利用混合现实技术颠覆传统汽车设计,为您带来真实洞见

拟介科技是国内领先的混合现实科技公司,专注于实景辨识 3D 多维视觉交互等 MR 混合现实的行为创新应用,超过一半的员工具有专业汽车设计背景和经验。拟介科技以微软混合现实(MR)解决方案为核心,开发了一套可以针对不同业务场景单独服务的汽车设计解决方案,使用 HoloLens 解决了那些过去技术不可行、经济不现实,或者因为其他因素无法实现的问题。

解决方案背景

汽车设计作为汽车企业软实力的重要组成部分,不仅是体现品牌个性的重要元素,也是汽车企业迈向高端的重要战略组成。目前,全球已有 20 多个国家将工业设计发展纳入国家战略,我国汽车工业设计也正处于产业化高速增长时期,产业规模显著增加、需求持续增长,但受制于专业设计技术和能力,对于很多汽车生产企业来说,打造具有代表性的汽车设计并非易事。

混合现实(MR)技术是一种超越增强现实(AR)的体验,是虚拟现实(VR)技术的进一步发展,与 AR 或 VR 体验相比,在混合现实中,物理世界和虚拟世界中的人、物、空间可以在混合环境中融为一体,让世界成为画布,使用者可以自然地移动虚拟元素,与之互动,并进行三维空间探索。

拟介科技迅速而准确地洞悉到混合现实技术在汽车设计领域所蕴藏的独特优势和发展机遇,利用微软 HoloLens 混合现实技术平台开发了专为所有汽车设计工作者而生的全新汽车设计解决方案 PORUS®,通过 MR 技术创造全新的生产力,帮助汽车工业设计领域实现前所未有的工作方式转换。

传统设计流程的痛点

消费者对汽车的个性化需求让汽车生产企业在设计时面临更多竞争,外观强调动感和力量,内饰则注重科技和用料,整体还要保持观感一致,配合引人注目的灯光元素和各种装饰搭配,汽车设计更趋向于艺术品雕琢。

然而,目前的汽车设计流程存在诸多限制。团队甄选由各种软件(Alias,Catia,3DMax)设计的汽车模型,然后制作 1:1 的油泥模型进行三维参数验证。这种做法耗时耗力,成本高昂。仅外观设计使用的油泥模型其单次制作成本就高达 200 多万,内饰模型的成本也高达百万计,而诸如车灯这样的精细模型,其制作成本也以数十万记。而一旦设计定稿,这些模型就不再具有更多价值,无法用于汽车生产和后续销售等环节,造成巨大浪费。这种高昂的成本很难允许设计团队进行反复变更和迭代,而对于汽车这样复杂的产品,要想一次做出完美设计,设计团队面临巨大挑战。

汽车设计使用的油泥模型还具有极大应用局限性。人机交互界面(HMI)是油泥模型无法模拟的对象之一,HMI 包括汽车内部指示灯、仪表板、中控台、各类显示屏和按钮等,目前,评审人员只能通过想象来对 HMI 设计进行评估,其实用性(如指示灯的位置和亮度)、易用性(如不同路况下中控屏幕的可操作性)、安全性(如不同天气下人机界面提供信息的准确性和及时性)等都无法被实际验证。

从工作流程角度来看,由于设计数据需要围绕实体油泥模型进行验证,因此设计工作必须按照外观、内饰、人机交互的顺序严格进行。当后续设计环节提出修改意见时,前期工作就需要重新迭代,使之前的人力、物力投入沦为沉没成本。这种严格的流程分工还导致整个设计周期过长,平均来说,完整的汽车设计周期需要3年以上,这种低产出率使企业难以及时适应市场变化和需求。

在设计评审方面,油泥模型无法有效反映评审意见。评委的观察视角、目光聚焦点,以及“尾部不好看”等抽象化描述很难在油泥模型上被具象化,因此评审工作必须实地开展,从而产生大量差旅和沟通成本。

以上这些挑战可归纳为设计周期长、建模成本高、迭代困难、无法有效交互、不够直观等问题,这些问题同样存在于汽车零部件设计、汽车改装等场景。对此,在汽车设计领域迫切希望:

