“零代码开发 所见即所得” 虚幻引擎释放HMI新动能

游戏引擎在汽车软件领域能走多远?零代码开发、打通设计端与开发端的断层,是不是伪命题?

Epic Games China开发者关系软件工程师兼Evangelist马骥结合虚幻引擎同主机厂、软件公司合作案例,深入阐述了基于虚幻引擎(Unreal Engine,下文简称UE)开发HMI项目的六个环节。

马骥强调,UE可以提供“所见即所得”的设计开发体验,充分利用蓝图(BLUEPRINTS)、UMG等部件,可以极大优化开发环境,帮助设计师将灵感化为现实。

图片来源:Epic Games 官网

Epic Games打造虚幻引擎多重定位

技术与产品并行,是Epic Games打造商业生态的基本战略。以虚幻引擎(UE)为核心技术,一方面开发出以《堡垒之夜》、《糖豆人》为代表的全球爆款,打造用户数量突破两亿,全球第二大的游戏商店;另一方面以游戏收入“输血”技术研发,将UE推广至游戏以外的不同行业。

马骥介绍,游戏之外,UE还被广泛应用不同领域,涉及建筑、电影、汽车行业的设计、仿真、制造、广告等多个环节。以HMI(人机交互界面开发)为例,跑通了Linux、QNX、安卓等操作系统后,UE已经从测试车型过渡到了量产车型上。

通用的悍马(Hammer)是搭载UE进行HMI设计的第一款量产车型,随后,凯迪拉克、Rivian、沃尔沃、高合汽车也开始了和Epic Games在HMI项目上的合作。

图片来源:Epic Games 官网

Rivian用户体验部门副总裁Eric Wood评价道:“无论仪表盘还是中央显示器,我们希望用汽车行业内前所未有的方式去渲染它们。”Eric Wood提到,使用UE有助于增强车内视野中模拟环境的可信度,从而使传达给用户更直观、更强力的安全指令。

伴随自动驾驶向高阶演进,马骥认为,相较于传统的2D显示,将3D技术引入感知方案,更有利于驾驶员及时感知到整车状态、四周路况、突发事件,快速反应并参与干涉。

此外,UE的兼容性也极为强大,马骥表示,UE可以在高通8195、8155、以及算力低于8155的芯片上运行。 Rivian车内体验高级软件工程师Eddy Reyes表示,“虚幻引擎能够在我们的硬件(高通8155)上运行,并且表现出色。”

零代码开发 所见即所得

简要浏览UE的工作界面,左上方是基本功能的模块整合、蓝图可视化脚本。右上方是面向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、后期阶段迅速定位问题所在。

图片来源:Epic Games

在Epic Games与Siili Auto的合作项目中,通过协同使用“蓝图”,UMG等部件,UE的全部潜力被充分释放,实现了“无工程师介入,设计师全权完成的零代码HMI解决方案”,马骥表示:“所有东西都是所见即所得,UE后台在进行逻辑调整,前端就有视觉上的反馈。”

行业而言,汽车HMI设计流程存在一大痛点:设计、开发以及最终上车这些环节之间存在断层。马骥强调,这正是UE的竞争点所在,使用UE进行HMI开发可以打通整个工作流,设计师在前期就可以对整车接收信号进行模拟,在模拟界面验证汽车的视觉表现和交互效果。

图片来源:Epic Games

要知道UE如何打通了设计端和开发端,需要先对HMI的开发流程有所了解。

具体来看,使用UE开发HMI具体可以分为六个部分:概念设计(Concept Design);原型快速迭代(Prototype Iteration);3D部件开发;2D UI开发;交互逻辑设计(Handle Logic);最后进入部署和测试环节(Deployment & Test)。

在概念设计环节,Epic Games充分考虑到了艺术参考对设计师的必要性,基于其在游戏领域的多年积累,UE的用户可直接使用Sketchfab等内容社区中的HUD素材,或是进入Epic Games旗下全球最大的数字艺术家社群中心ArtStation寻找灵感。

在原型快速迭代阶段,马骥着重介绍了UE提供的Block out tools。通过这一工具包,开发者可以从资产库Market Place中取材,搭建场景原型并进行迭代。Market Place包含Epic Games合作伙伴提供的各种HMI范例工程:上至HMI完整解决方案,下至视觉还原所需素材(如汽车材质库),开发者都可以直接下载并使用。

