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摘要：可視化設計是建筑幕墻設計領域嶄新的表現形式。自從設計師在紙上畫出概念草圖以來，圖像一直被用來表達某個建筑設計可能實現的最終效果。隨著計算機輔助設計技術的發展與普及，從靜幀圖片渲染到建筑漫游動畫，這些不斷創新的設計表達方式給相關方面的溝通交流與決策帶來巨大的便利。本文概述了現階段建筑幕墻設計行業可視化技術滲透與應用現狀，以及視頻與圖片渲染與制作技巧。分析了建筑幕墻可視化設計的特點和存在的問題。展望了可視化技術在幕墻設計中的應用未來發展方向。指出：可視化技術對建筑幕墻設計必將更為全面深入滲透、更為深入精細的處理方式以及與建筑信息管理(BIM)的全面融合，是可視化技術在建筑幕墻設計中應用的未來發展方向。
關健詞：可視化技術、建筑幕墻、虛擬現實技術、增強現實技術、交互式
引言
自生物界進化出第一個視覺細胞，進而發展為器官，感受到來自然界的第一縷光線以來，視覺便開始占據著生物體接收外界信息的最重要方式，而且這種方式的重要性程度隨著生物體進化級別的提高而逐漸增加。同時生物體大腦對視覺信息的處理能力也經歷了從二維到三維、間斷到連續、靜態到動態逐步進化和完善的過程，這也為生物視覺信息獲取能力的提高提供了物質基礎。而到了生物進化的最高級別生物體—人類—時，視覺信息占比值已經達到了極致。據研究表明，人類視覺信息接收量已經超過了人類總信息接收量的99%，占據著人類信息接收量的絕對主導地位，同時視覺也是視聽嗅感等信息接受形式中最為高效快捷的方式(光速不可超越)。
建筑是現代人類視覺接收的最重要社會環境元素，它消耗和固化了人類社會生產活動創造財富的最大部分。建筑工程的龐大規模與消耗使得其試錯成本高昂，這就要求建筑設計行業必須在設計階段盡可能地真實模擬出建筑施工及后期使用中的狀況與效果。以期在設計階段盡可能地消除任何不滿足人類需求的因素。
人類視覺信息的重要性和建筑技術的客觀需要，加上計算機信息技術發展所帶來的可視化技術，一項新的技術――建筑設計可視化技術――便隨之誕生。人類對客觀物質世界的認知又經歷一次從被動感知到主動預知的飛躍。
1、 論述
1.1、 建筑設計可視化技術
建筑可視化設計是建筑設計領域的重要表現形式，有了幾個世紀的歷史了。在建筑建成之前，設計師在紙上畫出概念草圖以來，圖像一直被用來表達某個設計可能實現的效果。從上個世紀90年代以來，隨著計算機輔助設計技術CAD的發展與普及，從靜幀圖片渲染到建筑漫游動畫，視頻也被加入了進來，這些不斷創新的設計方式對于溝通交流帶來了巨大的便利。而建筑設計可視化，實時呈現有一個最基本的好處：為客戶提供新型的演示文稿。成為建筑設計師與業主等相關方相等設計理念與設計意圖溝通與交流的最直觀高效的方式。
現代的建筑可視化設計技術是指充分依托數字虛擬圖像技術，通過工程設計模擬、建筑效果圖、建筑動畫、虛擬現實、多媒體宣傳片等形式對未來場景進行虛擬呈現，把設計理念變成生動、逼真的視覺效果，變抽象為具體，創造身臨其境的感受。傳統的建筑設計過程中，建筑師通過繪制二維草圖和建立三維模型的方式對建筑方案的合理性進行推敲，這依賴于在長期設計實踐中積累的經驗。但由于不同的場地環境等因素，這種主觀把握可能缺少準確性。方案表達方面從幾何畫法到透視法表達再到三維建模渲染效果圖，對于建筑的表達一直在向真實性、直觀性方向發展。現在的建筑設計表現通常有效果圖、動畫、三維實體模型三種方式，然而它們都有一定的局限性[1]。而傳統的效果圖和多媒體動畫表現方式往往脫離了設計本身，過分注重效果和表現而忽略了設計的表達，在透視，光影和材質方面往往偏離現實，導致許多完成的實體建筑與最初設計階段的效果圖相去甚遠。而且效果圖僅僅從一個方面的一個視角對建筑進行表達，動畫僅僅從一個路徑來完成對建筑的表達，修改起來也相當困難。而實體模型制作麻煩，周期長，出現錯誤時的修改成本則更高。顯然建筑可視化設計因其可提供多角度，全方位的效果展示，而視頻媒體亦可實現多路徑實時變換的表達能力，完全可以克服傳統效果圖和多媒體動畫的缺點，而成為建筑效果展示的理想手段。建筑的可視化設計可使即便不太專業普通人也能夠把碎片式的圖畫聯系起來而形成一個整體，讓各方對建筑形態及與周邊環境關系的把握更加連貫，符合人類連貫性的認知習慣，降低了對建筑效果解讀的專業度要求。極大節約了解全局的時間、提升認知效率，順應快節奏的時代要求。