  • • 降低成本:减少开模需求、降低返工成本。
  • • 提高质量:通过所见即所得的设计方法提高设计质量。
  • • 缩短周期:加强团队协作能力,支持远程虚拟团队协同工作能力,避免差旅成本。
  • • 增强交互性:支持追踪并记录评审者的目光和视角,提供自然交互体验。
  • • 提高可复用性:让设计模型复用于后续生产、培训、销售和市场宣传环节,以及维修、改装等更多业务场景。

拟介科技利用混合现实 HoloLens 为汽车设计带来真实洞见

拟介科技 PORUS®解决方案通过混合现实技术将数字内容、汽车设计、数据验证相融合,让汽车设计团队可以将软件生成的三维模型直接导入到 HoloLens,使用全息影像浏览和交互,实现“先看效果、再做决定”的工作模式。利用手势识别,设计人员可以对设计模型进行透视、旋转、分层、叠加,从外观设计轻松透视内部装饰和底盘细节,并支持不同场景下的融合体验。

汽车外观设计要求高精度还原和丰富的细节呈现,拟介科技利用自身多年沉淀的汽车设计数据,独立研发了实时场景辨识算法和建模算法,特别针对三维模型向全息影像转换进行了优化,支持将不同设计数据与三维模型无缝叠加,全面支持外饰、内饰和人机交互界面的设计,将以往平面的外观和电子模拟转换到实景 3D 模型中,精确捕捉用户所处的不同场景,同时可以随意切换、叠加不同模型数据,高保真地实现了虚拟与现实的结合。

拟介科技研发的三维空间注册技术,结合了图像识别算法、特征标定技术、以及基于 SLAM 的空间锚点技术,拟介 PORUS®能够精准的还原设计成果,并贴合于油泥模型之上,有效克服了环境噪点干扰、力臂效应等技术难点,将图层叠加的精度从 cm 级提升至 mm 级,将覆盖面积从几十平米提升至数千平米,满足工业级需求。在此基础上,拟介还构架了一套云加端的跨平台跨场景的远程服务,使得不同地域的人,可以虚拟映射至同一物理空间,进行无缝协作。拟介 PORUS®全方面提升工程效率,让整个产品生命周期内的所有协同工作深度接合,创造了前所未有的协同开发体验。

针对汽车设计评审遇到的种种问题与挑战,拟介 PORUS®为设计者提供了全方位的审查视角,突破角度、维度的限制。PORUS®还支持异地协作,让世界各处的设计师们看到同一辆汽车。过去,“尾灯从侧面看不犀利”这种抽象的语言可以被具象化,HoloLens 可以记住所有设计师在设计和评审时的视角和手势操作,甚至可以在模型上放置自定义标记,从而收集不同人的评选意见。利用 SIFT+SURF 特征匹配算法对需精准叠加的实物对象及环境进行标定,再通过标定序列对三维数字模型的空间姿态进行自动修正与调整,并将修正的位置信息以空间锚点阵列的方式进行记录保存。并在使用移动过程中,结合 IMU 惯导和特征匹配算法,对叠加模型进行实时追踪和加权干预,确保其叠加的精度和稳定性。通过全新的观察方式,在设想、验证、修正间建立高速稳定的可重复流程,让多方合作的汽车设计成本更低,减少差旅费、降低沟通成本,提高合作效率。

在人机界面 HMI 方面,现在也可以利用 HoloLens 轻松实现体验式评审。可以将模型按需放置在不同环境中,叠加公路、仪表板、HUD 指示灯等不同场景,以更加直观的方式模拟驾驶过程中的仪表板动态交互(例如,倒车提示等),用真实的人机对话体验彻底颠覆传统工作流程,完成在现实世界中难以进行的数据测试,取得更多洞察与灵感。未来的验证技术,就是让一切在眼前真实发生,拟介 PORUS®解决方案极大降低了后期迭代需求和设计周期,为汽车设计行业提供革命性的技术支持,让创意在瞬息万变的汽车行业中更快得到验证。

