Unity 3D 引擎如何驱动次世代 HMI 设计?

Mark wiens

发布时间:2022-09-28

Unity 3D 引擎如何驱动次世代 HMI 设计?

  在游戏领域,《王者荣耀》《原神》《英雄联盟手游》等超过 73% 的手游,都通过 Unity 引擎开发,市面上 70% 以上的 AR/VR 内容也都基于 Unity 平台打造而来。作为国际知名的跨平台游戏引擎开发商,Unity 入局汽车领域,为车企提供覆盖 HMI 全生命周期的嵌入式开发工具。

  在汽车新四化的背景下,行业的需求是什么?未来智能网联汽车内会有怎样的体验和场景?如何为用户提供次世代的智能网联汽车新体验?凭借对汽车行业的深度参与和观察,以及同整车厂丰富的合作经验,Unity 对以上问题给出了答案。

  2022 年,我国新能源市场进入发展快车道。截止到 2022 年 7 月,我国新能源汽车累计销量突破 200 万辆,增长速度显著。业内普遍认为,我国智能网联汽车的发展,属于 单车智能 + 网联赋能 的协同发展模式,具体而言即以信息物理、系统架构、计算平台、云控基础平台、高精地图基础平台和车载终端平台作为载体,加速推进产业的进程。

  根据行业报告,2025 年智能座舱的主要产品市场规模预计将达到 1030 亿,其中车载信息娱乐系统(IVI)和车辆信息显示系统(Cluster)相加,预计将占据整体市场份额的 80%。换言之即 800 亿人民币左右。结合当前的国家政策,Unity 认为未来 5 年内,IVI 和 Cluster 会成为新能源汽车前装市场标配产品。

  Unity 相信,屏幕将成为智能汽车的 新马力 。针对这两类产品,Unity 作为中间件,可以基于主流车机操作系统和车载芯片,设计开发嵌入式 3D HMI、虚拟驾驶助手、AR HUD 等应用。

  目前,Unity 已经和智能网联汽车产业链上下游达成了合作,包括梅赛德斯 - 奔驰、宝马、奥迪、日产在内的国际品牌以及蔚小理、零跑、威马等新势力都在使用 Unity 开发 3D HMI 系统,同时 Unity 也能很好地支持 Androind,QNX 与 Linux 平台的发布。

  如今,随着车载终端硬件的不断升级,汽车处理芯片结构形式由 MCU 向 SoC 异构芯片方向发展。当前很多新能源车型都配备了像 IPAD 一样的大屏中控屏,车机加上液晶屏就几乎等同于一个智能移动设备。

  当 5G、边缘计算、数据中心等技术和新型基础设施成熟后,这台智能设备就相当于联上了 WIFI。在硬件条件成熟的情况下,汽车便能和经过 AI 技术处理的各类数据进行交互,实现自动驾驶。人类也将会拥有云控制平台,并能在其中对汽车进行配置升级。

  Unity 本身已在移动端的实时 3D 内容开发和运营上取得了巨大成功,因而能将相关的成熟技术和成功经验引入智能网联汽车产业。

  例如在 iOS 和安卓操作系统上,可一键部署 Unity 开发的实时 3D 内容。Unity 支持各类异构数据和工业通信协议,可以整合各类车辆、道路数据,并能基于数据打造实时三维的可视化管理平台,是一个理想的数据域和 HMI 域的管理平台。

  得益于 Unity 在云渲染技术方面的成熟技术,在现有的硬件条件下,消费者无需下载就能在线体验 Unity 开发的实时 3D 内容,且这些内容的源头都能在服务器端进行云控管理。无论是为开发者还是终端用户,Unity 的技术都带来了极大便利。

  Unity 是一家全球化公司,业务遍布全球的 18 个国家。作为一家技术导向的公司,Unity 庞大的开发者生态与其产品能力息息相关,在全球 190 多个国家 Unity 拥有共计约 300 万的开发者,其中中国的市场份额就占了 1/3。

  随着越来越多的行业意识到 3D 内容的潜力,Unity 看到了汽车工业的显著增长趋势。2021 年 Unity 的工业业务收入占据总体营收的 1/3,目前全球前十大制造商都已采用 Unity 的产品和解决方案。2021 年全年,平均每天有 1.3 万个 Unity 开发的新应用产生,平均每个月的应用下载量超过了 50 亿。因此,当车企基于 Unity 开发应用时,Unity 庞大的生态将贡献海量的实时 3D 内容。

  用户只需构建一次应用程序,便能将其无缝发布到 iOS、安卓、windows 系统以及 QNX、Linux、switch 等平台上,实现一次构建,多次部署。

  同时,基于 Unity 开发的 3D HMI 内容,不仅能一键跨平台部署到 Linux、 Android、QNX 等车机操作系统上,还支持高通骁龙 820A、8155、8295、恩智浦 i.MX10、i.MX8 等各类主流车规级和消费级的车载 SoC。只要是 ARM 架构的芯片,都能跑通 Unity 的应用程序。操作系统也是如此,只要能提供对应的库,Unity 就能支持。

  国产芯片和操作系统的壮大是解决 卡脖子 关键技术问题的战略要地。针对领先的国产车机芯片和操作系统,Unity 已经成功跑通了多个项目和验证 demo,并与这些国产厂商达成了平台及生态合作。

  电动化减少了大量车内零部件,从而为车载计算机物理硬件创造了上车空间。随着车载终端硬件的不断升级,汽车将提供更多人性化的交互体验。车端将出现越来越多高清渲染的实时 3D 视觉内容呈现,以及手势、语音、无实物虚拟触控的多模态人机交互的体验。

