光学 | 仿真推动以人类视觉感知为本的汽车显示设计

本文原刊登于Ansys Blog：《Centering Human Vision in Vehicle Display Design》

作者：Gwenael Moysan | Ansys 应用工程经理

编辑整理：孙鸿烨 | Ansys Speos 高级应用工程师

如果产品设计无法使终端用户产生共鸣，就不会存在卓越的工程设计。您可以设计一种结构坚固的方向盘，但如果它被放在错误的位置，就无法实现其用于转向的主要目的。

同样，在围绕人类视觉进行设计时，显示器其实无需具备尽可能高的亮度或能量输出。光学工程师可能会追求上述特性，但是这种期望往往会让设计的目的被忽略掉。优化车辆显示以终端用户为中心，因此应该重点关注他们感知周围世界的方式。

谈到功能，在很多设计方面都存在改进的空间：

• 字体大小：显示器设计可以减小像素大小适应低分辨率，最终以精细的图像显示在屏幕上。

• 对比度：可读性会被文本和背景之间的感知对比影响。在低对比度条件下，文字更难以看清，尤其是在驾驶员应该把注意力放在道路上的导航场景中时。

• 材质：当显示器被灰尘或油性指纹覆盖时，在极端情况的日照位置下更难读取信息（图1）。摄像头上的灰尘或挡风玻璃上的雨滴也会产生类似的问题。

• 人机交互：显示器的物理位置和方向会影响驾驶员和乘员对屏幕的感知。优化设计能提高人机交互的总体质量。

• 视野：与抬头显示器（HUD）更紧密相关的是，工程师们正在开发支持更广阔视野的光学技术，并在真实世界条件的基础上叠加投影信息。这些技术预计将适用于小空间，以避免破坏仪表板的美感或占用仪表板下的宝贵空间。

在早期，工程师们通过测试光如何与LED晶体或OLED层等不同几何结构的相互作用来设计纳米级的显示器。随着设计从光子组件模型扩展到光学组件模型，设计的焦点也转移到了偏振层和表面涂层等元素。由于大多数汽车制造商都依赖外部供应商的显示技术，因此设计的最后阶段的重点，是将显示器集成到车辆中。

日照研究确定了极端情况的日照位置，并分析了来自其它光源的反射。在某些情况下，后处理算法允许用户看到比如眩光投射在屏幕上的效果。Ansys算法考虑了人眼生物学特性，可模拟出适应时间甚至是色盲的情况。比如，当驾驶员置身于黑暗环境中5分钟后，他们的眼睛突然看向显示器时，其感受与在处于明亮光线环境下5分钟后的感觉截然不同。眼睛可以不断适应光线的调整，而合适的仿真工具要能够渲染出真实的各种光环境类型。

图1：在极端情况的日照位置，人类对带有指纹的显示器与干净显示器的感知情况

在使用基于物理的渲染来仿真人类视觉时，预测未来产品的质量和性能比创建现有原型的逼真渲染更有价值。基于物理的渲染的关键要求之一是中央处理器（CPU）或图形处理器（GPU）上的高性能计算（HPC）。Ansys正在快速增加对GPU的支持，因为其运算可以更接近实时。这些结果可以在Ansys Human Vision Lab中，利用上述人眼参数进行分析和体验。

归根结底，虽然规范很重要，但有时它们来自未知来源，或者纯粹只是比实际应用所需更严格。借助仿真软件可以很快获得结果，但是对于最终产品体验，还是有必要考虑更全面。因为，当驾驶员进入车内时，他们不会测量显示屏发出多少光，但却会考虑车辆给他们的感觉。由此可见，预测这些感觉和感知能力，以及在不过度设计的情况下做出设计决策的能力，便是虚拟原型开发工具的价值所在。

不只着眼于数字，而是体验结果。

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