无人驾驶车人工智能与创新设计的虚拟仿真实践教学

实验目的

国家从2018年将发展人工智能上升至国家战略的高度，北京科技大学工业设计系在2015年建立人工智能+大数据+物联网+创新设计中心，2016年主持设计中国第一个无人驾驶车品牌驭势科技无人驾驶车的人车交互设计，2017年无人驾驶车设计参加美国CES展并获得德国红点奖（设计界的奥斯卡奖），同时与美国卡内基美隆大学同步在本科生一年级学生中开设人工智能与创新设计课程，2019年人工智能入选北京市高精尖学科建设发展计划。

本项目以人工智能与创新设计（2018年开设），交互设计技术（2010年开设），界面设计（2002年开设），交互原型设计（2010年开设）四门本科生课程为基础，开展无人驾驶车人工智能与创新设计的虚拟仿真实验教学，包含智能汽车的产品设计和服务设计两大系统，是所有设计类型中最综合和最复杂的设计类型，在无人驾驶车这种高端前沿的人工智能创新设计的对象中，设计方法、设计工具、设计场地、设计原型、设计实验、设计测试、产品服务系统的综合设计，都面临成本高、周期长、高难度、高风险等问题，尤其在北京211、985高校中，响应国家绿色制造和智能智造的规划战略，以及北京无烟城市和高精尖学科的发展需求，采用虚拟仿真的教学实验方式，进行无人驾驶车产品原型设计的仿真教学实验，充分显示出产品设计在原型虚拟仿真教学方面的两性一度的特点：高阶性、创新性和挑战度。

（1）高阶性：无人驾驶车的智能设计包含人工智能创新设计、产品设计、品牌设计、交互原型设计、用户体验设计、界面设计、服务设计、媒体设计、视觉设计等交叉创新设计学科的各个领域，是所有设计领域的高阶前沿的内容；

（2）创新性：无人驾驶车作为人工智能创新设计的典型代表，在创新性方面引领全球，虚拟仿真设计实验教学包含智能设计仿真化、智能设计可视化、智能设计系统化三方面的内容。在无人驾驶车整车设计智造的仿真化、车辆虚拟仿真数字化、人机虚拟仿真数字化、车机虚拟仿真数字化，以及无人驾驶车所处环境的智能交通系统虚拟仿真数字化五大内容，进行创新设计；

（3）挑战度：无人驾驶车的产品原型设计仿真教学实验需要对设计学科的整体知识认知和创新设计方法，需要有全面系统综合的了解，并且需要掌握国际人工智能与创新设计的前沿设计方法，利用虚拟仿真的教学实验设计工具，提升中国智能产品设计的原创性与前沿性，学生创新设计的动手能力、实践能力，跨越人工智能科学和设计艺术的交叉学科团队协作能力、设计评判的思辨能力，通过师生互动评分，优化仿真测试结果，进行科学与艺术的创新。

具体实验目的要达成三大目的，包括：设计智能仿真化、设计过程可视化和设计系统全息化。教学实验包含22个知识点，20个实验步骤。

 1、设计流程智能仿真化。了解无人驾驶车的智能产品设计全流程方法以及整车设计规则；从方案设计到数据建模，建立无人驾驶车的数字孪生体，进行汽车产品设计效果渲染，将设计理念通过汽车产品原型设计的效果渲染进行可视化仿真，演示无人驾驶车整车设计流程。

通过无人驾驶车中的人机交互设计进行人机仿真、车机交互设计进行车机仿真以及车内空间交互设计进行结构仿真，将交互设计进行交互流程的仿真，虚拟呈现交互界面，将整车产品设计的数字化流程进行智能仿真和虚拟现实的直观呈现，如汽车造型、数字模型、油泥模型、反复交互式优化设计。

通过仿真风动、耐久仿真和汽车碰撞仿真做无人驾驶车产品设计的数字化验证，学生和老师通过虚拟仿真教学实验，针对全部数字化确认设计的整个流程和设计方案，确定设计方案后启用油泥模型制作，通过人工智能算法将汽车设计的2维草图转化到虚拟现实的3维实体空间，通过数字化让学生感受到1比1的设计空间，并且可以进行实时修改。

在VR虚拟仿真系统中可以进行产品设计的全流程虚拟仿真，并且进行交互式的产品设计教学互动点评和1：1比例的多人协同设计修改，完全节省用油泥反复推演设计的时间成本和研发材料成本；通过工厂智造的仿真和汽车生产线仿真，汽车各零部件的虚拟装配，实现汽车全流程的柔性生产与智能设计。

2、设计过程的可视化。了解无人驾驶车的人工智能与创新设计的情境预演法，建立汽车的VR场景模型，以及汽车设计全流程VR模拟仿真，VR+AI预演车联网服务设计全流程；实现线上可视化教学汽车造型设计、汽车产品设计、无人驾驶车的人车交互设计、车联网界面设计、无人驾驶车的品牌设计、数字内容服务设计，同时结合虚拟现实硬件设备，包括头部显示器等装置，实现线下可视化教学结合的方式，通过汽车CMF材质色彩和加工机理等内容，进行车身设计、车体设计、汽车前脸格栅设计、汽车轮毂设计以及汽车车内饰color &trim的可视化个性定制设计。

 针对无人驾驶车的驾驶舱进行可视化展示，针对车联网的操控界面进行交互设计和界面设计的虚拟仿真教学，开展增强现实智能驾驶舱的可视化教学。

设计无人驾驶车的数字孪生场景，通过人工智能算法进行模拟仿真驾驶环境，以及无人驾驶车的OD行车路线的设计，针对无人驾驶车进行用户体验设计和数字内容服务设计，结合服务设计仿真汽车的旅程图，设计建立数字孪生车辆，模拟在智能交通系统中，无人驾驶车的安全移动性场景设计，了解人车交互中的人机工程学性能测试模拟仿真、人车交互设计中的用户体验设计方法与可用性测试、VR仿真及AB测试方法。

3、设计系统的全息化。掌握人工智能用户自创造内容MC大规模客户定制设计汽车造型、CMF以及color &Trim汽车内饰设计方法，同时进行B端教师端行业端和C端学生端的双向设计评价，通过云端实时渲染学生DIY，通过在三维空间中埋点，设计交互的监测点，进行实时设计评价机制，通过3D的眼动仪进行设计评判。

掌握系统的无人驾驶车以及智能交通系统的车辆人机交互APP界面设计方法，人工智能迭代式改进智能产品服务系统设计方法，包括服务设计，OD出行，三种驾驶观不同的人格类型，无人驾驶车大数据推荐系统，人车交互可用性测试，无人驾驶车新型人类移动性的用户体验设计，无人驾驶车车内空间的定制设计，无人驾驶车OD点驾车路线设计等；针对无人驾驶车与人类移动性的智能交通系统环境，进行智能产品服务系统的虚拟仿真智能设计实践。