Qt Group：Qt 6-快捷智能地打造下一代座艙HMI

當前，各大OEM為實現(xiàn)軟件定義汽車的目標紛紛進行轉型。2023年12月19日，在長城汽車2023技術研討會上，Qt Group中國商務拓展經理高森指出，OEM轉型成功的標志是從制造商變?yōu)檐浖荆軌蛟谄嚱涗N店外實現(xiàn)盈利。

高森介紹，Qt 6在OEM智能化轉型中能夠發(fā)揮諸多作用。針對國外某OEM智能化轉型中遇到的一系列困難，Qt Group與該OEM共同設計了一個自上而下的模型，構建出一個新的平臺體系框架，統(tǒng)一了中間件開發(fā)，并進行了APP模板化開發(fā)，最后對設計開發(fā)的工作流程進行優(yōu)化。

最后，高森提到，Qt緊跟著汽車的未來而發(fā)展，能夠快捷智能地幫助OEM打造品牌專屬的數(shù)字座艙。

高森 | Qt Group中國商務拓展經理

以下為演講內容整理：

專業(yè)邏輯

軟件定義汽車是指通過軟件實現(xiàn)人們對汽車的現(xiàn)代化要求。軟件成為了汽車創(chuàng)新和差異化的核心，而不再僅僅是硬件，實現(xiàn)了汽車功能上的靈活性、可升級性和個性化。為實現(xiàn)這一目標，OEM紛紛進行轉型。

從營銷角度看，當前，新勢力品牌和傳統(tǒng)主機廠都開始將展車和展廳設置在大型商場、CBD的一樓最醒目的位置，也引入全新的“VR 3D虛擬現(xiàn)實”技術實現(xiàn)的車輛選配器，通過模擬真實環(huán)境,讓消費者在即使沒有真車的情況下,也能體驗車輛的車型亮點。

從服務上看，以前汽車出廠到4s店后就會和OEM失去關聯(lián)，而現(xiàn)在要求的是整車全生命周期的OTA。因此我們需要進行一系列改革，打造 SaaS產品。之所以要采取 SaaS模式，是因為該模式提供了最高的毛利率、轉化率和全生命周期價值，并且能降低客戶成本。因此OEM轉型成功的標志就是從制造商變?yōu)檐浖荆軌蛟谄嚱涗N店外實現(xiàn)盈利。

要打造一個有自主權的SaaS平臺，就需要擁有軟件上的自主權。因此許多OEM開始做自己的座艙軟件和智能網聯(lián)。在此過程中，主機廠也在不斷探索新技術，如安卓車機，能夠將移動端的體驗賦能到智能座艙中。從廣告運營的角度看，廣告不再限于傳統(tǒng)媒體，而是延伸到抖音、小紅書等平臺。基于此，主機廠不僅要整合軟件和硬件的架構，還需要在軟硬件結合的基礎上構建擴展服務的平臺，提供數(shù)字化運維。

汽車行業(yè)數(shù)字化的最底層邏輯就是實現(xiàn)新能源汽車的可持續(xù)發(fā)展。新建立的生態(tài)應當是以該生態(tài)為核心，所有企業(yè)都能持續(xù)盈利，而不是手機廠商跨界賦能，形成車機上的壟斷。我們的生態(tài)應當是“你中有我、我中有你”的共創(chuàng)式。

座艙HMI是汽車智能化的門戶，能夠集中體現(xiàn)產品力，國內在這一方面競爭非常大。當前競爭主要有三個方向，一是HMI與車內內飾的融合，要提供情感屬性；二是屏幕數(shù)量和大小的競爭，開始采用一體化橫屏高清屏設計，還有廠商取消了傳統(tǒng)儀表的顯示，用HUD或其他方式替代；三是UI內容，從機械儀表到LED儀表，再到2D到3D的升級，競爭十分激烈。此外，手機廠商跨界帶來的手機和車機的深度融合也對智能互聯(lián)提出了許多要求。

