并且通常會造成GPU時間閑置。為了優化性能、平衡CPU和GPU負載，可以將具有相同狀態（例如相同材質）的物體合并到一次繪制調用中，這叫做批次繪制技術。
葛蘭岱爾WebGL輕量化BIM引擎的批次繪制技術通過合并物體來減少繪制調用，從而帶來性能的優化。批次繪制可以預先處理，形成靜態的批次，或者繪制每幀時進行動態調整，結合動態和靜態的批次合并策略，達到渲染流暢度的提升。
陜西葛蘭岱爾公司作為國內WebGL輕量化BIM引擎產品的核心供應商，專注于研發中國自主知識產權，用戶本地化部署的高質量WebGL輕量化BIM引擎產品和相關BIM應用軟件系統。
葛蘭岱爾通過持續不斷的迭代研發，已經在國內積累了大量的用戶，這些用戶包括國內一流的大型設計院、施工企業與軟件公司。相比于其他品牌普遍采用的遮擋剔除，減少渲染圖元數量的處理技術（只能一定程度減輕瀏覽器GPU實時渲染壓力，并不能解決大模型處理的內存問題），葛蘭岱爾是國內首家實現大模型LOD方案的WebGL輕量化引擎產品，從根本上解決了幾個G，十幾個G，幾十個G的大BIM模型的加載及渲染問題。
葛蘭岱爾將不斷努力，為中國BIM產業發展提供更好更優質的技術產品。
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