張 享，鄭道松，付文剛，孟 銳

（奇瑞汽車股份有限公司，上海 200000）

1 前言

汽車按鍵、屏幕等人機交互設備的背光與指示燈，通常用于夜間的可視性操作和反饋性操作。一般基于傳統(tǒng)經(jīng)驗實踐進行定義，設置硬旋鈕或軟開關進行可調(diào)整操作，指示燈多由紅、綠、黃、藍等色彩組成［1］。以上定義被釋放至零部件開發(fā)規(guī)范，經(jīng)過數(shù)月開發(fā)周期，零件級首模件被安裝到車上，再進行整車背光評審，篩查統(tǒng)一性，通常會出現(xiàn)背光不統(tǒng)一、系統(tǒng)邏輯不合理、色彩不一致等相關問題，反復幾次評審，并進行定義微調(diào)，達到理想目標，完成V型開發(fā)［2］。

然而，隨著汽車內(nèi)飾材料種類、自帶LED燈光的零部件的增多，同時，這些零部件過去多由車身控制器BCM硬線驅(qū)動，變?yōu)槎鄠€自帶芯片零件自驅(qū)動和硬線驅(qū)動共存，且智能座艙、智能氛圍環(huán)境燈和主動安全技術逐漸成熟，乘客對車內(nèi)視覺環(huán)境的要求也隨之提高。傳統(tǒng)背光定義、測試、評審流程中高頻率發(fā)生的各類問題高度放大，自帶芯片驅(qū)動燈光的按鍵與色彩種類更復雜的屏幕在駕駛員同一視野中，統(tǒng)一性較難保證。

虛幻4引擎為代表的實時圖像軟件已在汽車內(nèi)外飾、建筑展示上獲得很多實踐性經(jīng)驗，在該平臺上進行演算的無人駕駛動態(tài)仿真項目也已初見成效［3］。早期造型軟件已經(jīng)可以做到靜態(tài)仿真渲染，汽車、飛行器等行業(yè)的工程級計算機輔助設計仿真早已成熟［4］。結合上述三者的實時動態(tài)仿真、工程模擬、靜態(tài)渲染，以及專業(yè)的物理引擎，在相較以往更短的時間內(nèi)完成動態(tài)實時的仿真模型，減少大量重復工作，增強初始設計與交付結果的一致性。

整車背光可以利用上述搭建的基于實時圖像軟件的動態(tài)仿真平臺進行先期定義，并進行即時調(diào)整。最大程度提高最終用戶在車內(nèi)環(huán)境中人機交互的舒適性、準確性。

2 動態(tài)仿真平臺搭建

2.1 項目建立

在虛幻4引擎中建立高級車輛模板項目，或直接采用公司內(nèi)外部的現(xiàn)有項目資源。該項目中存在已有的藍圖類靜態(tài)網(wǎng)格體和較多的場景資源，包含運動的汽車模型、運動框架、帶有邊界的跑道、可視的路標與交通指示線等，本文并不過多討論輔助駕駛對應的復雜路況，而關注與場景邏輯與光線對人的影響；在該項目中可選擇無需編程的藍圖或C++編程環(huán)境，鑒于背光邏輯并非十分復雜，本文采用藍圖定義邏輯。由于本文主要探討關于背光的定義的方法，且受制于計算工作站性能，所以選擇不帶光線追蹤類型。

2.2 汽車靜態(tài)網(wǎng)格體與骨骼網(wǎng)格體模型建立

在24月整車交付流程中，P3節(jié)點的交付物之一的CAD M2數(shù)據(jù)作為較為成熟的開模數(shù)據(jù)，采用M2前的基線數(shù)據(jù)作為汽車零部件的數(shù)據(jù)模型，已經(jīng)可以較為真實地反映整車結構與空間環(huán)境特征。因此，將整車CATIA數(shù)據(jù)通過虛幻4引擎自帶的Datasmith導入器導入到建立的框架項目中，自動生成靜態(tài)網(wǎng)格體。該步驟搭建起基本的汽車空間模型。導入結果如圖1所示。

導入的汽車靜態(tài)網(wǎng)格體模型，渲染屬性較弱，需要對可能影響背光定義的數(shù)據(jù)進行逐個或批量調(diào)整。前擋風玻璃，對汽車內(nèi)部光線有較大影響，所以要較為細致地調(diào)節(jié)透明度、反射角等屬性還原玻璃特性；儀表板、副儀表臺表面工藝處理直接影響光線色彩亮度與對比，因此在材質(zhì)屬性中選擇投射光線追蹤陰影。由于默認材質(zhì)種類較少，如果選用較高級材質(zhì)，可以更加趨近于真實材料反射，本文選用免費高級汽車材質(zhì)。

如果想把汽車作為行動主體，那么需要把數(shù)模從CATIA轉(zhuǎn)為igs，在動畫類軟件中進行編輯處理后，導出為fbx文件，再導入到虛幻4項目中作為骨骼網(wǎng)格體，并進行細化。

