用VR和實時渲染改變建築設計方式
調研 | 張揚 馮偉 撰寫 | 馮偉
過去建築效果圖採用靜態渲染的輸出方式，渲染時間、修改週期長。光輝城市基於VR和實時渲染技術推出Mars系列產品，實現對三維場景進行實時渲染，並能快速導出VR文件等多種文件格式，提升建築設計和交互效率。
近年來，隨著國家政策對房地產市場的調控趨嚴，與房地產行業息息相關的建築設計行業同樣面臨較大的下行壓力。尤其是那些面向二三線城市的中小建築設計公司，面臨的經營困境則更加嚴峻。
在難以改變市場大環境的情況下，如何利用最新技術手段提高效率，降低成本，同時運用更優異的建築表現和彙報能力提高項目競標成功率和客戶滿意度，是目前建築設計行業亟需思考的問題。因此，實時渲染和VR呈現技術，正被越來越多的建築設計公司在表現和彙報環節所接受和採用。
光輝城市是一家專注於利用實時渲染和VR技術，全面優化建築方案設計的軟件服務商。光輝城市的主要產品Mars系列是一個建築效果表現與彙報工作平臺，能夠對三維場景進行實時渲染，並能快速導出VR文件等多種文件格式。
洞察行業痛點，VR和實時渲染技術為建築設計行業帶來曙光
根據2016年住房城鄉建設部印發《建築工程設計文件編制深度規定》的規定，方案設計文件一般包括設計說明書，設計圖紙，以及設計委託或合同中規定的透視圖、鳥瞰圖、模型等。其中，透視圖、鳥瞰圖、模型均是方案效果彙報的主要形式，有的時候還會採用三維動畫的方式來進行彙報。同時，方案效果彙報在建築設計領域也是一個剛需的環節，其彙報方式和質量也很大程度決定了客戶滿意度和競標結果。
一般來說，透視圖、鳥瞰圖、三維動畫等建築方案的設計過程，需要經過創作、表達、彙報、交付四個環節。在表達環節中，效果圖渲染往往採用3DMax+VRay的渲染方式，三維動畫一般也採取項目制的製作方式，都需要耗費大量時間成本，最終導致製作成本、修改成本也都十分高昂，交付效率低下。另外，建築設計公司一般將效果圖、三維動畫的外包給三維製作公司，而與外包公司之間溝通效率也成為一大瓶頸。
光輝城市Mars產品基於UE4開源引擎的實時渲染技術，對其進行了建築領域應用的深度優化，尤其是優化了建築光線追蹤特性，光影效果得到明顯加強，輸出效果圖的質量已達高品質商用級別。同時，光輝城市為Mars連接VR設備，用戶可以以沉浸式漫遊的方式進行建築的交互設計和體驗。
深度優化UE4引擎，資源庫涵蓋萬種資源，打造核心壁壘
光輝城市創始人宋曉宇早在2002年就開始著手探索建築方案的更優化表現方式的問題。宋曉宇畢業於重慶大學建築系，曾留校任教。2002年，宋曉宇讀研期間創立無極動畫科技有限公司，嘗試通過三維動畫項目製作的方式來幫助建築設計公司進行方案效果的彙報，這在三維建築動畫製作技術剛剛在中國萌芽的年代已經是十分大膽的嘗試。但三維動畫項目製作的邊際成本是固定的，很難實現規模化，所以要想把公司做大，真正的出路是產品化，即通過標準產品的方式來對建築模型進行大規模製作和渲染。
2013年10月，宋曉宇與沈力兩人合夥成立了光輝城市，致力於通過產品化的方式來實現3D建築模型的高效渲染。2015年3月，光輝城市推出第一代產品Smart+，為廣大建築設計師、學生及設計愛好者提供免費的建築漫遊及渲染輸出功能，用戶規模一度達到10萬人。但由於素材庫缺乏、渲染非實時，難以生成個性化方案，Smart+對設計師來說實用性、便利性均存在不足，因此商用化和付費化一直難以獲得突破。
