项目案例｜高德地图车道级导航设计探索
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2021-06-01 21:30
01 背景
相信很多人在开车时都用过手机或车机上的地图导航，而今天 Alibaba Design 想和大家分享的就是大家常用的地图导航的换代升级版 —— 车道级导航。
先来说说车道级导航有哪些不一样。相比于传统地图，车道级地图导航在信息精细度、定位准确性、动态信息丰富度上有大幅提升。比如，车道级导航能清晰显示道路上的虚实标线、自己的车行驶在哪条车道上，还能在地图上看到车身摄像头和雷达检测到的周围车辆、锥桶、防撞桶等。
车道级导航在智能汽车的驾驶场景中，有两方面的用户价值：
车辆自动驾驶时，提供驾驶环境实时模拟的视觉可视化界面，建立人对系统的认知和信任；
在人开车时，提供贴合现实的路口形状、直观的并线引导，降低驾驶者对导航信息的认知成本。
目前，高德已经发布搭载了车道级导航能力的量产产品 —— 高德第三代车载导航，已在小鹏 P7 车型的 NGP* 自动导航辅助驾驶系统中落地。
*NGP 是高级智能辅助驾驶系统，可以在全中国大部分高快速道路上进行自主并线、超车、驶入匝道等。
车道级地图导航承载的信息与传统地图有明显差异，如何将这些信息加工转化为愉悦的驾驶体验，就是设计师要解决的问题了。下面分享一些我们在车道级导航设计中的思考。
02 车道级地图导航的体验设计框架
车道级导航应用于智能汽车的人车共驾场景，需要同时考虑用户的驾乘体验和车企客户的设计定制诉求。包含三部分内容：
三维世界构建
空间视角展示
全局样式定制
■ 三维世界构建
车道级地图中所呈现的数据元素对比普通地图更多更复杂，而且在不断采集更新中，但大致能划分为三类：动态识别元素、高精道路元素以及场景氛围元素，如下图所示。
我们要做的设计，就是将以上这些数据元素以三维视觉化的方式进行呈现，最终服务于驾驶场景中的驾驶者。我们总结了几个重要的构建原则：
「 清晰的空间关系展示 」
数字地图的优势在于能清晰展示复杂世界的空间结构、空间关系。空间关系的清晰表达能让驾驶者更了解当前所处道路环境，心里更有底，这对于开启自动驾驶的车辆尤为重要。
空间关系表达的关键在于表现道路的上下层级和联通关系、坡度变化，加上仿真的车辆及视角变化，实现高架穿桥而过、相机视角由远及近的场景展示。
空间关系表达的另一重点在于道路与周围环境的关系，比如道路与山脉，通过高精地图可以看到远方道路的弯曲路形，提前减速，提升山路驾驶安全性。
「 简约元素风格提炼 」
地图设计时整体风格选择需要克制，既要保证地图中各元素之间的区隔度，又要保证地图整体与上层业务组件拉开视觉层级。这样才能更好的突出当前需要驾驶者注意的重点元素，提升整体的信息传达效率和体验。
既要让驾驶者能快速识别地图中的元素是什么，又需要让画面整体有序，主次明确。所以我们使用介于写实与抽象风格之间的简约风格，既能写实展示元素的关键特征，整体又不复杂。
对于单个元素的设计上，主要是通过元素现实中的关键特征提取，去掉一些不影响认知的细节，让驾驶者一眼就能明确这个元素是什么。
「 动静风格统一 」
静态元素是由高精地图生成，而运动元素则是车辆传感器识别的车辆、交通设施等。地图上的这些元素的仿真表达，能够反应自车周围的实时动态环境信息，增强驾驶者对车辆感知能力的信任。
对于这些动态识别元素，我们推荐客户在设计风格上与地图相呼应，在保证识别性的前提下，两者风格尽量统一，形成整体感。
下面是客户设计团队制作的动态元素模型：
对于行人、自行车等出现人体的元素，我们通过循环的骨骼动画原地播放，以及传感器确定的运动轨迹，来模拟对应的人体运动。
■ 空间视角展示
