2020年10月雷斯顿站提案 | 图像由Arup提供

设计与工程咨询公司Arup拥抱交互式3D技术变革

By Ken Pimentel |
2021年1月20日
如今交互式3D技术正在建筑、工程和施工行业被广泛采用,无论是对技术敏感的初创建筑设计事务所,还是经营多年的工程咨询公司都不例外。 

Arup就是一个合适的例子,这是一家拥有70多年经验的独立公司,工作遍及当今建筑环境的每个方面。无论是设计音乐厅、国家体育场、可再生能源设施还是无人驾驶汽车,Arup解决过当今一些最雄心勃勃的设计和工程挑战。 
2020年10月雷斯顿站提案 | 图像由Arup提供
这家公司最近经历了某种技术变革,实时创新的大爆发帮助改进了与客户的沟通,促进了更准确的设计审查,并确保了更快的项目周转时间。 

实时工具改变传统工作流程

Colin Hanford在Arup位于英国加的夫的一支可视化团队中占据了半壁江山。另外半壁江山则是资深可视化设计师James Jackson。这两人从事可视化工作的经验加起来超过50年。他们这个团队专为Arup的业务部门服务,尤其是英格兰西南部和威尔士的基础设施、城建设计与交通规划项目。

Hanford和Jackson最初是在一场练习中开始研究实时技术的,目的是探索如何提高自身的核心技能。如今他们使用虚幻引擎已有一年半左右。“过去我们用的是另一种实时引擎,但我们发现它的学习曲线对于非编程人员来说非常陡峭,所以我们就考察了作为替代方案的虚幻引擎。”Jackson解释说。 

这对搭档很快意识到,虚幻引擎能够为非编程人员提供创作高保真实时体验的门路。“视觉效果质量和对于非编程人员来说开箱即用的易用性令人印象深刻,所以我们决定以后就用虚幻了。”Hanford说。 
莫里森岛公共领域和防洪工程 | 图像由科克城市议会提供
采用实时技术以来,他们发现了多种相对于传统工作流程的优点。团队能够在更紧张的时限内交付项目,能够更快审查项目和设计选择,还能更方便地沟通想法。“克服这些挑战使我们获得了与以往没有合作过的企业合作的更多机会。”Hanford说。 

实时可视化基础设施项目

实时工作流程在团队最近为Highways England工作的一个基础设施项目中发挥了至关重要的作用。Highways England是一家国营公司,承担着运营、维护和改进英格兰的高速汽车公路和A级主干道的任务。

该公司计划在英格兰西南部的布罗克沃思和考利之间修建一条公路,将A417公路的两段连接起来。Hanford和Jackson的任务是创建工程提案的可视化,用来向工程的相关利益方传达设计意图。

“我们的交付时间表非常紧,如果没有在虚幻中渲染动画的灵活性和快速性,赶上截止期限是极其困难的。”
 
动画由Highways England提供。2020年10月发布。
他们面临的最大挑战之一是这个可视化的巨大规模——要以可接受的分辨率、保真度和帧率运行一个大规模环境,还要让观众能够一眼看到地平线。

团队不得不在引擎外将模型分成不同的细节水平,并将航拍照片分解成更小的方格。经历了初期的一些困难和与Epic的交流,Hanford和Jackson现在已经建立起一套能够沿用到未来项目中的流程。“我们在虚幻引擎中通过虚拟纹理解决了问题,它对于保持环境的逼真感有非常重要的意义。”Jackson说。 

虚拟纹理是虚幻引擎中的一种功能,可以减少光照贴图和纹理所需的纹理内存,大大提高程序化和多层材质的渲染性能。用户不必局限于4K或8K纹理,而是可以使用任意大小的纹理,引擎将会管理硬件的处理能力。
他们还需要通过实时模型的形式,以可行的帧率和分辨率表现数十万棵现有的和计划种植的树木。团队在3ds Max中使用Forest Pack Pro导出简单的代理树木,并通过Datasmith将它们导入虚幻引擎中,然后替换成SpeedTree虚幻引擎资源。 

Datasmith是一套工具和插件,能够大大缩短将不同类型数据导入虚幻引擎所需的时间。这是Hanford和Jackson用来从最初开发项目的3ds Max导入数据的主要方法。“Datasmith在我们的管线中作用极大。”Jackson说。 

Datasmith提供对Forest Pack Pro资源的专门支持,还提供RailClone,使每个实体都能直接转换为“层级实例静态网格体”,这种特殊的对象类型可以在对象散布于大片区域时提供很高的帧率。 

除了树木之外,团队还需要众多车辆来填满道路。以前他们都是将车辆从交通建模软件VISSIM导入3ds Max中,根据需要进行调整,然后从3ds Max以.fbx文件形式导出,从而在虚幻引擎中保留其动画品质。如今团队可以通过Datasmith直接从3ds Max导入VISSIM动画。 