  随着自动驾驶技术从 L3 阶段到 L5 阶段的不断成熟,造车的关注点将逐步从 驾驶体验 向 出行体验 方向转变,届时用户将更习惯于 3D HMI 的交互方式。

  当实现 L4 级别以上的自动驾驶后,汽车将有相当大的可能性配置车载超级计算机。随着造车工艺和汽车零部件产品日趋成熟,汽车也将成为人们生活的 第三空间 ,人们将在车内进行办公、娱乐、远程连接智能家居系统。发展至这一阶段,基于 Unity 开发的实时 3D 内容也会有更大的价值空间。此外,网联化的落地也将实现多人实时在线互动的车内娱乐体验。

  在调研和交流中,Unity 发现车企在 新四化 背景下主要面临着个性化、娱乐内容、网联技术、盈利模式等方面的需求。随着新四化进程不断深化,车企需要更多创新性的技术和模式。在此背景下,Unity 为车企提供从设计,研发、测试,制造、运营全生命周期的解决方案。

  Unity HMI 编辑器可以很好地满足个性化需求,能根据用户偏好来动态更新内容动态。例如,使用 Unity 粒子特效技术,可实现车内视听娱乐的实时 3D 可视化,不同的环境、时间、音乐节奏也会带来不同的娱乐体验。

  车企目前的一大痛点,就是打造产品的差异化。例如许多品牌的车型都使用了百度地图,然而打开导航一看全是相同的地图导航设计界面,这时就能通过改善软件界面的 UI 设计来传达不同品牌的调性。

  Unity 和地图供应商 HERE 一同创作了高精地图渲染的 Demo,并在其界面设计上实现了丰富的个性化图形效果,目前这一 Demo 已经跑通于不同性能的车规级和消费级车载芯片。

  在软件定义汽车时代,为应对软件的快速迭代需求,OTA 远程升级成为智能网联汽车中的重要功能。通过 Unity 云渲染技术,可以将应用一键部署到手机、平板、车机等多个终端,从而保证车机上的应用实时更新,实现加速 OTA 升级的便利性。

  HMI 工作流程断裂,是指传统 HMI 产品的研发中设计和开发端使用的工具不统一,这就导致设计出来的各种概念效果难以完全实现,其中包括技术复杂度、产品功能或性能等各方面原因。

  基于这一现状,Unity 推出了 HMI 开发工具,设计师可以直接使用开发工具进行 UI/UX 设计和开发,最终实现流畅的端到端体验。所谓端到端体验指的是所有设计的参数和数据可以无缝地从设计口依次流转到开发、测试、制造环节,实现百分之百地还原设计。

  首先是支持多屏显示,该模板支持开发并兼容多个屏幕的内容;其次,该模板可以制作一流的 3D 特效,并完整兼顾性能;其三,使用这个模板进行设计,无论是 2D 还是 3D 内容,都能直接输出设计结果,让开发人员在 Unity 软件里面继续完成开发、调试,打通设计和开发流程,且所有改动都可以做到所见即所得。

  针对自动驾驶领域的数据采集难题,Unity 可以将工程建设行业的 BIM、GIS、高精地数据,以及各类部署在基础设施内的传感器的数据无损地统一整合起来,去做行驶场景的虚拟仿真;或接入实时数据,开发行驶场景的数字孪生,自动驾驶领域的算法和产品都可以在 Unity 创建的这一数字孪生体中进行测试验证。

  在真实世界对数据进行采集、标注以及部署机器学习来迭代算法都会带来非常高的成本。Waymo 去年曾透露,每 21 万公里其自动驾驶测试车就会发生一次事故,而 waymo 去年的实际路测就已超出 3200 万公里,算上汽车零部件的折损,成本之高不言而喻,使用数字孪生技术进行算法验证则能有效降低相关成本。

  自动驾驶仿真系统的架构主要包括自动驾驶系统、仿真环境和外部数据三部分。Unity 可实现车辆行驶场景和车辆系统的虚拟仿真,已同万都就 ADAS 的前置摄像头仿真技术展开了深入合作。

  另外,实际路测中暴雨、大雪、龙卷风等极端的 Corner Case 数据往往难以获取。而在 Unity 开发的虚拟环境中,可以根据真实情况参数化地还原各种天气条件和时间,从而实现算法迭代。

  当前,3D 车模、3D 座舱、3D OS、3D 导航已成为 HMI 标配的解决方案,除了这些常规功能,Unity 还提供更为前沿的内容创新。Unity 坚信,汽车将会成为第三空间。

  在车载游戏领域,Unity 凭借丰富的游戏行业经验以及强大的开发者生态,能为更多的游戏上车提供可能性。目前特斯拉正使用 Unity 作为开发工具,围绕其车载游戏战略,将打造出更丰富的车载娱乐内容。

  正如 Unity 中国业务总经理肖蓓蓓所言,当前汽车可视作一台装有四个轮胎的智能手机或智能平板。根据在智能移动设备上多年的开发经验,Unity 将继续深耕汽车行业,为用户提供更生动的 3D 技术体验,从而帮助汽车行业从驾驶体验向出行体验转型,将愿景变为现实。

  (以上内容根据 Unity 中国业务总经理肖蓓蓓于 2022 年 8 月 22 日由盖世汽车主办的 2022 第二届中国汽车人机交互创新大会发表的《Unity:打造下一代智能汽车嵌入式 HMI 开发工具》主题演讲进行理解和整理。)

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