手势识别：车内交互方式的新宠？
从汽车被发明以来，人车交互的方式在不断变化。而在最近几年，这种趋势开始变得越来越明显。仅仅在车载信息娱乐系统中，交互方式也开始从最早的实体按键，转向包含按键、触屏以及语音等等方式在内的多维交互方式。 虽然交互方式在变，但遵从的逻辑从来都没变：方便与安全。比如扩大了手触面积的卡片式 UI、智能后视镜、抬头显示、智能 AI 语音、AR 导航等等，都是为了让驾驶员在开车的时候尽可能方便地传递指令，减少注意力的分散，保证安全。 目前来看，车载语音交互已经比较普及，很多新车型上都有搭载。但它还是有自己的局限性，比如识别率、识别速度、对自然话术的支持等等都还不完善。这样一来，有时候反而会给驾驶造成额外的负担。 这时如果能像科幻片里那样，动动手指就能下达某些指令，可能会是一种更好的解决方案。 事实上，主机厂们也确实再往这个方向发展。2015 年，宝马率先发布了搭载手势识别的 7 系，而且前前后后也不断有 OEM 在尝试推出搭载这项功能的量产车（比如奔驰、拜腾、君马）和 demo（奥迪、福特、大众等），所以这更加深了我们对手势识别的好奇心。 手势控制正在成为一种更值得期待的车内交互方式。 手势识别在车内都能做什么？ 通过不同的手势，手势交互可以实现接挂电话、调节音量、选择歌曲、控制导航、控制车辆（空调、座椅、窗户等）等功能，还包括主驾和副驾、后排乘客交互的多种场景。 虽然手势控制能实现的功能不少，甚至和语音交互的功能还有一定重复。但是在我看来，手势和语音的关系绝不是非此即彼，一定是互相成就。想象一下，当你目视前方，用手指着天窗说打开，然后天窗就打开了，是不是还挺有意思的？ 未来人机交互一定是多维度的。例如宝马全新 5 系就配备了「五维人机交互界面」，其中包括自然语音识别、手势控制、触控屏幕、iDrive 系统和热敏按键。 这种多模态交互才是未来。 另外，如果我们把视线从驾驶员的手势扩散开来，类似的技术在驾驶场景还能实现更多功能。 除了驾驶员的手势之外，手势识别的技术还能识别车外人员的动作。以后，这个功能也许还能识别交警指挥车辆的动作，或者周围骑自行车的人做出的手势。这样既能增加驾驶的安全性，又能促进自动驾驶的发展。 这些技术还可以实现驾驶员监测，是和目前手机的面部识别解锁类似的技术原理。从全球来说，法律规定在 L2 向 L3 级别的自动驾驶方案过渡时，驾驶员必须时刻监控车辆驾驶，所以随时监控驾驶员的状态在未来一定是必需的部件，而且这个未来很快就要到了。 既然手势交互和背后的技术对于驾驶有这么多帮助，所以我们有必要了解一下背后的原理。 实现手势识别的 3 种方案 前方高能，所以请准备好开始烧脑。 根据硬件实现方式的不同，目前行业内所采用的手势识别大致有三种：光飞时间（Time of Flight）、结构光（Structure Light）以及双目立体成像（Multi-camera）。 光飞时间（Time of Flight）：通过光的飞行时间来计算距离。 光飞时间的原理很简单，先用红外发射器发射调制过的光脉冲，再用接收器采集反射回来的光脉冲，最后根据往返时间计算物体间的距离，从而判断手势。 其实主要就是依据距离=光速*时间。光速是一定的，就可以通过时间差推算距离差。 结构光（Structure Light）：主动投射已知编码图案，再计算物体位置。 结构光要先通过红外激光器，将具有一定结构特征的光点投射到目标物体上，再由红外摄像头收集反射的结构光图案。 因为这些光斑投影在被观察物体上的大小和形状根据物体和相机的距离和方向而不同，所以根据三角测量原理可以计算出物体各个点的具体位置，根据前后位置差异从而能够判断手势。 双目立体成像（Multi-camera）：两个摄像头采集位置信息，再将畸变数据计算成可用数据。 双目立体成像非常依赖算法，而且算法的难度和分辨率和检测精度挂钩。分辨率和检测精度越高，计算就越复杂，还会导致实时性较差。它主要分两个步骤：1. 采集信息。2. 计算畸变数据。 1. 采集图像信息。通过两个摄像机提取出三维位置信息，并进行内外部参数的匹配。