图片来源:Epic Games

在交互逻辑设计阶段,“蓝图”会起到促成技术人员和设计人员沟通的桥梁作用。“蓝图”全名为蓝图可视化脚本系统,此系统的基础概念是使用基于节点的界面在虚幻编辑器(Unreal Editor,以下简称UE 编辑器)中创建互动性元素。正如下图所示,“蓝图”采用连线图的方式,直观地将基本的交互操作节点串联为完整的逻辑工作流。

逻辑流 图片来源:Epic Games

马骥介绍,交互节点的预览、调试都可以在“蓝图”的编辑界面里进行,不同于出了一点错就报错崩盘(Crash)的代码,“蓝图”会提前报出异常,降低调试过程的复杂度。

在部署和测试阶段,UE可以帮助用户实现从模拟演示到性能分析的五种功能。首先,通过PIE(Play In Edit)将所有视觉效果和交互节点在UE编辑器中进行演示和验证;使用移动预览器(Mobile Previewer)在UE编辑器中提前显示HMI设计的上车效果。

PIE 图片来源:Epic Games

接着,用户可以通过UE将构建版本部署至目标项目(Deploy to target);通过专门针对显示数据统计的控制台命令(Stat Commands)对项目进行分析,实时监控引擎自带设备中程序的消耗;最后,通过Unreal Insights分析应用性能,帮助开发者更直观地确认瓶颈,优化应用并获得更好的性能。

Unreal Insights 图片来源:Epic Games

通过完整覆盖概念设计、原型迭代、逻辑开发与3D/2D组件开发、调试与测试几大环节,UE作为桥梁消解了设计人员与工程人员之间的信息鸿沟,将设计与验证的大部分问题放在同一平台上进行解决。

为了推动基于UE开发的HMI项目量产落地,Epic Games还进行了一系列优化实践探索。

基于UE开发的HMI项目如何量产落地

首先是软件接口快速整合(API Gear)方案。马骥表示,HMI设计开发的过程中仍然存在难点:”虽说设计师和HMI工作人员已经能够流畅地使用UE开发HMI项目,但当项目需要接入到具体芯片架构、域控制器上时就会遇到很大的困难。“

也就是说,面向软件层的工程师,同面向底层硬件的工程师之间仍然存在信息鸿沟,如何将车机信号传递至软件层工程师眼中,将车机信号传递至HMI中做可视化,是HMI项目顺利上车的关键。要解决这一问题,灵活多样的API 接口不可或缺。

API Gear应运而生,根据软件的协议可以自动生成两端接口,将工程师从接口开发的繁琐工作中解放出来,将精力集中在同算法相关的关键问题上。不仅如此,所有代码接口的参数规范标准化,可以统一调用与进行单元测试。马骥补充,如果客户需要适配不同车机芯片的传入参数和接口定义参数,API Gear也可以满足这种需求。

图片来源:Epic Games

此外,HMI项目上车之后,工程师往往需要对故障进行精准定位:“当(项目)跑起来的时候,我想知道到底HMI收到了哪些信号,为什么有时候会门打开就关不上了。”这需要对所有进入HMI的信号的全生命流程进行监控,而API Gear studio可以做到这一点。

随着软件定义汽车的发展,软件开发、测试环境虚拟化的热度渐长。如何在硬件架构尚未部署完成、各种协议还未敲定时,就开始进行软件设计和开发,从而缩短项目迭代周期?是汽车行业的上下游各企业致力于解决的问题。

马骥提到,将整车芯片收集到的信号在UE中进行模拟,可以通过Api Simulation Scenario来模拟最终量产车信号的流转过程,并基于这一过程提前进行HMI项目的前期设计,软硬件并行提高工作效率。

图片来源:Epic Games

虚幻引擎上车,只是Epic Games的第一步,将游戏虚拟的社交平台落实到实体相关的数字孪生体验中,为新概念的落地提供基建的服务;以技术为核心向其他行业扩散,以虚幻引擎作为各种未来项目落地的基石,更是Epic Games未来的愿景所在。

(以上内容根据Epic Games China开发者关系软件工程师兼Evangelist马骥于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《虚幻引擎进行HMI开发最佳实践》主题演讲进行理解和整理。)

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