由上汽设计中心&斑马智行提供

虚幻助力Cyber OS实现智能交互体验与科技美学相融

纪大伟 |
2023年10月26日
自上世纪20年代最初的跑车问世起,在此后一百多年的发展过程中,全球各系的跑车一直都是庞大的汽车家族中最备受瞩目的焦点。时至今日,在全球汽车行业极速迈向电动化的新时期,传统燃油跑车也不可避免的加入这场变革,相继推出各自品牌的纯电或混动车型。

具有百年历史的MG品牌,不久前也以全新的姿态向全球公布了旗下首款敞篷电动跑车MG Cyberster,凭借独特的外观设计和突破性的沉浸式座舱体验,MG Cyberster与其所搭载的基于AliOS打造的斑马智能座舱系统(后文简称 “Cyber OS”) 相继在全球几大车展上亮相并引入关注。Cyber OS是由上汽设计中心与斑马智行设计团队携手,为全新MG Cyberster电动跑车打造的全维度沉浸式数字座舱系统。今天,我们有机会同上汽设计中心和斑马智行的研发团队一起来聊下Cyber OS,以及如何在Cyber OS上使用虚幻引擎实现智能交互体验与科技美学相融的这一话题。
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(由上汽设计中心&斑马智行提供)
“Design for drive and fun”是全新MG Cyberster电动跑车的设计语言,对于智能座舱Cyber OS,上汽和斑马智行的设计团队对其做了哪些独特的设计和创新来达成这一目标?

MG Cyberster是全球首款软顶敞篷的电动跑车。在第一次坐进这辆车的时候,OS设计团队希望能立刻感受到环抱式三联屏幕的冲击力和沉浸感。所以在设计Cyber OS时,团队很快达成一致,认为应当结合整车所配备的软硬件来实现全新电动超跑操作系统体验和性能的最大化。

我们设想了这样的感受:当用户驾驶 Cyberster 时,被环抱式三联沉浸屏幕所搭载的沉浸内容包裹着,Cyber OS以极高的系统包容性给予用户不同的交互触达方式,用户将从视觉(Visual)、听觉(Auditory)、触觉(Touch)和动觉(Proprioception,又称本体感觉)等人体本能知觉上,通过无时延的交互效果反馈、直观地感受到电动超跑的出色性能,使人感觉到操控感和 “心流”的状态,从而产生出极致驾驶体验,享受到前所未有的驾驶快乐。

于这样的用户体验,操作系统可以以方控焦点式操控、触控直接操纵、语音指令触达三种模态,包容不同用户的交互需求,而在反馈设计上则应用了触感反馈、音画实时呼应、粒子氛围渲染等场景化的设计手法。

能否整体先介绍下MG Cyberster的全维度沉浸式的数字化座舱和Cyber OS?

MG Cyberster座舱整体采用环抱式设计,围绕驾驶者为中心布置了正前方的三联屏及车控屏,高效引导视野向前方聚焦,点燃驾驶激情。在此基础上,Cyber OS充分发挥芯片及屏幕的硬件优势,精心进行用户体验设计,打造出“满足多场景需求、创新的交互方式以及出色的3D HMI设计”三大核心亮点。

MG Cyberster的环抱式座舱可根据不同驾驶场景呈现多种视图,包含致敬传奇跑车的Super Sport模式、干净纯粹的极简模式、次世代的驾驶辅助视图、一目了然的导航双视图等,满足驾驶者的多重需求。

设计团队充分研究了跑车中驾驶者的坐姿,相较于轿车和SUV,跑车驾驶者距离屏幕稍远。因此,在常规的语音、触控交互基础上,MG Cyberster在方向盘交互上做了更多创新,其采用类似游戏手柄的摇杆和按键,且左右侧控制相应侧的屏幕显示,让操控乐趣倍增。

在3D HMI设计方面,Cyber OS引入全球领先的游戏引擎(Unreal Engine),以车辆真实数据和环境感知为基础,打造3D实时渲染的数字空间。
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面临市场上的多款3D引擎或交互技术,虚幻引擎如何成为Cyber OS提升实时画质和交互性的理想选择?