（摄像机本身存在畸变，如果不经过标定，原本的矩形会显示成不规则的圆角四边形）2. 计算畸变数据。通过对比经过校准的立体图像，获得视差图像，再利用摄像机的内外参数进行三角计算获取深度图像，根据前后位置的区别进行手势识别。 像分辨率、成本、测量精度这种问题，三种方案虽然有高有低，但基本都还说得过去，功耗在车内也不是大问题。 要判断哪种方案合适，要从以下几点着手：1. 是否能适应各种环境？2. 是否具有优异的实时性？3. 在样本范围内，数据误差是否可控？4. 成本是否可控？5. 体积是否可控？6. 硬件插件是否成熟？ 前三点是非常重要的，因为汽车会处在各种环境内，所以抗干扰性、数据实时性、数据准确性非常重要。 结构光的分辨率高，计算量少，功耗也比较低，此前有很多成型的解决方案，还有 Inter 支持的 RealSense SDK，开发周期较短。但是它受限于主动投射的原理，非常容易受到强光和光滑平面（如镜子）的影响，室外基本不能使用，这点算是致命的。 双目立体成像的硬件成本比较低，但是它过于依赖图像特征匹配（后期计算），需要很高的计算资源。想要更高的分辨率，计算就越复杂，这就导致它实时性比较差。而且它在光照较暗、过度曝光或者场景本身缺少纹理的情况下，很难进行特征提取匹配。和结构光一样，在抗干扰性这点上它做的不好。 TOF 方案的分辨率很低，测量精度也不如其他两种方案，但是对于车内手势识别来说已经够了。因为需要光线的全面照射，所以功耗很高，但是这在汽车环境中也不算大事。而且它的体积可控；测量误差在整个范本内比较固定；虽然计算量大，但是算法难度较低；最重要的是它受外界环境干扰较小。综合来看，TOF 方案是个比较实用的选择，也是很多供应商都在努力的方向。 目前都有哪些具体车型应用？ 目前带有手势识别的量产车型有宝马、君马；正在计划量产的车型有拜腾、奔驰。 宝马家族的 7 系、5 系以及 X7、X5、X3 现在带有手势识别功能，其中 7 系是全球第一个装载手势识别的量产车型。它的手势识别区域为车机屏前方，供应商为德尔福，采用的是 TOF 方案，可以识别 7 种预设手势，包括接挂电话、选择歌曲、调节音量、控制导航等功能。 而国内第一个配备手势控制的量产车型是众泰旗下的君马 SEEK5。它在 2018 年 8 月上市，可以识别 9 种动作，包括接挂电话、选择歌曲、调节音量以及一个小彩蛋：握拳手心向上打开变为手掌，界面会出现玫瑰花。 拜腾在 2019 年底即将量产的车型采用了 48 寸的大屏。由于屏幕巨大，手势控制也作为其中必不可少的交互方式之一。它的供应商是国内的凌感科技，采用的是双目立体成像方案，可以识别 5 种手势，具体功能还没有公布。 奔驰最新的 MBUX 采用了一种「非接触式」的控制方式，当手接近屏幕的时候，系统就可以感应到手部操纵了，所以不需要实际接触就可以使用屏幕。而且在全新 CLA 上，把手伸向后视镜就可以打开/关闭阅读灯，这个功能在阳光或者黑暗环境下都能使用。 根据最新消息，LG 将会为奔驰的一款车型提供手势识别系统，它可以实现巡航控制、调整音量等功能。LG 现在还在研发一种驾驶辅助系统，计划在今年末或明年初向戴姆勒交付。 另外，还有一些 OEM 提出过自己的概念，但是目前还没有量产。 比如 2014 年，福特在 Mobbi 车载系统上展示过自己的 demo，可以实现控制空调、导航、音量、座椅位置等功能（供应商是英特尔，采用的是结构光方案）；2015 年，奥迪在 CES 上用 Q7 展示了针对后排乘客的手势控制的 demo；2016 年，大众在 CES 上用 … 继续阅读
「人机共生美学」下的 Aion S，是怎么被设计出来的？
