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。

（详见光庭三维座舱HMI演示视频，点击跳转）

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。

（以上内容来自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发表的《智能座舱三维HMI设计探索和实践》主题演讲。）