智能座舱三维HMI如何设计？

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中，武汉光庭信息技术股份有限公司，智能网联汽车软件技术研究院副院长陈治结合光庭智能座舱3D HMI原型案例，对光庭信息在智能座舱3D HMI设计原则的探索实践进行了分享。

陈治表示，随着硬件平台的逐步进化，座舱HMI设计3D化是一个逐步演进过程，需要从车模、三维组件，三维背景、语音助手、智驾信息向整体3D场景循序渐进。他认为，“三维UI不能仅限于单一的屏幕体验，而需要与其他交互方式和设备协同，带来虚拟和实体空间的融合。”

陈治 武汉光庭信息技术股份有限公司 智能网联汽车软件技术研究院副院长

以下为演讲内容整理：

光庭智能座舱三维HMI探索案例

在座舱芯片的算力发展、软件驱动下汽车被重新定义、三维HMI开发平台的成熟等变化趋势下，汽车软件座舱的三维化开发正向着落地化发展。当自动驾驶能力等级逐渐提升，驾驶员、乘员的注意力能够逐步被释放，因此可以针对不同驾驶情景来设计不同的三维界面HMI。

智能座舱三维HMI的落地并不是一蹴而就的，而是遵循渐进式的发展路线。此前量产车型已有了许多三维车模的呈现，并以三维组件的形式在IVI和仪表界面进行交互，随后也出现了三维背景，即整个座舱的背景用三维的方式呈现；另外还有通过三维角色呈现的智能语音的交互助手、三维智驾信息等。但业界还没有尝试全三维化交互的智能座舱设计。

围绕将整体智能座舱的交互和体验变成三维场景的想法，光庭启动了智能座舱全三维HMI原型项目，旨在打造完全沉浸式的全三维化场景，将车身的各种功能用三维场景交互实现。

团队设想了春夏秋冬四个主题，涵盖主页、音乐、导航与车身设置。我们构造了四个岛屿，基于四个岛屿进行一镜到底的切换，根据春夏秋冬四个主题制作四个沉浸式的场景。

图片来源：武汉光庭

在主页界面用的是春季的主题。在场景中使用三维元素承载了二维的交互，包括新闻消息、导航信息、车身控制等，每个场景都包含简易车身控制和语音助手。 

图片来源：武汉光庭

夏季主题以娱乐为主。以海滩为场景，可以实现沉浸式的音乐播放模式。我们还设计了灯塔元素，可以通过灯塔来调节HMI的白天和黑夜模式。

图片来源：武汉光庭

秋季主题的场景是露天电影院，承载的是导航的信息。通过目的地的设置，将电影院的屏幕作为导航地图的呈现平台。 

图片来源：武汉光庭

冬季的场景以车身设置为主，可以通过小面板对座椅、方向盘、氛围灯灯配置进行设置，车身、车模与场景进行交互，能打造沉浸式的体验。

为了更好地适配车机，除了pc版之外光庭还推出了车机简化版的三维HMI设计方案。基于这一套低模色彩的三维方案，可以实现接近60帧较稳定的平台表现，且同样还原了整体的设计理念。

图片来源：武汉光庭

今年4月初奔驰Smart精灵发布，同时释放了一套三维UI的设计。在这之前，三维元素设计在量产车里多用于仪表的地图体验或智驾信息的呈现，娱乐系统上用得较少，因此Smart精灵在三维UI交互上迈出了一小步。这一套HMI还没有实现全场景的3D HMI，仍是二维交互+三维元素的轻量化搭配。

不久前，吉利几何M6发布了座舱设计，这一套设计基于房间的形式构造了三维视觉上的效果。虽然最终采用二维方式实现视觉效果，但整体上仍体现出了三维空间的设计理念。

智能座舱三维HMI体验设计原则思考

图片来源：武汉光庭

在三维HMI的制作过程中，二维元素和三维元素共有三种组合方式：叠加式的组合、分区式的组合以及完全分屏式的组合。

图片来源：武汉光庭

叠加式的融合在春天的场景里可以看到，很多二维元素在三维场景里面使用了一些载体，以不完全脱离三维场景的方式呈现。但这种形式会带来一些衍生问题，例如运动变换的同步，一旦镜头空间变化，二维元素是跟随三维元素动，还是不跟着动？同事三维场景也会对二维交互元素形成干扰。

