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以3D HMI为起点,虚幻引擎打造次世代智能座舱新体验

当自动驾驶真正来临,我们在车内可以做些什么?

在智能化时代下,智能座舱的人机交互系统(HMI)成为汽车智能化最直观的体现。智能化的浪潮不断前进,3D HMI开始融入座舱设计,利用三维技术和设计原理,可以创造更具洞察、沉浸式的用户界面;通过补充、融合2D系统,3D HMI设计将提供更富有趣味性和交互性的娱乐体验,更直观真实的导航信息和准确易懂的驾驶指导。HMI结合3D 空间艺术,在自动驾驶来临时,将成为连接着现实世界和数字座舱的纽带,实现座舱“第三空间”的遐想。

3D HMI行业正迅猛崛起,从2020年北美车企的初步尝试,到如今各大车厂纷纷下注,卷 3D 成为最新的潮流。在潮流之下,实时 3D 引擎成为打造 HMI 必不可少的一环,其中不乏优质的引擎厂商跨界入局。

以3D HMI为起点,虚幻引擎打造次世代智能座舱新体验

图源:虚幻引擎官网

破“屏”而出,3D HMI成为智能座舱的新起点

智能座舱正在加速普及,据盖世汽车研究院预测,2030年智能座舱市场规模或将达到2000亿元人民币,HMI作为用户直接感知的空间生态也将随之快速增长。

现阶段车内的HMI多为触控、语音、生物识别等多方式组合,以提高人机交互的效率和便捷性为主,交互主要依赖于高性能芯片等硬件支持和高清大屏的信息呈现。随着车内投影显示技术的不断发展,未来车内信息显示将突破屏幕限制,出现在车内座舱的任何区域,数字座舱也将打破传统HMI和屏幕硬件交互的壁垒,结合三维空间进行整车的全新交互,3D HMI将成为智能座舱发展的新起点。

以EPIC GAMES为代表的游戏厂商正携Unreal Engine(UE)(虚幻引擎)跨界入局,助力打造次时代智能座舱新体验。而不禁让人产生疑问的是:相较于其他3D实时引擎,Unreal Engine在3D HMI设计开发方面具备怎样的优势?

以3D HMI为起点,虚幻引擎打造次世代智能座舱新体验

图源:虚幻引擎

首先,随着芯片、屏幕、5D座椅等声光电等持续加入座舱,与游戏的发展逻辑相似,座舱需要更精美的画面呈现。Unreal Engine具备丰富的经验,能够更好地为HMI设计提供精美画面和3D设计。

其次,相较于2D系统的“瀑布式”开发,3D HMI更趋向于“敏捷式”开发,强调设计与开发间的无缝合作。Unreal Engine所强调的不是取代2D,而是以“2D+3D”相融合的场景设计经验,大大缩短开发周期,将原本需要耗时2周的场景设计,缩短到5分钟搞定。

最后,在传统HMI开发过程中,设计、开发以及最终上车等环节间存在断层。例如在动效、特效方面,设计师需要工程师协助实现。但工科出身的工程师门难免对美学认识存在偏差,耗时一周做出来的效果未必能达到设计要求。基于UE进行3D HMI开发可以打通工作流,设计师全权完成零代码HMI解决方案,还可以快速验证和迭代自己的设计,做到“所见即所得”。

从0到1,Unreal  Engine持续释放3D HMI新动能

想要真正弄明白“如何打通设计端和开发端”,需要系统了解3D HMI的开发流程。

据凯朴硕科技(Capsule Tech) 3D开发负责人李逸飞介绍,3D HMI的整体开发流程包括“模型处理—增加材质—打光环节—特效制作—代码实现—优化工作—测试反馈—集成上车”等过程,再具体来看,还会涉及到Bug的反向编译定位等问题。

其中特效制作之前的流程主要涉及美术环节,之后则主要是工程师的操作实践。得益于UE高性能、实时3D技术以及“打通设计开发全链路、所见即所得”的优秀特性,设计师和工程师可以在同一平台讨论、开发。EPIC GAMES中国区汽车行业总监庄华祥表示:“在HMI开发过程中,基本上90%的工作都可以通过Unreal的蓝图功能来实现,设计师可以通过蓝图实现想要的特效和流程,涉及代码的部分可能不到10%。”

下图是UE的工作界面,具体来看,左上是基本功能的模块整合、蓝图可视化脚本。右上是面向2D的UMG UI Designer。最下方是Timing Insights,对工作流中CPU、GPU、内存的性能指标进行实时监控,帮助工程师在项目的前期、中期、后期等不同阶段迅速定位问题所在。设计师和工程师可以通过协同使用“蓝图”、UMG等部件,充分释放UE的全部潜力。

以3D HMI为起点,虚幻引擎打造次世代智能座舱新体验

图源:虚幻引擎

值得注意的是,作为一个通用引擎,UE还支持原有资产的导入。据庄华祥介绍,当前UE面向汽车行业提供了大量的官方开源资产,例如和奥迪合作的面向X86的车辆控制器。同时UE的兼容性也极为强大,可以在高通8155、IMX8以及国内的芯驰等芯片上运行,2024北京车展期间,UE将与国内芯片公司联合宣发。