2015年3月，UE4的母公司Epic Games宣佈UE4引擎的源碼對開發者免費開放。Unreal Engine 4（UE4）是目前市面上主流3D遊戲引擎之一，在高像素實時渲染方面表現出色。這讓光輝城市頭疼的實時渲染技術開始有了突破，於是他們立馬抓住時機，基於UE4進行深度定製開發，以期將實時渲染技術應用於VR建築表現領域。
經過5年的積累，光輝城市於2017年3月正式發佈第一代付費VR彙報工具——Mars。2018年3月，Mars2018正式發佈。2019年10月，最新一代的Mars2020正式發佈。
光輝城市基於建築設計領域的特殊需求，在功能、資源、交互等方面都對UE4進行了深度重製，形成了包括環境系統、資源系統、交互系統、輸出系統在內的四大系統。通過這四大系統，Mars能夠針對方案設計中的表達、彙報兩個環節進行全面的提升和優化，即讓環境更加真實，讓資源更加豐富，讓交互更加友好，讓交付類型更加多樣。
在資源系統中，光輝城市提供了含有超過10000種資源的資源庫，包含各個行業的素材，其中植物類型超過1000種。現階段資源均由光輝城市的資源團隊創建、優化和上傳，光輝城市還提供針對客戶的定製資源服務。同時，光輝城市目前正在研發開源方案，以期讓客戶一起參與到資源創作的過程中，共同搭建建築設計資源庫平臺。
立足Mars核心能力，實現應用場景拓展
在建築效果彙報過程中，有時候需要一些動態的可視化效果，比如對建築物施工、消防疏散、飛機起飛、大規模燈光效果等過程的模擬，這就需要對場景中的資源進行特殊控制。在過去，這種動態效果必須通過人工手段來每幀製作，費時費力。為此Mars2020開放了編程接口，用戶可通過編寫程序來操控資源，只需要編寫少量代碼就可實現比較複雜的動態效果，為設計師節省了大量時間。未來，如果客戶能夠將一些需要可視化表現的行業軟件通過編程接口來接入Mars，那麼Mars的應用場景將會得到進一步拓展。
除了建築設計領域，光輝城市另一個應用領域是園林景觀設計。目前已經有數十家國內知名的景觀設計院成為光輝城市的客戶。
在建築設計場景中，Mars的定位是一個實時渲染和VR彙報工具，所有3D模型都需要從資源庫或者外部導入，尚無法覆蓋3D建模、施工圖設計等前後階段。但在園林景觀設計領域，Mars十分有希望成為一個面向園林景觀設計院的全工作流程的工作平臺。
首先，在資源導入階段，Mars提供包含超過1300種植物資源的資源庫，用戶完全無需依賴外部3D製作軟件來製作植物模型。同時，Mars提供地形雕刻、植物筆刷等大規模景觀塑造工具。因此，用戶可以通過Mars獲取從模型導入到效果輸出的一站式服務。
此外，園林景觀設計是一個信息化幾乎處於空白狀態的領域。園林設計方案創作時，真實樹木模型資源難以獲取，且園林效果圖與造價單、施工圖信息割裂，重複統計和製作的過程帶來較高的成本。
因此，Mars提供了資源算量清單導出的功能，可以基於項目地點，結合當地苗木市場指導價，以及苗木的結合苗木的高度、分枝、冠幅、胸徑等參數，實現總體造價的生成和導出，為設計單位提高了報價估測的效率。從長期來看，光輝城市希望能夠藉由造價估測功能，實現從苗木供應商、園林建設方到園林運維方的全產業鏈打通，儘可能提高行業的信息化水平和運行效率。
行業資源深厚，獲客能力出色
工信部公佈的數據顯示，全國一年的建築工程行業產值為約4000億，其中在效果製作階段產生的產值約佔5%，也就是200億左右。因此，建築效果表現行業的市場存量也在200億左右。
