實時3D引擎Unity如何驅(qū)動次世代汽車HMI設(shè)計

如今的汽車早已突破了代步工具的定義，大家希望汽車能夠成為一個讓人輕松愉悅的個性化空間。如何給用戶提供更人性化的體驗、讓出行更加智能，也是當下車企的競爭焦點。在這場競爭中，HMI又是重中之重。

HMI 即“人機接口”，也叫人機界面，是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介。4月13日，由蓋世汽車、慕尼黑電子展聯(lián)合主辦的 2021 中國汽車人機交互 HMI 創(chuàng)新大會在上海浦東星河灣酒店圓滿落幕。本次會議聚集了汽車 HMI 領(lǐng)域的杰出人才、UX/UI 設(shè)計師以及前瞻規(guī)劃研究人員，全方位地分享了汽車人機交互領(lǐng)域的創(chuàng)新理念、技術(shù)趨勢、行業(yè)焦點、現(xiàn)實挑戰(zhàn)及應(yīng)用解決方案。

作為全球領(lǐng)先的實時 3D 互動內(nèi)容創(chuàng)作和運營平臺，Unity 受邀參與本次大會并發(fā)表主題演講《Unity，下一代智能汽車嵌入式 HMI 設(shè)計工具》。

當前車載 HMI 的設(shè)計和開發(fā)工作面臨的三大痛點是，工作流程斷裂、平臺碎片化、缺乏用于運營和變現(xiàn)的內(nèi)容和工具，Unity 作為一款交互式的實時 3D 引擎，能夠把移動端 2D、3D 內(nèi)容開發(fā)和運營的領(lǐng)先技術(shù)、經(jīng)驗擴展到智能座艙領(lǐng)域，將有潛力驅(qū)動集車載信息娛樂、沉浸式增強現(xiàn)實及地理空間和多媒體技術(shù)為一體的未來汽車用戶體驗。

Unity 的現(xiàn)場展位吸引了眾多參觀者駐足

在大會現(xiàn)場，Unity 展示了 HMI demo 在各類車載操作系統(tǒng)“中高低端” 車機芯片上的運行實況，充分體現(xiàn)了 Unity 優(yōu)秀的跨平臺兼容性和“一次構(gòu)建、多端部署”的獨特優(yōu)勢。

首先映入眼簾的是基于芯馳 X9 芯片、以 hypervisor 虛擬機架構(gòu)運行的三個車載系統(tǒng)上的 Unity HMI，分別是 Linux 的汽車儀表盤、Android 的游戲應(yīng)用、和 Android 的另一個三屏 HMI demo，實現(xiàn)了三個系統(tǒng)無縫運行、五個屏幕流暢呈現(xiàn)。應(yīng)用在真實車機上，獨立系統(tǒng)的好處是即使其中一個系統(tǒng)出現(xiàn)問題，也不會影響其他運行中的系統(tǒng)，保證最重要的汽車儀表盤始終在線，為駕駛員和乘客保駕護航。

用車載 HMI 玩賽艇游戲

在展臺中央，Unity 還展示了在恩智浦 NXP iMX8 芯片、QNX 操作系統(tǒng)上運行的游戲應(yīng)用。高清晰、高畫質(zhì)的賽艇游戲可以 40+FPS 的高幀率運行，十分絲滑、毫無延遲。在未來，車載 HMI 的顯示幀率完全可以達到 60 幀，甚至乘客坐在車內(nèi)暢玩一局“王者榮耀”游戲也可能實現(xiàn)。

可交互的 HMI demo

在展臺另一側(cè)是一個非常吸睛的 4K 超寬“帶魚屏”，展示了可交互的 HMI demo，不僅可以在不同的駕駛模式下切換，還可以調(diào)整日間、夜間屏幕光照，選擇多媒體播放，還能進入沉浸式導(dǎo)航系統(tǒng)和游玩游戲。當外接一個游戲手柄后，車機“秒變”游戲機。

此外，交互式全息顯示技術(shù)供應(yīng)商 Leia 也作為 Unity 的 VSP 合作伙伴展示了基于 Leia 光場的革命性 3D 顯示技術(shù)?，F(xiàn)場演示的車載游戲、3D 地圖導(dǎo)航和電子版車載儀表盤，均以裸眼 3D 技術(shù)創(chuàng)造性地改變了傳統(tǒng)的人機信息交互方式，讓駕駛員與車輛的互動更為舒適且直觀，對于高端車型而言是必不可少的體驗加分項。