可視化即“所見所得”的形式，對于建筑行業來說，可視化的真正運用在建筑業的作用是非常大的，例如經常拿到的施工圖紙，只是各個構件的信息在圖紙上采用線條繪制表達，但是其真正的構造形式就需要建筑業從業人員去自行想象了。可視化的思路，讓人們將以往的線條式的構件形成一種三維的立體實物圖形展示在人們的面前;現
在建筑業也有設計方面的效果圖。但是這種效果圖不含有除構件的大小、位置和顏色以外的其他信息，缺少不同構件之間的互動性和反饋性。而可視化是一種能夠同構件之間形成互動性和反饋性的可視化，由于整個過程都是可視化的，可視化的結果不僅可以用效果圖展示及報表生成，更重要的是，項目設計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態下進行。
1.1、 建筑可視化文件的制作流程與技巧
可視化設計師需要具有長期藝術訓練經歷、一定藝術審美天賦和豐富的設計能力。需要具備長期工作積累的經驗，對各種材質在不同光線下的質感的表現、色彩感覺的把握能力以及選取合適且具美感的視覺角度的能力。
目前，建筑可視化設計需要可視化設計師在充分熟悉和掌握建筑師設計意圖與設計文件(CAD藍圖)基礎上進行。它的流程主要如下：建筑三維模型的建立――圖形的渲染――視頻的生成與編輯(包含音頻的配置)。對應于建筑可視化設計的三階段流程，建筑可視化設計應用到的軟件主要包括以下三類：
（1）、三維建模軟件：Sketch up、3D Max、Rhinoceros。
（2）、圖形渲染軟件：，Twinmotion、UE4、3D Max、Lumion。
（3）、 視頻制作與編輯軟件：After Effects、Premiere、PhotoShop。
可視化設計最重要和最有技術含量的部分就是其第二階段：圖形的渲染階段。這是生成符合設計要求，且兼具視覺美感圖片和視頻的關鍵環節。目前渲染軟件常用的核心引擎是UE4虛幻引擎。它也是目前主流的游戲引擎(另一主流引擎為Unity) [1]。它可以讓使用者輕松創建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫等類型的互動內容。該引擎具備腳本開發編寫能力，使不具備編程能力的設計師也能夠熟練應用，降低了可視化設計師的技能要求，因此深受設計師的喜愛。
建筑可視化設計時，建筑效果色彩的采用與搭配應與建筑周邊環境協調與融合，并同建筑的具體功能相一致。具體來說，對于文化、教育、醫療、體育功能的建筑應優先采用色彩相對純凈的淡色基調為準，不宜有強烈的色彩對比。而政府、法院類的權力機關建筑應選擇相對厚實、凝重的渲染色彩效果。而商業建筑則可利用廣告牌、宣傳海報、長幅字條這類色彩熱烈且對比相對強烈的元素，外加相對密集、喧鬧的人群來著重烘托其商業氣氛。
可視化視頻視角的選擇，應注重加強對建筑信息的表達能力，且力圖避免采用讓人容易產生視覺錯覺的角度。例如，除特別方正的建筑外，應盡量避免采用對建筑幕墻立面正視圖或者接近正視的視角方向(常規的光影效果無法很好的表現其景深淺與立體感)，而應采用相對斜視或者軸測角度的視角，這相對更容易產生效果良好的視覺效果，使建筑的表現更加富有層次感、參差感，以期傳達最為豐富有效的視覺信息，而鏡頭的推進方向與推進速度則應符合人對視覺信息的接受能力。
可視化視頻可以進行音頻的配置，對于音頻流的配置，一般遵循“視聽一體，影音合一”的原則，即聲音的聽感必須同視覺的感受高度融合起來。在具體的實踐中，對于展現大體量，遠視點的整體體現宏觀磅礴之勢視頻表現時，音頻的配置可偏重選擇低重音成份較多的特征，可讓人心靈產生震撼之感。而對于局部細節的表達上，應以舒緩的背景輕音樂為準。而音樂的節奏感也應該隨著視角變換與鏡頭推進的快慢而快速或舒緩。而內裝漫游視頻的音頻配置也應以舒緩輕音樂為準。