而在3D HMI的开发过程中,如果想让3D model和贴图渲染更真实,首先需要让它与实际场景相结合,得到最真实的3D场景。在此方面,UE具备优异的跨平台图形渲染能力。同时UE也在不断升级迭代,2023年4月推出的UE 5.3还发布了新的材质系统——Substrate。结合UE 5.3和 Substrate的新功能,在原有的高品质实时渲染基础上实现了进一步的提升。

以3D HMI为起点,虚幻引擎打造次世代智能座舱新体验

图源:虚幻引擎

目前,UE针对车漆、车身反射的效果都最接近真实质感,同时UE已经在通用、福特、沃尔沃、Rivian、高合、名爵、路特斯、吉利等车型上量产落地。其中,值得一提的是2023年发布的吉利银河E8。

以3D HMI为起点,虚幻引擎打造次世代智能座舱新体验

图源:虚幻引擎

吉利银河E8探索并创新了3D HMI技术,炽墨幻境(成都)科技有限公司商务总监曾雉茗坦言:“吉利银河E8是我们首次在高通8295平台上应用Unreal Engine开发全场景3D HMI,实现了基于Vulkan图形API的高强度光照渲染,逼真地呈现了雨雪天气和高保真车模。我们还在进行ADAS智能辅助驾驶系统的3D预演,基于UE 4.27在安卓平台展示,能够实时逼真地还原行车过程中的城市路面、建筑设施、轨道交通等变化情况,为智能驾驶提供了有力支持

以3D HMI为起点,虚幻引擎打造次世代智能座舱新体验

图源:炽墨幻境

吉利银河E8的3D HMI至少经历了五轮打磨,呈现出三套精美主题。其中,以“三潭印月”为主题的45寸8K大屏设计,将时光引擎的魅力展现得淋漓尽致;同时吉利银河E8的3D HMI实现了一镜到底的便捷操作,用户可轻松从主场景切换到空调、内饰等不同界面。

以3D HMI为起点,虚幻引擎打造次世代智能座舱新体验

吉利银河E8 | 图源:虚幻引擎

庄华祥坦言:“ 银河E8做了6个时段,多种场景,同时其设计、转场、动效以及性能消耗等方面借助用Unreal Engine二维、三维相结合的转场近1000个,其HMI设计对数字座舱的软件架构而言,是目前所有量产车中最复杂的;但借助于Unreal Engine的领先技术栈,不仅做到了领先业界的视觉呈现,同时,在性能消耗方面,将CPU控制在5%以内,GPU在40%内,作为一个如此复杂场景和高分辨率、高视觉表现的案例,也绝对是行业之最。”

整体来看,从游戏引擎到助力次时代智能座舱新体验的打造,Unreal在汽车行业已经做到了造型可视化及评审、自动驾驶仿真、下一代HMI和数字座舱乃至市场营销等工作。但作为拥有全球第二大游戏商店的公司EPIC GAMES,虚幻引擎目前的应用还只是其冰山一角。

定义“第三生活空间”,打造次时代智能座舱

当前,EPIC GAMES游戏商店拥有超3000款主机器游戏,在全球拥有超8亿注册用户,倘若将搭载了EPIC GAMES游戏的车辆推广到海外,可想而知8亿用户对每个主机厂而言的价值。

以3D HMI为起点,虚幻引擎打造次世代智能座舱新体验  

图源:虚幻引擎

随着迪士尼、乐高等大IP的注资,EPIC GAMES也将迎来更多IP粉丝的关注。同时伴随英特尔、AMD等开始在车机行业发力,当英特尔、AMD等X86架构的SOC进入车机,Unreal Engine已与他们开始合作开启游戏与汽车座舱更为多元的创意空间。

关于车载游戏,主流定位有两大方向:

其一从座舱娱乐出发,将车载游戏作为座舱娱乐的一部分,某种角度而言是从手机端转向车机端;其二是从“独立空间”出发,将车机看做“移动游戏房”,从头打造继主机游戏、手机游戏之后的第三市场——车机游戏。

随着AR/VR等技术的不断上车,随着芯片性能的不断优化,智能座舱将成为元宇宙的最佳入口之一,EPIC GAMES将以3D HM作为切入智能座舱的点,未来与更多主机厂共同探讨“车机游戏”的无限可能,在自动驾驶真正来临之时,为用户创造不一样的“第三空间”。

未来的数字座舱将打破了传统HMI的想象,更结合3D的环境、实景的空间进行全新的情与景的交互。当2D设计、开发与3D真正融合,行业将获得了前所未有的设计效果和用户体验。在3D场景下,可以尝试更多大胆的场景假设,如ADAS与导航地图的融合,让UI界面可以像3D实景一样的被触摸感受;将不同属性车型的驾驶模式与不同场景融合,重新定义场景和个性化改造……

来源:第一电动网

作者:盖世汽车

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