同屏分区是另一种考虑，二维的元素放一块，三维的元素放另一块，这种方式一般适合显示区域长的长屏，否则将只是一种三维组件的呈现，而不是全三维的驾舱表现。

如果要实现全三维可以参考长城摩卡车型的中控设计，有控制屏和娱乐屏两个屏幕，可以把交互功能放在控制屏上，另外一个屏可以给三维HMI更多发挥空间。

我们认为只有将三维同二维分离才能更多发挥三维的优点。车机里的交互还是二维方式为主，三维的优点不是交互，而在于情感化表达、场景化演绎和驾驶娱乐化。

图片来源：武汉光庭

整个三维场景能给用户带来更好的视觉和情感传递，我们制作这样的场景里面像风，音乐的节奏进行变化，整体的环境也可以做一个变化，这种沉浸式的表现才是最大发挥三维交互UI情感传递的能力。例如还可以在三维HMI画面中放置一杯咖啡，在驾驶过程中收集整个汽车的动力，看驾驶是否稳定，对驾驶员进行评分，打造出更有趣的车身交互体验。

图片来源：武汉光庭

三维里面另外一个考虑的点是镜头运动。灵活的变化、无缝衔接转场是三维界面的优势，但三维场景中快速的镜头运动也会为部分用户带来眩晕感。因此对画面的调度也需要进行优化设计，如避免主观镜头大范围的快速转场，对三维组件进行小范围运动。

总体而言，三维界面当前面临着这样的挑战：如何避免眩晕？同时如何设计出超出交互功能层面的体验？如何实现设备协同及人机共驾场景下的体验设计？纯粹的控制面板交互不是三维界面的强项，更多需要考虑如何实现沉浸感、情感化的传递。未来，三维UI不能仅限于一种屏幕体验，而需要与其他交互方式和设备协同，带来虚拟和实体空间的融合。

光庭座舱三维引擎技术能力介绍

光庭信息的业务设计汽车电子软件多个领域，但智能座舱的研发、设计、测试是我们公司业务中非常重要的一块。光庭现有用户体验实验室和数字体验实验室两大相关的实验室，其中用户体验实验室专注于智能汽车领域的人机交互设计，数字体验实验室更面向于智能汽车领域的创新性研究。

数字实验室的开发方向主要有六个方面：高精三维地图渲染、智能座舱三维HMI、仿真软硬件环境、数字城市及驾驶仿真以及VR等车内娱乐化体验、VR仿真座舱交互等。

光庭能实现基于地图自动生成路网，构建速度快，且天然具有车道轨迹数据，可实现大规模车流仿真。此外，光庭早已开始布局平面交互研究，在VR环境下，通过车机虚拟屏可以实现整个座舱里的虚拟交互。

光庭也有VR虚拟座舱的快速原型验证方案，同时面向车载领域的VR娱乐和体验应用开发也较为成熟。在自动驾驶领域，通过VR高精度定位走行，能实现让车的物理运动驱动VR的运动，并在VR里构建车周围的虚拟道路环境，并实现虚拟与现实的场景同步。当然，当前VR设备还不是为车内环境打造的，真的将VR设备在车内应用，还需要针对车的环境做一些定制化的功能，但是这些体验确实是成立的。

在虚拟人方面，光庭也打通了整个流程，实现了技术的引领。我们可以为车厂提供三维形象建模、形象转换等，并借助引擎的能力应用到实践中。

光庭旨在用技术为OEM赋能，并为消费者提供更好的体验。无论是在研发还是在量产的平台中，我们会逐步通过这些能力对车厂进行赋能，也希望能让这些能力有更多落地的平台，谢谢大家。