1.3、建筑幕墻設計的可視化技術
幕墻設計作為建筑設計中的一部分――立面設計――的細化和完善，幕墻設計的可視化除了繼承建筑設計可視化技術的共性外，尚且有其自身的特性，主要有如下方面：
（1）、建筑幕墻本身是建筑同外界聯系與區隔的媒介，所以建筑幕墻設計的可視化主要是建筑外圍立面的可視化問題，故其可視化設計的建模與渲染主要表現空間面的可視化建模與渲染，即平面或者空間曲面(或者平面與空間曲面以各種形式的組合)，整體呈現出宏觀的面和局部的體相結合的特征。
（2）、建筑幕墻可視化問題就是在各類自然環境：光照、風雨、不同視角條件下的渲染與逼真預現問題。這就要求不同于內裝等專業窄光譜、單光源、定光強照度的視覺特點，建筑幕墻的渲染必須即要考慮自然光線多光譜(從紫外光到紅外光的全光譜)、多光源(除了自然界外光源，還要考慮建筑自身內透光以及其它臨近建筑的反射光問題)，以及變光強照度等問題。還有玻璃幕墻玻璃的透光、反光、折射光特性，所有這一切因素使得玻璃幕墻的渲染異常的復雜。
（3）、 由于自然光的變化特性，使得建筑幕墻的光照特性呈現出相當強烈的時間相關性，即一年中的不同季節，一天中的不同時刻，均會呈現出不同的視覺特征。這就要求幕墻的渲染除了考慮空間的光影效果外，尚且必須考慮時間因子變化時對這些光影效果的影響。
2、建筑設計可視化技術目前存在的問題
建筑設計可視化技術，作為一項全新的技術，和任何新生事物一樣，需要一個成熟與完善的過程。目前建筑可視化設計尚且存在如下問題：
（1）、作為一個新興的數字信息技術與建筑技術交叉學科的建筑可視化設計專業，人才是制約其發展的最大瓶頸因素。建筑幕墻可視化設計師，是擁有專業、豐富幕墻知識的3D可視化藝術家，用現代3D數字手段代替傳統的畫筆，把項目可視化，表現出令所有項目參與方滿意的成果，這對建筑可視化設計師提出極高的要求。目前高端人才嚴重匱乏，高校也尚未形成系統性的專業人才基礎培養體系。故建筑可視化設計人才的培養已經成為該專業發展最為迫切的當務之急。
（2）、建筑可視化設計工具尚且不夠強大，無法滿足現實需求。建筑設計可視化應用所進行的動態渲染需要強大的機算機硬件功能，特別是對計算機圖形處理器(GPU)的要求甚高，普通的(即便是配置最高的)個人計算機在進行大型項目復雜三維模型的建模與渲染常常出現卡頓甚至死機，無法流暢工作。制作軟件的也有諸多不盡完善與專業的地方，諸如無法自動實現時間相關性特征與自然氣候不同場景下的背景鋪襯之類問題不少，使得目前的建筑可視化設計效率不高，周期較長。
（3）、 建筑設計可視化技術的應用普及程度尚且不高，僅僅一些重要的大項目進行了建筑設計可視化應用。進行建筑設計可視化應用的項目比例嚴重偏低。可視化應用的深度尚且不夠，多停留在視頻創作方面，其目的也著眼于向業主匯報設計，展示項目而來。建筑可視化技術應用的廣度尚且不夠，目前的建筑可視化技術多應用于建筑設計可視化技術方面，而對于可視化施工(包括可視化施工工藝流程預演，危險建筑施工崗位的可視化預操作與安全培訓教育等)等方面的可視化工作的開展尚且是空白，或者僅僅進行了初期的探索。
（4）、用于可視化設計與交互設備尚不夠豐富，展示建筑可視化數據流的媒介設備種類有限，體驗較差。且常用的可視化工具，如VR眼鏡，VR頭盔等體驗不好，長期使用容易讓人產生眩目，頭暈等不良反應。故在可視化工具體驗改進與優化方向尚有很長的路要走。
3、建筑幕墻可視化設計工程案例
經過幕墻設計界的共同努力，幕墻設計可視化技術取得了一定的成就，已經被不少工程項目采納和應用，取得了相當好的經濟技術效益。具體案例如下：
