高性能智能建筑关键技术之三：VR和AR技术
数据可视化，是关于数据视觉表现形式的科学技术研究。其中，这种数据的视觉表现形式被定义为，一种以某种概要形式抽提出来的信息，包括相应信息单位的各种属性和变量。它是一个处于不断演变之中的概念，其边界在不断地扩大。主要指的是技术上较为高级的技术方法，而这些技术方法允许利用图形、图像处理、计算机视觉以及用户界面，通过表达、建模以及对立体、表面、属性以及动画的显示，对数据加以可视化解释。与立体建模之类的特殊技术方法相比，数据可视化所涵盖的技术方法要广泛得多。
在应用智能建筑系统进行智能建筑管理时，便捷、美观的人机界面有助于提高使用效率。从命令行和文字界面、到二维图形界面，准三维透视可视化界面到三维可视化界面，在信息屏幕上所展示的信息越来越接近真实世界中的对象。
目前智能建筑三维可视化有多种实现方式，包括显示效果更接近真实世界的基于各种游戏开发引擎的可视化实现，比较轻量级的包括基于WEB GL的可视化技术，以及基于VR的可视化技术。
三维可视化最主要的行业应用还在于游戏和电影。市场上有着多种主要面向游戏的三维可视化引擎，可以用于开发建筑领域的三维可视化界面。其中Unity 3D和U4E等商业化引擎是市场主流。Unity3D是由Unity Technologies开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。Unity类似于Director,Blender game engine, Virtools 或 Torque Game Builder等利用交互的图型化开发环境为首要方式的软件。其编辑器可运行在Windows、Linux(目前仅支持Ubuntu和Centos发行版)、Mac OS X下，可发布游戏至Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL（需要HTML5）、Windows phone 8和Android平台。也可以利用Unity web player插件发布网页游戏，支持Mac和Windows的网页浏览。它的网页播放器也被Mac 所支持。
采用商业化三维引擎，进行智能建筑开发，能够实现接近真实世界的光影、实体效果，能够进行多样的对象交互。由于游戏行业规模大，技术进步迭代速度也很快。然而，智能建筑领域的开发相对游戏开发，需要更敏捷、轻量化，采用商业游戏三维引擎开发，存在着安装包较大、加载慢、WEB部署难度大、开发成本高、开发周期长的问题。
图2 采用unity 3D进行三维场景重建
WebGL（全写Web Graphics Library）是一种3D绘图协议，这种绘图技术标准允许把JavaScript和OpenGL ES 2.0结合在一起，通过增加OpenGL ES 2.0的一个JavaScript绑定，WebGL可以为HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染，这样开发人员就可以借助系统显卡来在浏览器里更流畅地展示3D场景和模型了，还能创建复杂的导航和数据视觉化。
显然，WebGL技术标准免去了开发网页专用渲染插件的麻烦，可被用于创建具有复杂3D结构的网站页面。WebGL解决了现有的Web交互式三维动画的两个问题：第一，它通过HTML脚本本身实现Web交互式三维动画的制作，无需任何浏览器插件支持;第二，它利用底层的图形硬件加速功能进行的图形渲染，是通过统一的、标准的、跨平台的OpenGL接口实现的。
WEB GL的核心是用浏览器作为三维图形的界面进行人机交互，因此，这一技术路线更适合进行BS架构的智能建筑系统部署，更加轻量级，相对更加完善的大型商业引擎来说，仿真效果要略差一些，很多项目采用了抽象的框、线、面的方式来呈现三维的建筑和设备，也能取得很好的视觉效果。
图3 采用WEB GL进行三维场景重建
虚拟现实技术(英文名称：Virtual Reality，缩写为VR)，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR技术的需求日益旺盛。增强现实(Augmented Reality)技术是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术，广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段，将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的“增强”。
相对于前文介绍的两种方式，采用VR和AR方式进行智能建筑可视化具有以下优点：1）可以通过拍摄重建三维场景，可避免建模；2）可通过屏幕、VR眼镜、手机等多种方式进行交互，方式多样；3）可实现沉浸式交互，未来发展有广阔可能性；4）轻量级，非常便于网络交互和部署。
2.VR在高性能智能建筑平台SciPlat+中的应用
在中国建研院开发的SciPlat+平台中，创新性地使用了VR和AR技术进行三维交互，界面美观、加载时间短 、操作方便。
图4 在SciPlat+平台中可通过手机或VR眼镜进行智能建筑人机交互
结语
