以3D HMI为起点，虚幻引擎打造次世代智能座舱新体验

当自动驾驶真正来临，我们在车内可以做些什么？

在智能化时代下，智能座舱的人机交互系统（HMI）成为汽车智能化最直观的体现。智能化的浪潮不断前进，3D HMI开始融入座舱设计，利用三维技术和设计原理，可以创造更具洞察、沉浸式的用户界面；通过补充、融合2D系统，3D HMI设计将提供更富有趣味性和交互性的娱乐体验，更直观真实的导航信息和准确易懂的驾驶指导。HMI结合3D 空间艺术，在自动驾驶来临时，将成为连接着现实世界和数字座舱的纽带，实现座舱“第三空间”的遐想。

3D HMI行业正迅猛崛起，从2020年北美车企的初步尝试，到如今各大车厂纷纷下注，卷 3D 成为最新的潮流。在潮流之下，实时 3D 引擎成为打造 HMI 必不可少的一环，其中不乏优质的引擎厂商跨界入局。

图源：虚幻引擎官网

破“屏”而出，3D HMI成为智能座舱的新起点

智能座舱正在加速普及，据盖世汽车研究院预测，2030年智能座舱市场规模或将达到2000亿元人民币，HMI作为用户直接感知的空间生态也将随之快速增长。

现阶段车内的HMI多为触控、语音、生物识别等多方式组合，以提高人机交互的效率和便捷性为主，交互主要依赖于高性能芯片等硬件支持和高清大屏的信息呈现。随着车内投影显示技术的不断发展，未来车内信息显示将突破屏幕限制，出现在车内座舱的任何区域，数字座舱也将打破传统HMI和屏幕硬件交互的壁垒，结合三维空间进行整车的全新交互，3D HMI将成为智能座舱发展的新起点。

以EPIC GAMES为代表的游戏厂商正携Unreal Engine（UE）（虚幻引擎）跨界入局，助力打造次时代智能座舱新体验。而不禁让人产生疑问的是：相较于其他3D实时引擎，Unreal Engine在3D HMI设计开发方面具备怎样的优势？

图源：虚幻引擎

首先，随着芯片、屏幕、5D座椅等声光电等持续加入座舱，与游戏的发展逻辑相似，座舱需要更精美的画面呈现。Unreal Engine具备丰富的经验，能够更好地为HMI设计提供精美画面和3D设计。

其次，相较于2D系统的“瀑布式”开发，3D HMI更趋向于“敏捷式”开发，强调设计与开发间的无缝合作。Unreal Engine所强调的不是取代2D，而是以“2D+3D”相融合的场景设计经验，大大缩短开发周期，将原本需要耗时2周的场景设计，缩短到5分钟搞定。

最后，在传统HMI开发过程中，设计、开发以及最终上车等环节间存在断层。例如在动效、特效方面，设计师需要工程师协助实现。但工科出身的工程师门难免对美学认识存在偏差，耗时一周做出来的效果未必能达到设计要求。基于UE进行3D HMI开发可以打通工作流，设计师全权完成零代码HMI解决方案，还可以快速验证和迭代自己的设计，做到“所见即所得”。

从0到1，Unreal  Engine持续释放3D HMI新动能

想要真正弄明白“如何打通设计端和开发端”，需要系统了解3D HMI的开发流程。

据凯朴硕科技(Capsule Tech) 3D开发负责人李逸飞介绍，3D HMI的整体开发流程包括“模型处理—增加材质—打光环节—特效制作—代码实现—优化工作—测试反馈—集成上车”等过程，再具体来看，还会涉及到Bug的反向编译定位等问题。

其中特效制作之前的流程主要涉及美术环节，之后则主要是工程师的操作实践。得益于UE高性能、实时3D技术以及“打通设计开发全链路、所见即所得”的优秀特性，设计师和工程师可以在同一平台讨论、开发。EPIC GAMES中国区汽车行业总监庄华祥表示：“在HMI开发过程中，基本上90%的工作都可以通过Unreal的蓝图功能来实现，设计师可以通过蓝图实现想要的特效和流程，涉及代码的部分可能不到10%。”

下图是UE的工作界面，具体来看，左上是基本功能的模块整合、蓝图可视化脚本。右上是面向2D的UMG UI Designer。最下方是Timing Insights，对工作流中CPU、GPU、内存的性能指标进行实时监控，帮助工程师在项目的前期、中期、后期等不同阶段迅速定位问题所在。设计师和工程师可以通过协同使用“蓝图”、UMG等部件，充分释放UE的全部潜力。

