BIM建模软件最为核心的技术便是图形引擎，它是进行场景构造与渲染、对象与事件处理、碰撞检测等工作的重要基础。在BIM建模软件架构中，图形引擎调用各类工程知识、计算机技术、物理场以及数学算法等，驱动BIM建模软件完成各项指令。

如图1所示，三维图形引擎主要由几何引擎、渲染引擎、规则引擎三个核心引擎组成，三个模块各司其职，共同支撑着图形引擎的核心功能。图形引擎是BIM建模软件底层基础的关键技术，也是国内自主可控BIM建模软件开发的难点与关键问题。

图1图形引擎示意

1、几何引擎

建模的基本思想是几何的约束与求解，几何约束求解引擎成为BIM参数化建模的核心技术，它是草图绘制、构件参数化表达等场景关键支撑技术，能够快速实现设计冲突检测、仿真模拟等应用。

几何引擎技术难度大，对功能细节的完整性以及技术的深度（稳定性与容差精度处理）的要求极高，市场上主流的三款商业化几何引擎包括西门子公司的Parasolid、Dassault公司的ACIS和CGM。国际上许多知名的建模软件均采用这三款引擎作为几何约束求解核心，比如Autodesk Revit和MicroStation采用ACIS，SolidWorks采用Parasolid。后因为独立发展与技术安全等原因，部分软件厂商通过技术收购或独立研发的方式，建立属于自己的几何引擎体系，如Dassault公司收购并转化了Spatial Technology公司的ACIS和俄罗斯LEDAS公司的LGS。同样，Autodesk公司为了不使核心技术受制于人，以源代码方式购买了ACIS，打造了ObjectARX架构体系。由此可以看出，开发自主可控的几何引擎不仅能够更加适应工程建设项目的实际需求，更是保护自主技术创新的关键手段。

2、渲染引擎

渲染在计算机制图中是指模型经过纹理、灯光等处理后形成模型最终显示效果的过程，涉及到硬件与软件渲染。通过底层图形API对硬件配置的调动，基于硬件设计架构选择光栅化渲染方式，实现充分的硬件渲染过程。软件渲染有光子映射、辐射度等诸多通用算法，它通过CPU的光线追踪更复杂、真实的渲染效果。图形引擎涉及到众多复杂的图像处理规则，而渲染引擎对底层开发包进一步的封装，屏蔽了底层硬件的实现细节，对外提供了图形图像处理的开发接口。

常用的底层图形API包括Direct3D和OpenGL。OpenGL即开放式图形程序接口，在真实感图形制作方面表现优异；Direct3D可绕过各类接口实现对硬件的各类底层调用，提升了图形渲染效率。目前，OpenGL架构在专业图形渲染中的应用广泛，但随着Direct3D的完善，未来针对Direct3D优化的BIM建模软件预计会越来越多。

3、规则引擎

规则引擎重点解决约束、校验等规则的描述、执行以及控制，形成对业务逻辑的配置实现。在规则的定义阶段，通过规则语言，根据具体业务情况定义相应的规则。所有的规则都将用语言定义并留存于规则执行集中，多个规则可以形成一组规则集合，并被规则引擎装载和处理，进而利用规则推理将解析完成的规则附加到数据对象。由于规则执行过程存在规则条件被改变的可能，队列中的部分实例可能失效，反之也可能激活新的规则，形成新的队列。因此，规则执行链将根据执行队列进行实时调整。

来源：《我国BIM建模软件发展影响因素及提升路径研究》 陈强健

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