交互式3D驾驶和骑车模拟器

除了为Arup的各种相关利益方创建可视化,Hanford和Jackson还与公司里的各路其他可视化专家协作,基于虚幻引擎开发内部工具。一种这样的工具就是DriveSim,它是一个模拟器,可让用户沉浸在准确反映Arup基础设施项目的几何尺寸的虚拟模拟中,从而帮助改进工程设计。 
 
DriveSim镜头由Highways England提供。2019年9月发布。
DriveSim使道路和桥梁设计师能够观察测试操作员驾驶虚拟汽车在计划工程中行驶的过程,评估关键的早期用户体验。光照、昼夜变化和其他环境变量都会实时作出反应,由此提供的真实感使设计师能够更准确地评估体验。

他们可以在这种早期反馈中发现关键的设计考虑因素和风险领域,确保拿出最高效的设计。这反过来又减少了后期所需的设计更改。

DriveSim原本是Arup的布里斯班分部使用另一种实时引擎设计的。加的夫团队并没有使用这种引擎的编程知识,因此他们决定在虚幻引擎中利用蓝图可视化脚本系统重建这种模拟器。自从Hanford从先前的软件移植该项目,布里斯班团队就成了虚幻引擎的热心用户。 
DriveSim镜头由Highways England提供。2019年9月发布。
该团队采用从虚幻商城购买的资源制作了多种用于实时项目的测试模拟器,并在全公司展示。“DriveSim确实帮助我们改进了与内部客户的关系,他们现在能更深入地参与设计流程了。”Hanford说,“从可视化的角度而言,它已被用于我们参与的每一个公路项目——它已经成为项目的标准输出。”

DriveSim在Arup产生了变革效应,使工程师能够远比以往清晰地了解自己的设计作品。“大家以前也参加过用工程软件中内置的可视化工具进行的设计审查,但是我们用虚幻展示同样的数据后,各个团队都发现浏览和查询设计变得更容易了。”Hanford说,“这是视觉保真度与即时反馈相结合的优点——在环境中移动时毫无延迟——使他们看到的东西比以往多得多。”

继DriveSim成功之后,团队又开发了更多工具,其中包括VRCycle,这是一款将VR头显与实体自行车相结合的骑车模拟器,使用了来自开源原型设计平台Arduino(该平台让用户能创建交互式的电子对象)的一款插件。“虚幻引擎被广泛采用,这就意味着我们能够即时获得Arduino插件,将实体与虚拟互连——所以我们在几个小时内就做出了能工作的原型。”Jackson说。 

和DriveSim一样,VRCycle已在Arup获得一片好评,并被指定为未来项目开发的平台。

过去这一年里,该团队还一直在其管线中使用快速实时建筑可视化工具Twinmotion,尤其是用于苏格兰的两个铁路项目。

Network Rail聘请Arup进行交通评估,以支持计划中关于苏格兰边区的雷斯顿火车站和东林顿火车站的开发申请。加的夫可视化团队的任务是为这两个提议中的火车站制作动画,以支持其设计审查和公共咨询。
2020年10月雷斯顿站提案 | 图像由Arup提供
“由于项目时限很紧,我们使用了Twinmotion,利用准备好的数据快速制作了优质的图像和动画。”Jackson说,“使用人员和汽车等内置资源库,可以明确表现建筑与人体大小的对比,有助于发现设计机会。”

该团队利用这些项目作为契机,与本地团队以及Arup在英国北部的多个机构分享了知识和进阶技能,尤其是关于3D可视化工作的。“因为采用了新技术,我们得以赶上客户的截止期限,学到新的技能,并拿出尽可能优质的解决方案。”Jackson说。 

实时工作流程在全公司推广 

Hanford和Jackson通过虚幻引擎获得的成功促使Arup全公司的团队纷纷将这种工具纳入其管线。“原因和我们一样。”Hanford说,“看中了它的易用性和图形质量。”

这家企业的其他相关利益方也纷纷接受了实时技术。“他们很喜欢它。”Jackson说,“他们经常把客户带到我们这里,试着体验我们设计的各种实时环境。”
莫里森岛公共领域和防洪工程 | 图像由科克城市议会提供
外部客户的反应也非常积极,他们反馈说,Arup的实时体验为他们又提供了一种与利益相关方沟通的方式,尤其是在咨询和洽谈活动中。

“虚幻引擎已经改变了我们的工作流程,帮助我们为客户提供新的服务。”Hanford说,“它帮助我们更好地与设计团队、客户和外部利益相关方交流,并更快更方便地进行决策和设计选择。”

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