图源：虚幻引擎

值得注意的是，作为一个通用引擎，UE还支持原有资产的导入。据庄华祥介绍，当前UE面向汽车行业提供了大量的官方开源资产，例如和奥迪合作的面向X86的车辆控制器。同时UE的兼容性也极为强大，可以在高通8155、IMX8以及国内的芯驰等芯片上运行，2024北京车展期间，UE将与国内芯片公司联合宣发。

而在3D HMI的开发过程中，如果想让3D model和贴图渲染更真实，首先需要让它与实际场景相结合，得到最真实的3D场景。在此方面，UE具备优异的跨平台图形渲染能力。同时UE也在不断升级迭代，2023年4月推出的UE 5.3还发布了新的材质系统——Substrate。结合UE 5.3和 Substrate的新功能，在原有的高品质实时渲染基础上实现了进一步的提升。

图源：虚幻引擎

目前，UE针对车漆、车身反射的效果都最接近真实质感，同时UE已经在通用、福特、沃尔沃、Rivian、高合、名爵、路特斯、吉利等车型上量产落地。其中，值得一提的是2023年发布的吉利银河E8。

图源：虚幻引擎

吉利银河E8探索并创新了3D HMI技术，炽墨幻境（成都）科技有限公司商务总监曾雉茗坦言：“吉利银河E8是我们首次在高通8295平台上应用Unreal Engine开发全场景3D HMI，实现了基于Vulkan图形API的高强度光照渲染，逼真地呈现了雨雪天气和高保真车模。我们还在进行ADAS智能辅助驾驶系统的3D预演，基于UE 4.27在安卓平台展示，能够实时逼真地还原行车过程中的城市路面、建筑设施、轨道交通等变化情况，为智能驾驶提供了有力支持。”

图源：炽墨幻境

吉利银河E8的3D HMI至少经历了五轮打磨，呈现出三套精美主题。其中，以“三潭印月”为主题的45寸8K大屏设计，将时光引擎的魅力展现得淋漓尽致；同时吉利银河E8的3D HMI实现了一镜到底的便捷操作，用户可轻松从主场景切换到空调、内饰等不同界面。

吉利银河E8 | 图源：虚幻引擎

庄华祥坦言：“ 银河E8做了6个时段，多种场景，同时其设计、转场、动效以及性能消耗等方面借助用Unreal Engine二维、三维相结合的转场近1000个，其HMI设计对数字座舱的软件架构而言，是目前所有量产车中最复杂的；但借助于Unreal Engine的领先技术栈，不仅做到了领先业界的视觉呈现，同时，在性能消耗方面，将CPU控制在5%以内，GPU在40%内，作为一个如此复杂场景和高分辨率、高视觉表现的案例，也绝对是行业之最。”

整体来看，从游戏引擎到助力次时代智能座舱新体验的打造，Unreal在汽车行业已经做到了造型可视化及评审、自动驾驶仿真、下一代HMI和数字座舱乃至市场营销等工作。但作为拥有全球第二大游戏商店的公司EPIC GAMES，虚幻引擎目前的应用还只是其冰山一角。

定义“第三生活空间”，打造次时代智能座舱

当前，EPIC GAMES游戏商店拥有超3000款主机器游戏，在全球拥有超8亿注册用户，倘若将搭载了EPIC GAMES游戏的车辆推广到海外，可想而知8亿用户对每个主机厂而言的价值。

图源：虚幻引擎

随着迪士尼、乐高等大IP的注资，EPIC GAMES也将迎来更多IP粉丝的关注。同时伴随英特尔、AMD等开始在车机行业发力，当英特尔、AMD等X86架构的SOC进入车机，Unreal Engine已与他们开始合作开启游戏与汽车座舱更为多元的创意空间。

关于车载游戏，主流定位有两大方向：

其一从座舱娱乐出发，将车载游戏作为座舱娱乐的一部分，某种角度而言是从手机端转向车机端；其二是从“独立空间”出发，将车机看做“移动游戏房”，从头打造继主机游戏、手机游戏之后的第三市场——车机游戏。

随着AR/VR等技术的不断上车，随着芯片性能的不断优化，智能座舱将成为元宇宙的最佳入口之一，EPIC GAMES将以3D HM作为切入智能座舱的点，未来与更多主机厂共同探讨“车机游戏”的无限可能，在自动驾驶真正来临之时，为用户创造不一样的“第三空间”。

未来的数字座舱将打破了传统HMI的想象，更结合3D的环境、实景的空间进行全新的情与景的交互。当2D设计、开发与3D真正融合，行业将获得了前所未有的设计效果和用户体验。在3D场景下，可以尝试更多大胆的场景假设，如ADAS与导航地图的融合，让UI界面可以像3D实景一样的被触摸感受；将不同属性车型的驾驶模式与不同场景融合，重新定义场景和个性化改造……