光輝城市累計服務客戶數量超過1,000家，以中大型建築設計公司為主，其中超過200人的設計公司佔32%，少於20人的公司佔26%。
基於創始人的行業背景，光輝城市具有良好的行業資源積累，搭建了一支具有專業知識背景的銷售團隊，具備良好的場景理解能力，能夠在客戶缺乏IT預算的條件下拿到一定數量的優質客戶，體現了不錯的拓客和銷售能力。
光輝城市已經與清華大學、同濟大學、哈爾濱工業大學、重慶大學等約150所高校的建築系在研究課題、虛擬仿真實驗室等項目上進行合作，讓建築系學生在學校期間就能接觸到Mars，從而擴大Mars的潛在客戶群體。
近日，愛分析專訪光輝城市創始人&CEO宋曉宇，就光輝城市的發展歷程、業務模式、產品情況等方面進行了深入的交流，現摘取部分內容如下。
Mars使用流程：導入、編輯、渲染、輸出、彙報
愛分析：Mars裡面的3D模型是怎麼來的？是在Mars中編輯生成的嗎？
宋曉宇：Mars不是一個建模軟件，因為成熟的3D建模軟件太多，客戶在這上面沒有痛點，我們不需要多做一個，一鍵導入就完全能夠滿足用戶的需求。我們的定位是做一個最符合中國市場習慣，擁有中國特色素材庫的渲染軟件和VR交互彙報工具。
3D模型的導入有兩種方式。首先，我們的資源庫裡有超過1萬種資源，用戶可以直接在線導入。同時，我們也支持用戶自建的3D模型的導入。針對市面上比較主流的幾款3D建模軟件，比如SketchUp、3DMax、Revit、Rhino、MAYA等，Mars都能夠支持其生成模型的導入。首先，Mars支持對SketchUp生成的模型文件進行直讀，也支持針對SketchUp進行插件擴展，目的是將SketchUp中的模型編輯內容實時同步到Mars中。另外，我們也對3D Max、Rhino等軟件也做了插件擴展，通過插件的方式進行模型導入。
愛分析：在Mars中，用戶能進行的編輯有哪些？
宋曉宇：除了裸的模型無法編輯，用戶可以對材質、環境、光照等元素進行增添和修改，它們所有的參數都可以進行調節，而且是所見即所得的調節。
對於地形，我們提供地形雕刻工具，還可以通過導入高程圖的方式來自動生成地形。對於植物，我們提供植物筆刷，可以一下刷一片森林，多種植物還可以混合搭配，未來可能會通過AI來進行自動搭配，自動解決配色、病蟲害、植物共生等問題。另外，人流、車流的動靜，多種天氣的切換，四季的變化我們都可以實現。
愛分析：Mars的渲染是在雲服務器上渲染，還是在本地渲染？
宋曉宇：在用戶本地進行渲染。因為Mars是GPU實時渲染，是消耗用戶本機的算力的，用戶需要自行配備GTX 1060以上的獨立顯卡，所以Mars對我們的運算資源消耗是比較低的。當然我們也用阿里雲，我們的素材是放在雲端的，所以下載更新資源是需要用到雲的。
愛分析：雲端的資源庫都是你們自己做的嗎？
宋曉宇：對的，我們在重慶有一個挺大的資源團隊，花費了三年多的時間，一點一點將這個庫做到了1萬多種資源，光植物就有1300多種。
這些資源模型分兩種，一種是我們從零開始做，另一種是市面上可以得到的3D模型，但是我們仍然需要對它們進行校準、LOD優化等一系列動作才能上線，否則很多資源使用起來會很卡，影響用戶體驗。
另外，我們還提供資源定製服務。針對通用型的資源，我們提供免費定製。針對非通用型的資源，我們提供收費定製。我們也在研究新功能，開放資源編輯和上傳功能給我們的客戶和行業合作伙伴，希望調動Mars用戶的力量，一起打造一個完整的中國建築資源庫。
愛分析：為什麼你們選擇採用本地渲染而不是雲端渲染的方式？