同時，Leia 還專門針對 3D 地圖導(dǎo)航中僅作為參照的建筑物等部分進行了透明化處理，讓用戶感知三維深度的同時，最大程度地降低了眩暈感，保證駕駛員和乘客的安全。

大會現(xiàn)場，Unity 大中華區(qū)工業(yè)解決方案技術(shù)總監(jiān)任沁明作為嘉賓，為大家分享了基于 Unity 實時 3D 技術(shù)的下一代智能汽車 HMI 解決方案。以下為簡略版的演講實錄。

大家好，今天我給大家?guī)淼难葜v是 Unity 在下一代智能汽車 HMI 設(shè)計工具上的解決方案。

在座各位應(yīng)該都思考過這個問題，就是未來智能汽車的 HMI 會是什么樣子？當下我們可以很明顯的感覺到汽車里面的屏幕越來越大，車機芯片能力也越來越強，這也在“催促”我們在開發(fā)工具上進行改進，以更低的成本、更加快速地創(chuàng)造所需的內(nèi)容工具。

這里是 Unity 和 HERE 地圖一起創(chuàng)造的 Demo，可以看到，汽車屏幕上的圖形實現(xiàn)了非常豐富的效果。

屏幕越大，帶來的機遇也越多，可以實現(xiàn)的使用場景也越豐富。

新的硬件也帶來了新的機遇，原來在車里最主要的交互硬件就是方向盤和油門，隨著新技術(shù)的發(fā)展，目光跟蹤、手勢識別、裸眼 3D 屏幕等交互方式不再是夢，甚至未來可能還會有 AR/XR 等全新的解決方案。

手勢識別，用戶無須觸摸任何硬件，通過直觀或者通過直覺交互，就能進行互動

視頻來源："Project Soli" The Untouched | Developed by Google

正如一開始所說，越來越大的屏幕和越來越強的車機芯片，“催促”我們革新開發(fā)工具。其實，現(xiàn)在車機上用的很多硬件跟移動端硬件都是中低功耗，這和手機生態(tài)其實是類似的。因此，在移動平臺開發(fā)具備優(yōu)勢的 Unity，也同樣可以用于車載 HMI 開發(fā)。

接下來我來給大家介紹一下 Unity HMI 解決方案。

自進入汽車領(lǐng)域，Unity 就在汽車行業(yè)做了很多調(diào)研，首先就去了解了用戶在 HMI 開發(fā)過程中有哪些痛點？我們通過用戶訪談總結(jié)出以下三點：

01  HMI 開發(fā)流程是有斷裂的，設(shè)計端和生產(chǎn)端流程并不是一套工具，很多設(shè)計內(nèi)容在開發(fā)周期過程中會丟失。

02  平臺碎片化。不同廠家選用的硬件平臺、軟件平臺、操作系統(tǒng)都是不一樣的。我們車內(nèi)又有非常多的屏幕，分辨率各不相同，且往往是異形的，這導(dǎo)致在不同環(huán)境中遷移內(nèi)容的成本非常高，因為要針對各種平臺進行適配。

03  缺乏運營和變現(xiàn)的內(nèi)容。Unity 不僅僅是內(nèi)容創(chuàng)建平臺，還是一個內(nèi)容運營平臺，提供了各種創(chuàng)作工具以及在后期運營中的運營生態(tài)環(huán)境，從軟件到服務(wù)全覆蓋。

首先來看一下 HMI 的傳統(tǒng)設(shè)計流程，設(shè)計端和開發(fā)端使用的工具都不統(tǒng)一。設(shè)計端使用的是傳統(tǒng)軟件，把這些內(nèi)容整合在一起以后做概念設(shè)計，但是也就到此為止了。我們車機也還是在用傳統(tǒng)的軟件平臺。這樣一來就會遇到一個問題，即設(shè)計端工具鏈所設(shè)計的各種特效在實際開發(fā)過程中可能是無法實現(xiàn)的，無論是因為技術(shù)的復(fù)雜度，還是功能或者性能原因。

我們這邊自然而然地有了一個想法，何不使用 Unity 制作呢？Unity 在移動端運作了十幾年，我們有豐富的經(jīng)驗，所以我們覺得完全可以把 Unity 繼續(xù)往下推，一直走到車機端。

這樣一個工具鏈有什么好處呢？

這就要提一下 Unity 一直推崇的理念——民主化開發(fā)。我們希望整個開發(fā)團隊盡可能使用同一套工具鏈，這樣一來我們的溝通成本會降低很多，設(shè)計端、開發(fā)端的數(shù)據(jù)是一樣的、概念也是一樣的。如果設(shè)計師初期就使用 Unity 這樣的平臺實現(xiàn)自己的概念設(shè)計的話，那么最終實現(xiàn)到車上的時候就不會有大量的設(shè)計概念丟失了。