（1）、杭州綠城西溪深藍廣場：該工程位于浙江省杭州市西湖區石祥路和蔣敦路口，建筑總面積36000平方米，建筑總高度76米。由浙江綠城集團投資開發，綠城建筑設計院進行建筑設計。幕墻設計由浙江中南幕墻科技股份有限公司幕墻設計研究院設計完成，幕墻設計院可視化所進行了成功的幕墻可視化設計。作品滿足了客戶內部上下級匯報溝通需求的同時，亦實現全面還原設計師的構想的目標。建筑幕墻和室內全體量建模，供各方推敲，以糾正設計前期各方信息傳達的錯誤。背靠幕墻深化團隊，100%把落地模型效果表現出來，將業主方、建筑師的要求合并成一個數據模型實體，各取所需。整個項目建筑幕墻可視化設計成果共形成了高達3.6G的數據資料，包括效果圖57張，視頻資料時長16分鐘(微信掃描文尾二維碼可以觀看該視頻)。形成了讓人嘆為觀之的全景型的動態展示，可以在任何天氣光源條件下，以任何的視角對整個建筑的幕墻外觀進行多維360度無死角環視，形成強烈的視覺沖擊。得到業主與相關建筑設計院，顧問等專業的一致認可，取得了良好的經濟技術效益。
（2）、杭州望潮中心工程：該工程位于浙江省杭州市蕭山區鴻寧路和盈豐路交叉口，總建筑面積169040平方米，建筑總高度288米，由杭州國逸實業有限公司投資開發。幕墻設計由浙江中南幕墻科技股份有限公司幕墻設計研究院完成，幕墻設計院可視化所進行了成功的幕墻可視化設計。該項目幕墻可視化設計共形成了高達4.3G的數據資料，包括效果圖86張，視頻資料時長27分鐘，逼真地預現了建筑整體幕墻效果。配合大屏幕顯示設備的使用，整體呈現出極具視覺沖擊力的震撼效果。實現了動態交互式的視頻操作，準確而又精細地展示了建筑從宏觀整體到微觀細節建筑效果。同時在模型建立過程中發現和修改原建筑設計錯誤多處，問題反饋給相關專業后對設計進行了大量的優化工作，為后期建筑施工的順利提供了有力保證。
4、展望
顯然，建筑幕墻可視化技術的現狀不是該技術發展的終點，隨著建筑技術發展所提出的新的需求以及可視化技術本身發展進步提供新的機會與可能性。此融合了建筑技術與可視化技術的新技術必將有自身的進化與發展，主要表現如下：
（1）、建筑可視化設計技術自身必將進一步發展，強大專業的硬件能力和優秀高效的視頻處理工具軟件必將出現。同時結合云技術的發展，完成終端計算模型處理和渲染能力的云端化改造。使得每一個大型設計項目可利用云端超級計算機的強大計算資源，高效地進行建筑可視化設計。同時建筑可視化設計亦會從目前注重三維空間的可視化設計到時空并重四維空間的建筑可視化設計(時間軸參與其中)，甚至考慮幕墻材料在外部氣候環境因素作用下的老化（詞條“老化”由行業大百科提供）褪色（詞條“褪色”由行業大百科提供）問題、不同的自然氣候場景問題(陰、晴、風、雨、雪等)，對整個幕墻效果進行全生命周期的可視化設計。
（2）、可視化技術在建筑方面的應用必將全面化。從建筑效果的概念設計到施工圖設計，到構件的加工、制造、安裝、施工全鏈條的可視化應用。同時從當前注重建筑效果的可視化到水電、設備、智能化、內裝、幕墻多專業共同的可視化應用。即可視化技術向建筑設計、加工、施工全鏈條與各專業全面性的滲透與融合。
（3）、可視化技術的必將向更加深入化精細化的方向發展。虛擬現實技術(VR)、增強現實技術(AR：一種可實現現實場景與虛擬場景無縫對接的視頻處理技術)等新技術是可視化技術在幕墻設計可視化方面得到全面的應用和發展。當這些實時渲染引擎已經達到了一定的質量和逼真程度，這會使其成為建筑設計的理想選擇。建筑可視化將可以包括沉浸式體驗，如虛擬現實旅行，交互式、游戲式操作和洞察自動虛擬環境(洞穴)，成為以前所未有的設計方法。
（4）、建筑可視化技術的未來發展必然會與建筑信息技術(BIM)進行深度的擁抱與融合。配合幕墻企業標準化建設的完成，以及可視化技術多邏輯交互式操作技術的實現，未來的可視化技術不再僅僅只是一個建筑效果的展示和施工流程的預演，而是一個含概建筑結構細節、經濟技術指標、施工時間周期、甚至施工崗位、工位配置的全方位的建筑信息技術成果出口。例如，在流媒體展示效果的同時可適時實現對某一或者某類幕墻板塊的更換，并且在建筑效果更換的同時和此板塊更換相關的結構構造細節，經濟成本，施工周期等建筑信息也適時實現更新與可視化展示。成為建筑信息技術(BIM)高效、生動的信息成果出口，為項目決策者提供適時、準確、全面的建筑項目信息。
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參考文獻:
1、 高國源,俞傳飛. 增強現實技術在建筑可視化中的應用初探[M]. 2018年全國建筑院系建筑數字技術教學與研究學術研討會