宋曉宇：要實現實時渲染，目前還是需要在用戶本地進行渲染，否則會有網絡延遲。
愛分析：Mars中3D場景被創建和渲染完畢後，在輸出階段，用戶還有哪些工作？
宋曉宇：工作量是很小的，幾乎都是一鍵點擊。因為Mars本身是實時渲染，如果場景是完善的，無論是輸出全景圖、3D投影還是VR場景，都是一鍵輸出。視頻動畫輸出稍微複雜一點，但也只需要用戶選擇移動路徑的節點，系統會自動輸出一個沿著路徑移動的視頻動畫。
愛分析：用戶是如何使用Mars進行方案彙報的？
宋曉宇：在彙報環節，我們提供多種彙報方式，比如鳥瞰圖、720度全景圖、視頻動畫、3D立體投影、VR場景漫遊等。
720度全景圖的優點是傳播性特別好，有的明星項目的全景圖被放到網上，瀏覽量能夠達到幾萬。3D立體投影，就是用3D投影儀對建築效果進行立體呈現。
VR場景漫遊是我們最核心的一種彙報方式，我們在其中有兩個專利——PC/VR雙模編輯、多人異地雲同步，我們是全球首家實現這個服務的公司。
PC/VR雙模編輯就是在VR漫遊的過程當中，如果甲方希望更改建築物材質，比如把玻璃調暗，或者換成瓷磚，用戶可以在PC端或者VR端進行現場實時更改，不用把場景拿回去重新渲染一遍。
多人異地雲同步就是多人可以同時進入遠程會議，會議場景就是用戶設計的項目，另外，用戶還可以對會議中的他人進行一鍵召回，將所有人召集到一個地點。
方案與施工階段間的數據割裂，是行業一大痛點
愛分析：Mars渲染得到的效果圖，與最終的施工圖之間還存在多大差距？
宋曉宇：Mars面向的環節屬於方案彙報環節，後面跟著的是方案報批，審批通過後，才會進入施工圖深化的環節。所以，根據建築性質區別，中間差距的大小會有不同。
如果是小區住宅樓這種快週轉的項目，可能七八個月就建好了，方案圖和施工圖的差別會小一些。如果是像要是體育場館、機場航站樓之類的大型項目，可能方案評審過後要經過反覆的修改，和施工圖之間的差距會比較大，這些都是根據實際情況而定的。
但如果設計師有了Mars之後，方案圖和施工圖之間的差距會變得更小。因為我們在方案階段給了很多大家常用的標準化資源，都放在了資源庫裡。
愛分析：從長期來看，方案效果圖的設計和施工圖的設計，這兩個環節有可能在數據上真正打通嗎？
宋曉宇：現在的確是很難打通，這都是出於大家過去的工作習慣。就像BIM（建築信息模型，Building Information Modeling）對於施工的效率也有提升，但在真正施工的過程中，很少有人會完全按照BIM的原則來做，就是因為大家已經習慣了一整套傳統的協作流程，如果硬把它改了，大家都會不適應。
我們是建築方案的創作階段，不是BIM階段，是整個項目進入BIM系統前的階段。在這個更靠前的階段，我們有了一個更優化的方式，那必然就面臨著要去挑戰傳統的模式。傳統的模式陳舊、效率低，未來的趨勢必然是要被新的方式改變，但這個過程一定需要時間。產業互聯網改造的是生產方式，這裡面有生產者的慣性和習慣在，所以不是簡單的效率最好的方式就最能被接受，對於我們這類給行業提供新的生產工具的公司而言，如何一步一步地按照他們能接受的方式優化客戶的體驗，讓他們慢慢習慣，然後到離不開，然後到自己也參與這個新的生產方式的完善，才是一條正確的路。
市場空間可觀，場景有待拓展
愛分析：在Mars的客群中，大部分都是建築設計院嗎？各個規模的設計院分別佔了多少？
宋曉宇：一般是規模比較大的建築設計公司才會被稱為“設計院”，實際上只要有能力來做方案設計的公司，都是我們的用戶，所以我們全國的用戶數量已經超過1000家了。