我們會提供基于 Unity 編輯器提供專屬的 HMI 編輯器，它是針對 HMI 開發(fā)流程提供的 Unity 擴展包。它仍然是 Unity 編輯器，但是使用體驗和使用流程完全不一樣了，對車企更加友好，能夠更加方便地做原形搭建，并且最重要的是不需要寫任何代碼。

Unity HMI 編輯器原型模型（預(yù)覽測試版）

同樣在這個工具包里，我們也會提供 HMI 相應(yīng)的素材。比如一些基本的模塊，大家就不需要重新制作了，直接把模塊拉拽至編輯器就可以開始設(shè)計。

對于平臺碎片化的問題，Unity 也能很好地解決。Unity 核心的能力之一就是跨平臺，當然車機軟硬件生態(tài)和手機也不是完全一致的，因此我們和軟硬件廠商開展了很多合作，改善車機端兼容性的問題，比如恩智浦、英偉達、高通、英特爾等。

在操作系統(tǒng)方面，HMI 這塊也是有它自己的特性，不完全是安卓，Unity 針對儀表盤做了 Yocto Linux 適配的同時，近期也支持了 QNX 系統(tǒng)，所以儀表盤這塊基本的開發(fā)環(huán)境也已經(jīng)打通了。針對中控屏，Unity 也已經(jīng)支持地非常好了。

當然我們所支持的軟硬件列表不僅僅是這里列出來的這些，因為 Unity 本身提供的應(yīng)用程序是基于 ARM 的，所以理論上來講只要是 ARM 芯片都能跑Unity的應(yīng)用程序。同樣操作系統(tǒng)也是一樣的，核心層面它需要的是窗口管理等能力，所以只要能提供對應(yīng)的庫就，Unity 就能支持。

Unity 也可以保證對運營服務(wù)的支持，廣告服務(wù)是 Unity 一直以來的重要服務(wù)之一。Unity 本身就有廣告推送渠道，我們也會有大量生態(tài)可以直接遷移到基于 Unity 的開發(fā)平臺上，這樣一來不僅僅用 Unity 進行了開發(fā)，我們同樣還獲得了 Unity 相關(guān)的生態(tài)，這個對于車廠來說也是一個很好的機會，在很早期就可以獲得大量的內(nèi)容。

另外 Unity 有兩套系統(tǒng)，一套是基于 CPU，一套是基于 GPU。在移動端，尤其是車機平臺，Unity 是唯一能夠提供基于 GPU 大規(guī)模粒子特效的引擎。

我們相信未來 UI 肯定不是簡單按紐和圖標，一定是非常個性化的 UI 系統(tǒng)，這樣的 UI 系統(tǒng)就需要非常強大的框架支持，得益于十幾年的經(jīng)驗積累，我們有一個完整的分析調(diào)試工具可以加速開發(fā)，有完整的 UI 框架。

同樣我們完善支持了業(yè)界各類的數(shù)據(jù)格式，特別強調(diào)一下我們針對 CAD 格式提供了 PiXYZ 的工作流程，這個可以極大的加速車機平臺的開發(fā)周期。傳統(tǒng)做一個車模建模要一兩個月時間，但是使用 Unity 大概只需要一兩天時間，可以完全實現(xiàn)在車的外觀還沒有完全定型情況下，就同步進行相關(guān)的開發(fā)。

最后是一些圖形能力的展示，在中低功耗平臺上我們提供了高性能的通用渲染管線（URP），我們?nèi)ツ曜隽孙w度的發(fā)布會項目。

針對高端平臺提供了高清渲染管線（HDRP），Unity 支持光線追蹤，可以達到和實際照片無異的質(zhì)量。光線追蹤不光可以提供很高的材質(zhì)效果，更重要是提供逼真的光照環(huán)境，讓圖像以假亂真。

Unity 致力于發(fā)展伙伴生態(tài)，我們有很多軟硬件合作伙伴，這次在車機方面帶來的合作伙伴 Leia，使用 Leia 屏幕，就可以在車內(nèi)帶來裸眼 3D 體驗。同時，Leia 已經(jīng)提供了轉(zhuǎn)換插件，可以很快很輕易把 Unity 所開發(fā)出來大量的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為支持裸眼 3D。