地图画面是由渲染引擎程序的摄像机拍摄出来的。摄像机的位置、俯仰角、投影中心、裁剪区域等都会影响用户看到的画面内容。
「 远近兼顾的视野 」
为了让驾驶者有全局的掌控感，车道级地图的摄像机视野需要兼顾眼前和远方的信息呈现。在地图上既可以看清眼前的车道标线、周围的车辆，又可以看到 500 米甚至一公里后的路形变化、高速出口等。
「 自动驾驶动态视角 」
我们与客户设计团队一起，对自动驾驶场景拆分做了多次讨论，最后决定对车速和并线这两个变量设计动态视角。
在自动驾驶场景中，摄影机与自车的距离会随着车速大小在一定范围内变化。当车速较慢时，拉近摄影机与自车的距离，以强化显示自车周围的动态信息。当车速较快时，拉远摄影机与自车的距离，获得更远的视野和足够的预判时间。
自动驾驶的关键场景是车辆自动并线。为了强化驾驶者对车辆并线决策的感知，在汽车进入并线等待状态时，相机的投射中心会移动到目标车位。
「 车道级导航动态视角 」
与自动驾驶相对的是人驾驶的场景。按与下一个转向路口的距离远近，人在驾车导航时可抽象为 4 个阶段： 顺行、预判、确定、动作。
不同的驾驶阶段需要不同的摄像机视角，来强调最相关的信息。例如：当下一个转弯路口在几公里以后时，驾驶员对几公里范围内路况的需求要强于对前方路口位置的需求；当临近路口时，驾驶员对前方从哪里转弯、走哪条车道的需求又会强于对几公里后路况的需求。
下面详细介绍一下临近路口时，摄像机视角的动态过渡策略：
过程 1 ：根据用户位置和交通情况，提示用户并线，此时将摄像机拉近，画面从 2D 地图视野平滑放大到车道级地图视野，突出并线引导和目标车道；
过程 2 ：保持摄像机与自车距离不变，仰角随着自车与路口的距离逐渐减小 （即锁定路口在屏幕上的位置） 。这样既能有清晰的路口距离感知，又能让路口形状逐渐清楚，规避了大仰角导致的离路口越近，路口形状越扁平的问题。
不同的路口形状适合不同的仰角参数。例如分叉路口用 “大仰角” 就能既看清路口形状，十字路口则需要偏鸟瞰的 “小仰角” 才能看清路口形状。另外，当转弯路口之前很近的位置还有一个路口时，还需要调整相机的旋转角度，来清晰传达两个路口的位置和形状，防止驾驶员走错。
■ 全局样式定制
车道级地图与自动驾驶关联紧急，且依赖于车辆的精准定位能力，是车辆智能化的核心功能展示，对于设计上每个车企都会考虑进行深度定制，与自身 HMI 风格统一，且功能上有与其他车企的差异化与卖点，这就需要我们考虑规模化设计中的效率问题。
规模化难点在于，与客户产研设团队的合作链路摸索和优化；车道级元素种类多、状态多，设计产出的落地文件生成方式也不同；预览验证困难，导致新接触的客户设计师理解门槛高，缺乏对应的工具集。
「 低成本风格定制 」
第一阶段，我们为客户提供了各个设计阶段需要的设计规范、源文件、教程。第二阶段，客户可以使用高德设计团队打造的 D - Map 平台，通过所见即所得的方式进行设计方案配置，并且能快速预览设计效果。
「 低成本增减元素 」
对于车道级地图中新增三维元素，梳理了对应的元素新增流程，规范前期建模中的模型面数、坐标、法线等，减少返工调整。
03 总结
传统导航地图的使用对象只是人，而车道级导航地图是人车共用的。在自动驾驶时，车道级导航地图不仅为自主驾驶系统提供地图和导航路径，驾驶者与乘客也可以通过地图更清楚地了解车辆做决策的依据，增强对于车辆的信任感；而在人驾驶时，通过车道级的精细引导，可为驾驶员带来更舒适、更安全的导航体验。
地图是人类文明的坐标，随着科技进步，地图不断被赋予新的内涵。对于车道级导航的设计探索才刚开始，未来，我们也会尝试利用不断增强的车载硬件算力，与车企一起创造次世代的车载导航体验，为用户提供更准确好用的高德地图。
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