在這1000家中，規模超過200人以上的大型設計院佔32%。規模少於20人的佔26%，這樣的小公司一般就是一個純方案團隊，不做施工圖，施工圖的設計需要其他團隊來配合。
愛分析：你們目前有1000多家客戶，如果換算成真實的賬號後，數量會在什麼級別？
宋曉宇：一家客戶平均1.5個賬號。賬號的日活躍度大概是50%，月活躍度是超過90%的。因為Mars不是一款每天都要用的軟件，但是每個月的使用比例是很高的。
愛分析：所以Mars以後也是不太可能人手一個賬號的嗎？
宋曉宇：對於建築設計行業來說，因為目前Mars的功能在渲染表現階段，所以確實不需要人手一個賬號，但是這個情況隨著Mars功能的演進會有變化。對於景觀設計行業來說，終極的產品形態是景觀設計全生命週期的工作平臺，那麼我們相信賬號是人手一個的，不僅是設計師，還包括苗木供應商、施工方、運維方。
愛分析：整個建築設計行業的市場規模有多大？
宋曉宇：根據住建部的報告，中國建築工程設計行業一年的產值大概是4000億左右。
一般來說，總產值中大概有5%是產生於建築效果表現階段。為什麼這麼判斷呢？因為很多設計院會在效果圖費用上設置一個5%的上限，比如一個300萬的標，在效果圖上的花費不能超過15萬。很多時候投標階段就得過三輪，每一輪都需要反覆修改和製作效果圖，最後的費用很可能就會達到投標金額的5%。
因此，估算下來，整個建築效果圖製作行業的年產值應該是在200億左右，光輝城市要做的就是用Mars來賦能和推動整個行業。我們從今年年初開始正式啟動了建築表現聯盟，在各地尋找優秀的、志同道合的效果圖公司成為夥伴，用Mars為其賦能，結合對方的製作能力、服務能力、本地客戶資源，雙方優勢互補，進而更加快速的佔領市場。企業服務市場是分層次的，有的客戶需要的是一站式的服務，對價格不敏感，這個時候光輝城市就是賦能給他們服務的效果圖公司，提升他們工作效率，降低成本；而有的客戶對價格敏感，需要的是工具，那麼我們就給他一個功能優異的標準化的工具。
愛分析：除了建築設計院之外，未來你們還會計劃把客群往哪裡延伸？
宋曉宇：第一步，我們還是打算把建築設計院和園林景觀設計這個市場打透，因為目前市場覆蓋率還遠遠不夠。
第二步，我們計劃從園林景觀設計入手，將產品向產業鏈條的上下游環節去延伸。
首先是下游環節。按照未來產品發展計劃，園林景觀設計院從三維設計到二維施工圖和造價清單的整個設計流程都是在Mars中完成的，所以接下來我們可以將產品賣給園林工程公司。甚至未來開放物聯網接口後，可以產生一個園林智慧運營平臺，將產品賣給園林的運維方。
另外就是上游的苗木供應鏈。目前，苗木供應鏈幾乎沒有任何電子化的過程，因為苗木都是活物，報價受到高度、樹形、冠幅等多方面影響，當年的技術條件是沒有辦法做電子化的。現在，隨著智能手機的發展，通過智能攝像頭來掃描苗木來進行自動報價已經是可能的，所以我們也有機會打通苗木的供應鏈，讓很多苗木供應商參與進來，提升他們對接客戶的效率。
愛分析：Mars在園林景觀設計方面的造價清單功能，對於行業來說是剛需嗎？
宋曉宇：這肯定是剛需。在沒有Mars之前，園林景觀設計院的三維效果圖僅僅就是為了過審批，與二維的施工圖、造價之間在數據上完全是割裂的。比如，二維的CAD施工圖當中有一個圈，表示一課榆樹，但在三維效果圖中可能就隨便渲染一棵樹，兩者的尺度、位置可能都是對不上的。