拟介混合现实解决方案不仅提供了便捷和高效设计及评审体验,还为企业带来巨大的后期收益。例如,设计阶段制作的 3D 全息影像模型还可以用于后续的汽车生产、销售、维修培训和交互式展览等环节,利用混合现实技术提供的自然交互能力,HoloLens 帮助增强销售人员的理解和认知,也开启了汽车零部件改装预览、远程维修技术指导等全新场景。

拟介科技利用微软混合现实 MR 技术将虚拟与现实结合,产生新的可视化设计环境,实现了虚拟与现实的实时互动。利用 HoloLens 独有的分层透视和场景叠加功能,汽车企业在设计阶段就可以获得逼真的立体和光影效果,相比传统汽车设计方法,该解决方案为充满开拓性的汽车设计工作者提供高效的视觉感知途径,提升工作效率,大幅缩短产品设计周期,降低设计成本,并通过模型复用实现额外收益:

设计周期更短,成本更低

混合现实 MR 技术让设计模型直接呈现,省去了打造模型的时间,大幅缩短汽车设计周期。利用拟介混合现实解决方案,设计人员可以达到突破性的设计方法。使用 HoloLens 全息影像,汽车设计可以从数据直接转换为真实洞见,让设计过程更加容易。奇点汽车是该解决方案的典型用户,在使用拟介解决方案后,奇点汽车的设计师能够轻松开发出无比震撼的用户设计,并且实时体验。由于交互上的门槛没了,设计师可以直接跟数字世界进行互动,设计能力得到极大增强,基于 HoloLens 的解决方案方案帮助奇点汽车节省了至少半年的设计时间。

油泥模型不仅成本高昂,而且只能验证一两套设计数据,混合现实技术使虚拟模型真实可见,以更低的成本实现无限量的模型验证能力。“现在使用拟介的 MR 技术,避免了过去倚赖油泥模型的制作,极大节省了成本,具体而言,这种成本节省是非常可观的,减少 3-4 百万油泥模型费用和数十万零部件模型费用”,奇点汽车设计团队这样说。

远程设计与评审

以往,在设计评审阶段,设计师必须与车厂在同一地点,而通过混合现实 MR 技术,设计师即使在异地也可以实时参与整个评审过程。“HoloLens 的实时通信能力让我们可以远程参与设计评审,不仅节约了时间,也降低了差旅支出”,奇点汽车这样评价道,“以往我们要在屏幕上选出设计稿,制作模型,然后亲自去现场,而现在的这种方式是过去无法想象的,HoloLens 强大的表现力对设计数据进行了高精度还原,很好地满足了我们设计和评审的要求”。

真实的设计表现力

与油泥模型相比,混合现实 MR 技术呈现的三位模型更加精确、效果更加逼真,同时支持与不同使用场景叠加。HoloLens 可以展现的数据的物理性,结合可交互式 3D 场景叠加和透视功能,可以提供远超虚拟现实 VR 和增强现实 AR 的表现力。拟介科技从实际应用角度出发,结合大量模型数据,让设计人员可以将汽车模型放入不同城市、道路环境中进行模拟驾驶体验,从而获得前所未有的表现能力。

奇点汽车体验厅

拟介科技实现了前所未有的产业链整合,利用 HoloLens 可以将同设计模型复用在更多场景,例如,使用HoloLens的透视功能对生产和维修人员进行培训,在博览会上提供模拟驾驶,在 4S 店提供汽车外观和内饰预览等。

汽车设计数据不仅数据量大、运算量大,同时在远程评审时需要强大的网络和处理平台进行支撑,该方案支持与微软云计算平台 Azure 相结合,利用 Azure 云端高性能计算服务满足客户复杂的计算和渲染需求的同时,还能够使用 Azure 虚拟网络搭建远程协同平台,并利用 Azure 海量数据存储和智能分析服务对设计和交互数据进行多维度挖掘,从而进一步服务于后续培训、销售等环节。目前,该方案已成为一个通用化、模块化的工具,支持 Azure 私有云部署,在确保客户绝密数据的安全的情况下,以一站式解决方案的形式为汽车企业专门定制和服务,从而形成 PORUS®汽车内饰设计、PORUS®汽车外饰设计、PORUS®汽车零部件设计、PORUS®概念车设计和 PORUS®改装车设计的解决方案集合。

车灯模拟(视频) PORUS®汽车零部件设计实录

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