在项目伊始我们就明确了Cyberster是一个极致且纯粹的车型产品,因此在为其构建Cyber OS系统时,画质和渲染表现是款3D HMI产品的首要指标。虚幻引擎作为专业游戏引擎,其卓越的视觉渲染能力为我们达成这一目标提供了保障。结合上汽优秀的整车数字化技术,虚幻引擎的实时渲染技术支持我们将Cyberster打造成业内最强的数字孪生汽车。 并且虚幻引擎的物理模拟细腻度非常高,光照、粒子等系统,配合实时渲染的能力,确保3D化内容在我们的操作系统上看起来很棒。无论是作为车模及其舞台搭建这样的3D场景及主角的大型工程项目,还是在系统图标、系统组件的创建等系统级元件的3D风格一致性打包的工程项目,虚幻引擎都是一个很理想的工具,系统设计和开发工程师可以使用熟悉的方式来创造沉浸式体验。例如,在这个平台上,系统工程师可以使用虚幻引擎的着色器和材料来实现想要的视觉效果。甚至引入了三联屏设备上进入3D纯净模式,从而实现环绕式座舱内的沉浸体验。

斑马智行的HMI研发团队如何基于原有AliOS的基础上实现和虚幻引擎的深度融合?

为了和底层系统AliOS的能力兼容并进,系统工程师建立了全新的MetaEngine引擎架构。这样一来,在操作系统内搭建起的虚拟空间中,所有实时化、空间化的内容均使用MetaEngine渲染处理,升级为全新的3D HMI设计,这有赖于虚幻引擎对优秀基础效果的控制能力。
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此外,MetaEngine引擎架构对于系统整体效能、用户体验系统性提升均有好处,赋能Cyber OS从四个方面推升用户体验:

1.多联屏一体式空间交互体验:MetaEngine具备的统一3D跨屏渲染能力,能够将多个物理分屏上的内容完整统一渲染出来,从而提升整体3D视觉效果。同时打造全新的3D空间桌面,让车机APP升华成为Cyber APP,每个APP都将真正3D具象化。

2.快速定制化能力:充分发挥技术美术(Technical Artist)和用户体验设计师(User ExperienceDesigner)的3D设计能力,大大提升从美术编辑到工程化的效率,同时配合AliOS高性能渲染管线,达到视觉和性能的双重保障。
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3.高效的渲染能力:从3D HMI到底层渲染管线进行了深度定制化,并且基于AliOS 深度改造了虚幻引擎的渲染管线,使得渲染数据能够在内核(kernel)空间内高效地传输,3D HMI交互和渲染的性能更佳。

4.极致性能:MetaEngine将虚幻引擎和AliOS进行源码级深度融合,并旦结合实际车机场景进行了极致化的性能调优,大大缩减了引擎的冷启动时间。同时,MetaEngine 团队定义了一套空间平台化开发框架和组件,并提供了一系列的智能化组件,让Cyber OS的3D工程化能力更加高效。

在Cyber OS上用户可以体验到哪些使用虚幻引擎开发的应用场景?

用户可以在虚拟数字车库、驾驶模式切换、自动泊车、充电、融合现实(MR)仪表桌面等应用场景中体验到虚幻引擎所带来的3D设计体验。
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实时高保真的3D应用场景是Cyber OS的一个亮点,团队使用UE在移动/车机端实现了哪些效果来增强车辆及环境渲染的表现力?

我们可以举几个有代表性的例子。

虚拟数字车库

汽车改装已成为当下的热门文化。越来越多的人将他们的车子变成了个性鲜明的道路上风景。但是,汽车改装不仅仅是为了追求外观独特和夺人眼球,许多汽车爱好者通过改装来提升汽车的性能和驾驶体验。每个人都希望对自己的爱车进行个性化改装,但是由于一些现实的因素,如预算、车库空间等,无法立刻实现。

在Cyber OS的数字车库中进行个性化改装,可以立刻让您的爱车在虚拟世界中焕然一新,更换整车颜色、添加个性贴花、加装尾翼或者前后包围。通过创意组合的方式,展现您独特的个性和品味。数字车库让这种定制化的功能成为可能,开发人员也能快速进行车漆颜色的替换、利用插槽添加模型等设置。

更进一步,系统开放出零件替换商城接口给到厂商,厂商可以根据自身最新的配件或是限定涂装的方式,来更新他们的零件库供用户自行下载。
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在设计新的驾驶模式切换体验时,3D场景中直接显现出和驾驶模式相匹配的粒子效果,给予用户即时反馈。