去年广州车展上，广汽新能源发布了全新的电动车品牌 AION，第一款产品是轿车系列的 Aion S。 对于算得上是年轻的广汽新能源品牌来说，Aion S 也可以看作是他们完整诠释新能源车理念的主力产品。 前几天，在新落成的广汽上海前瞻设计工作室，GeekCar 有机会和广汽研究院副院长张帆以及他的设计团队聊了聊关于 Aion S 以及新能源车的设计思路。 人机共生美学 广汽新能源把 Aion S 定义为「 全球首款超长续航 AI 纯电定制座驾」，设计理念是「 人机共生美学」。其实每一个主机厂在设计自家汽车的时候，都需要建立起一个所谓的「设计理念」，主要目的就是为了更好的向外界传播品牌。 有了设计理念，就需要在整车设计的时候展现出来。张帆告诉我，「 人机共生美学」 的含义是注重外观给人带来愉悦美感的同时，也要让人机工程学的优势发挥到极致。 在 Aion S 上，主要有两个设计点来展示「 人机共生美学」，分别是「 穿云箭」 前脸和「 鲸空间」 座舱。根据设计团队的介绍，「 穿云箭」 前脸是符合纯电动车设计的特征，再配合「Aion」 标志 LOGO 字母「A」 的三角箭头、T 型 LED 前大灯和贯穿式尾灯之后，结合「 高能脉冲」 腰线设计等车身元素，使 Aion S 在视觉上像是一张「 拉满的弓」，呈现出一种视觉上的俯冲动势，兼具空间感和流畅造型。 而「 鲸空间」 的座舱设计理念主要有这几个特点。Aion S 本身拥有 4768mm 的车长和 2750mm 的轴距，通过将 A 柱前移和 C 柱后移，Aion S 实现了低风阻和大空间的融合。以「 电池+电驱」 为中心布局的广汽第二代纯电专属平台，让 Aion S 实现了乘员舱空间最大化和机舱空间最小化。另外，用户可以选配并太阳能天窗这样的配置，通过太阳能发电实现对电池充电、通风换气等多种功能。 从直接的观感来看，Aion S 的比例、造型等都算是和谐美观。考虑到最近一两年，自主品牌的设计普遍都在向上变好，这样的设计也可以看作是符合整个大趋势，有很强的竞争力。 风阻优化 对于电动车来说，续航是个非常关键的指标。因此在进行造型设计时，整车空气动力学的优化就成了更重要的考虑因素。特别是同时兼顾风阻系数、车内空间、外观造型几个元素时，这里面的平衡就显得尤为重要。 因此除了介绍 Aion S 的设计理念之外，张帆也介绍了这里面的具体思路。 有数据显示，当车速超过 100km/h 时，风阻引起的能量消耗能占到整车能耗的 69%。在 NEDC 综合工况下，风阻系数降低 0.01，纯电动汽车的续航里程将增加约 4.5km。一般来说，轿车的风阻系数大概在 0.28-0.4Cd 之间。 Aion S 的风阻系数是 0.245Cd，单纯看数字的绝对值可能并不是最优秀的。但是张帆认为考虑到 Aion S 属于家用车领域，需要兼顾实际使用空间、车身比例造型等因素之后，这个数字绝对是领先的。根据官方介绍，Aion S 的 NEDC 续航 510km，目前来看也绝对是国产第一梯队的水准。 为了实现整车的低风阻设计，Aion S 在模型开发初期就有系统工程师介入开发。为此团队还招募了专门负责赛车开发的工程师和设计团队一起配合，整个过程充满了博弈和妥协。 例如 Aion S 的前脸下保险杠的嘴豁的特别大，除了视觉上更有气势之外，两边的开口能让风能直接吹到轮子上，是类似 F1 赛车的做法。类似这样的细节，提升了空间动力性。 另外，Aion S 采用超跑式导流通风口，同时优化车头与前风挡、后风挡与尾箱鸭尾的角度，再加上其他的一些设计细节上的巧妙处理，实现了风阻系数的最大化程度降低。 下面这张图能很好的说明这里面的设计细节。 总之，Aion S 作为一个全新的系列，广汽新能源从零完成了建立整个品牌理念，再通过各种细节的设计来体现出来，最终把理念变成一辆实际存在的车。这本身就是件很复杂的事情，也是汽车设计被称为工业设计之王的最主要原因。 通过这样的介绍，我也确实发现 Aion S 在设计的时候，考虑到了续航、空间、美感等等综合因素。这些东西可能并不是用户能够直接感受并且描述出来的，但是通过品牌自身的宣传之后，我们能够感觉到厂商所花费的心思。这对行业、对用户来说，绝对是好现象。 原创声明： 本文为 GeekCar 原创作品，欢迎转载。转载时请在文章开头注明作者和「来源自 GeekCar」，并附上原文链接，不得修改原文内容，谢谢合作！ 欢迎关注 GeekCar 微信公众号： GeekCar 极客汽车（微信号：GeekCar）& 极市（微信号：geeket）。