所以，以往園林景觀設計院需要通過Excel表格來手動統計苗木報價，這個過程是免不了的。但是有了Mars之後，用戶可以通過3D建模效果直接輸出種植圖，同時自動統計出苗木的造價。
客戶缺乏付費習慣，但仍對明年有較高增長預期
愛分析：在客戶對產品的採購階段，決策者一般是誰？
宋曉宇：小公司一般是老闆本人，超過200人的大型設計院，一般需要各個所去提需求，然後交給信息中心或者BIM中心來審批，最後由一個主管副院長來簽字。
愛分析：建築設計公司一般在IT方面的預算是多少？
宋曉宇：幾乎沒有預算，這是中國的軟件正版化率決定的。一般只有國企、上市公司、準備IPO的公司會採購正版軟件。這也是我們團隊感到很驕傲的地方，能夠讓一個幾乎沒有IT預算的行業為我們的產品支付不算少的費用，這充分說明了我們的產品是可以實實在在解決他們工作中的各種問題，為他們創造價值的。
愛分析：整個決策週期要多久？
宋曉宇：大型設計院一般最少需要一兩個月，小公司的話會快一些，甚至可以當天成交。
愛分析：明年的銷售目標是怎樣的？
宋曉宇：我們對明年的銷售預估是2.5倍以上增長。
首先，我們存量的續費率就很不錯，從開始收費，每年的收入近乎都是翻倍。然後產品也在不斷迭代，剛上線的Mars2020有很大的突破，市場反響非常好。
同時，明年我們在園林景觀方面有新的產品上線，從而可以啟動新的行業市場。這個產品會是一個有足夠行業競爭力的產品，會促進現有用戶的復購，也會促使流失的老用戶的召回。
所以，我們對於明年的銷售額預計是比較樂觀的。
愛分析：既然要做大市場，那麼光輝城市的核心競爭壁壘在哪？
宋曉宇：我們覺得核心的壁壘包括團隊、客戶積累、技術積累三大塊。
第一個是團隊，我們的行業非常垂直細分，想在建築師裡面找最懂技術的，或者在懂技術的裡面找最懂建築師的，整個市場上都非我們團隊莫屬。複合背景看上去不難，但是要團隊把這兩種基因融合起來是不容易的。
我們的銷售人員也很特別，都是建築設計師出身，因為只有真正幹過這個行業的人，才能真正理解客戶的應用場景，有效地向客戶展現產品價值，這種銷售市場上是沒有的，得靠我們自己從無到有培養，我們已經有了一套成熟的培訓體系。我覺得一切的事兒都是人做的，人是最重要的資產。
第二個是先發優勢和客戶積累，我們這個事兒前前後後摸索了10幾年，從光輝城市成立算起也有6年。做企業服務，磨合和信任基礎是很重要的，尤其是建築設計領域，大家對軟件的採購是非常謹慎的，更不要說我們的客戶是中國最缺少IT預算的行業，想讓他們信任你，為你的產品真金白銀地付費，你必須有金剛鑽，必須足夠好。
第三個就是技術積累，我們目前有19項軟著專利，也有全球首創的PC/VR雙模編輯和多人異地雲同步。
我們的底層引擎的確是開源的，很多人一聽開源的東西覺得門檻就低，我認為有誤解。首先，國外在底層技術的研發和積累上比我們要多很多，這些技術如果自己做，花費時間太長，結果難以預料，所以很多技術既然開源了，拿過來用挺好。在我們這類行業軟件層面，技術的意義是解決具體問題。但是除此之外，軟件做出來之後，要想用好卻不是那麼容易的，行業軟件一定是從行業的需求出發，要深入理解到每一個工作流程，每一個使用細節，每一種應對方案。
另外，我們平臺上已經有上萬個資源，資源庫的完善是一個靠時間積累的結果，我要做這麼久，你要做大概也要這麼久，除非你一下招一千人，但其實這是不太可能的事情。我們有上萬個高清的、本土化的、可交互的VR資源，這也是一個重要的競爭壁壘。
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