驾驶模式是用户使用频次非常高的功能,对跑车用户来说更甚。切换驾驶模式时,驾乘人员能够感受到不同的驾驶体验、达到不同的体感目的,比如超跑模式,是以驾驶操控感为最高优先级的模式,而节能模式则是为了省电而进行的一系列车控变化。
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过去的体验中,在跑车的驾驶模式的「切换动作」完成后,我们通过体感去感受操控和车控设置的变化,并形成对不同驾驶模式的体验印象。而在Cyber OS中,经过多轮系统性能的3D渲染测试调试后,对建模和渲染的参数进行了权重调优。体验优化后最终呈现出绝佳效果:驾驶员能够享受到与以往「切换动作」完全不同的体验——将切换的动作进行实时可视化,并伴随着车周环境氛围的秒变,使驾驶员如同「头号玩家」一般地切变操控,畅快随心。
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MR仪表桌面

用户可以在中央仪表屏上发现一个全新设计的智驾仪表,除了为ADAS等驾驶功能提供实时渲染的可视化显示,还能够感受到天候变化和季节菜单。

当然,3D化的极致体验还有更多功能,诸如自动泊车、充电体验等等。
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在车机本身硬件算力的限制下,实现沉浸式的数字化3D座舱所面临过哪些挑战?

首先,致力于最大化发挥出8155芯片的硬件性能。

尽管8155汽车开发平台是相当优秀的算力平台,但是如何让一个专注于3A大作和影视娱乐的渲染引擎在这颗芯片平台上实现渲染效果和流畅度的平衡,需要从系统底层来解决问题。通过和虚幻引擎团队的技术合作,斑马系统工程师建立了全新的MetaEngine引擎架构,AliOS上实现对虚幻引擎的完美运行,能够确保在高帧率下充分发挥其强大渲染表现。
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其次,让3D实时渲染在HMI产品中发挥最大价值。

如果只是将引擎应用在车模的表现和车控功能的可视化上,显然有点大材小用。所以在设计之初,除了基于性能表现重新定义的模型,地编效果等标准,我们重新设计了一套基于统一渲染的3D HMI架构。多个应用通过一个统一的3D场景调度服务实现了跨应用的3D渲染调度,为用户打造出一个完整且无缝的3D 数字世界。车门的开关,车道线,周边感知的车辆,各类驾驶信息的可视化显示,充、放电状态,当前的时间,天气等等,我们将全车能拿到的实时数据都在3D桌面上1:1的渲染出来,满足功能表达的同时也让用户认知到一个完整的数字孪生世界。
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最后,如何让3D HMI在产品生命周期中具备成长性。

我们在数字汽车上实现了数字改装,对于赛车游戏这个功能并不陌生,但在HMI世界目前独此一家。

大到车衣和改装件,小到车贴自定义,Cybertser上有超过80个可由用户自定的选项,并且这些自定义件可以实现通过平台实现高效的配置管理。这对斑马的设计和技术都是个不小的挑战,例如车贴功能,贴纸需要能够贴在不同的部位上,在同一部位上还能贴多个/多层;借助虚幻引擎编辑器的强大蓝图编辑功能,我们完成了目前行业内最复杂的数字车构建,光车漆的蓝图就超过了270个节点控制器,实现了对颜色、车漆类型,车漆部位等40多项的自定义功能。
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引入虚幻引擎并成功研发出HMI产品后,开发团队有什么心得或建议可以分享给行业内的其他伙伴?

最重要的一点是,在面对车型HMI项目时需要理解车企客户对车型的规划,车辆的高低配置,迭代计划都可能会引向不同的技术方案,这些都是在前期需要充分交流的注意项。

在汽车的人机交互向更加智能化、个性化、注重用户体验的发展趋势下,还有哪些潜在的用户场景期待通过未来的实时引擎技术来逐步实现?

除了座舱的屏内交互,未来最大的交互场景是车内XR场景。汽车作为未来最强的移动算力平台和个人数字空间,座舱内的交互创新,空间巨大。基于实时渲染技术打造的渲染引擎一定可以成为未来的座舱空间交互的技术底座。

感谢接受采访,同时也祝贺MG Cyber的智能座舱Cyber OS不久前荣获了2023德国iF设计奖,通过哪些渠道可以让大家了解更多关于MG Cyberster和Cyber OS的信息?

感谢虚幻引擎的采访,关于Cyber OS的获奖信息,欢迎关注2023德国iF设计奖官方网站、MG官方号和斑马智行官方号。想了解更多操作系统细节,邀请屏幕前的你前往MG Cyberster所在的线下展台,现场体验震撼人心、身临其境的游戏化数字座舱,让我们一起为新一代电动汽车带来更多的可能性。
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