圖1 整車框架靜態(tài)網(wǎng)格體

2.3 外部環(huán)境模型建立

外部環(huán)境較車輛內(nèi)部環(huán)境更為復雜，涉及到氣流、雨雪、雷電、溫度等物理環(huán)境。采用公司自研天氣地形模型，或采用其他來源的Airsim、Carsim等成熟仿真平臺進行聯(lián)合模擬仿真。本文采用部門級的外部運動模型設定。

3 環(huán)境光源設定

3.1 車內(nèi)背光假想定義

白色背光：將點光源放至面板、按鍵等單一字符發(fā)光體，將矩形光源放至儀表屏、中控屏、頂燈等有寬高類發(fā)光體。具體假設定義見表1。

表1 車內(nèi)背光假想定義

工作指示燈：多由紅、綠、黃、藍等色彩用作指示窗口設定，具體軟件內(nèi)指示燈假想定義見表2。實際在軟件中需轉(zhuǎn)化為RGB值進行設置。

表2 車內(nèi)指示燈假想定義

3.2 外部環(huán)境光設定

自身車前照燈：15000cd；對面來車前照燈：15000cd；黑夜：0.001～0.02lux；月夜：0.02～0.3lux；陰天室內(nèi)：5～50lux；陰天室外：50～500lux；太陽光下采用UE4自帶的天光。實際在設定中可根據(jù)光源的特點，使用點光源、直射光、矩形光等不同類型光源。

內(nèi)外部燈光模擬設定如圖2所示。

3.3 藍圖定義

圖2 內(nèi)外部燈光模擬設定

全局藍圖：非車場景、通用類網(wǎng)格體。光線隨時間變化。

藍圖類：交互類零部件、車內(nèi)外燈光，藍圖函數(shù)根據(jù)系統(tǒng)定義進行設定。背光邏輯見表3。指示燈邏輯見表4。

白色背光亮度調(diào)節(jié)擋位亮度設為10擋，具體比例的高亮度與低亮度見表5。

表3 背光邏輯表

表4 指示燈邏輯

表5 10擋具體比例的高亮度與低亮度

3.4 攝像機視角設定

通常設置多個視角的攝像機，包括但不限于：駕駛員視角、其他各個乘客視角、車輛上方視角、行人視角。以方便直觀獲取車內(nèi)燈光對車內(nèi)外不同觀察者的反饋效果。

4 背光主觀驗證

4.1 靜態(tài)仿真驗證

夜晚模式：背光整體較協(xié)調(diào)，與預定義一致。

白天模式：中控臺區(qū)域較亮。

4.2 動態(tài)仿真驗證

夜晚模式：背光整體較協(xié)調(diào)，與預定義一致。當對面有預設車燈時，整體環(huán)境較亮。

白天模式：背光整體較協(xié)調(diào)，與預定義一致。

4.3 場景邏輯驗證

小燈模式：變?yōu)橐雇砟Ｊ?，且整體亮度符合預期。

前照燈模式：變?yōu)橐雇砟Ｊ?，且整體亮度符合預期。

Auto模式：白天進入隧道類場景，變?yōu)橐雇砟Ｊ?，且整體亮度符合預期。

4.4 實車背光主觀驗證

夜晚模式：背光整體較協(xié)調(diào)，與預定義一致，但中部IML工藝位置與啞光電鍍鐳雕字符有一定亮度差。

白天模式：太陽直射在中控位置，中部位置較亮，啞光電鍍鐳雕白天看不清字符，太陽直射在白色IML字符位置，看不清指示燈。

4.5 評審總結

實時圖像軟件的動態(tài)仿真平臺模擬所得結果，基本可以仿真實際燈光效果，且實際效果與最終實車結果一致。由于各國法規(guī)存在差異，軟件中可以迅速調(diào)整邏輯，即時可見最終場景效果。每增加一個發(fā)光設備，即可以直接加入軟件的模擬環(huán)境，不必過多重復評審。

然而，材料透光部分較難模擬。IML工藝字符需要采用透明材質(zhì)，且白天常亮，才可以保證白天與夜晚都可以保證駕駛者觀測舒適。同時，一個區(qū)域盡量保持字符與背景基材一致，背光邏輯與功能應用場景保持一致。

5 結束語

針對主機廠現(xiàn)有的車內(nèi)環(huán)境光難以提前準確定義的現(xiàn)狀，本文對各類工況、外部環(huán)境下的車內(nèi)環(huán)境光的亮度定義、邏輯規(guī)范開展研究，設計了一套實時渲染的模擬仿真方法流程。該方法流程利用基于實時圖像軟件的動態(tài)仿真平臺對默認背光亮度定義、指示燈顏色定義、亮度調(diào)節(jié)方法、白天夜晚模式切換方法進行了方法論的梳理。驗證結果表明，零部件數(shù)據(jù)凍結前，提前對車輛內(nèi)部環(huán)境光進行模擬仿真校核，有助于最終結果與初始預期定義的一致性。

但是仍存在模擬環(huán)境與實際環(huán)境不完全相符，基線源數(shù)模數(shù)據(jù)不夠準確，多種色彩定義下驗證較慢，零件本身的透光漏光較難在虛擬環(huán)境中呈現(xiàn)等問題。

然而，瑕不掩瑜，在軟件定義汽車的趨勢下，全方位的模擬仿真在汽車各個領域的應用與探索應當繼續(xù)下去。