當前競爭如此激烈的基礎主要有兩個。一是軟件的所有權，OEM在軟件層面的HMI工具、智能網聯(lián)等不一定要是自主的，但一定要可控。就HMI工具而言，我們如果擁有其自主權，就可以實現(xiàn)UI的快速迭代和持續(xù)更新。當UED部門提出新需求時，層層傳導，需要經過tier1、tier2，甚至有一些還需要HMI工具廠商自己做，這樣一個流程違背了快速迭代的需求。因此HMI工具一定要是可控且成熟易用的。二是芯片。由于半導體制成工藝的限制，我們可選擇的芯片有限，但國內的汽車半導體廠商在不斷帶來更有力的硬件平臺。

落地及案例分析

我們在助力一家國外OEM廠商進行數(shù)字化轉型落地的過程中遇到了諸多問題。第一個問題是未能實現(xiàn)SDV愿景。碎片化的軟件讓統(tǒng)一軟件管理變得困難，阻礙了實現(xiàn)軟件定義車輛（SDV）的愿景；由于軟件結構的差異，該OEM廠商無法快速更新以滿足日益增長的市場需求、無法集中處理收集到的用戶數(shù)據并以此為基礎改進功能、無法為每個正在擴展的品牌和車型賦予一致性的標識。

第二個問題是開發(fā)成本激增。碎片化的軟件在成本管理方面極其低效；由于每款車型和每款版本及車輛的軟件缺乏統(tǒng)一，該OEM廠商不得不承擔高昂的維護成本，以應對每個領域的不同軟件架構；在為車輛開發(fā)新軟件時，由于碎片化軟件的可重用性低，面臨著高昂的開發(fā)成本，每次都要從頭開始。

第三個問題是缺乏軟件可擴展性。非集中化的軟件在面對不同的硬件或操作系統(tǒng)時，很難具有靈活的可擴展性；在缺乏軟件所有權的情況下，無法規(guī)劃其的車輛軟件的未來戰(zhàn)略，大部分的開發(fā)工作將由第一梯隊產品驅動，可能會根據不同的評價指標決定開發(fā)方向和優(yōu)先級；在缺乏標準化的平臺和軟件的情況下，無法應對硬件和操作系統(tǒng)的更替，而更替的原因可能多種多樣，如市場趨勢或芯片短缺等。

針對以上問題，我們和這家OEM設計了一個自上而下的模型，并成立了一個新的業(yè)務部門。此外，我們定了一個新的平臺體系，統(tǒng)一了中間件開發(fā)，進行了APP模板化開發(fā)，最后對設計開發(fā)的工作流程進行優(yōu)化。

平臺定義上，。中間件開發(fā)上，我們和OEM合作開發(fā)了Connected Car OS 架構，該架構是一個車身所有通信的跨域、跨操作系統(tǒng)、跨硬件的通信接口，十分標準。OEM將其作為內部的結構標準，tier1、tier2和通信類開發(fā)都已該結構為標準，在將來的應用中可以很方便的進行跨平臺移植。

Qt經過28年的迭代，有1700多個基于c++編程的類庫。在此基礎上，我們?yōu)镺EM提供了很多深度集成，包括DDS協(xié)議集成、SomeIP網絡通信協(xié)議等。優(yōu)勢在于統(tǒng)一的數(shù)據接口獲得輸入和輸出，采用Qt統(tǒng)一的渲染框架，具有跨平臺特性。

跨域渲染主要是依賴Qt的跨平臺特性，并且我們開發(fā)了一套APP模板，在該模板中，我們會將邏輯進行封裝，可以同時處理輸入的信號和輸出的一些狀態(tài)。標準化封裝可以實現(xiàn)標準化，更容易進行迭代和維護。并且我們消除了由于軟件開發(fā)者之間的差異而帶來的弊端。由于不同程序員對業(yè)務的理解有所不同，代碼功底不一樣，如果重復開發(fā)一些控件，會導致控件質量參差不齊。采用這種標準化的控件后，我們只需要負責UI和視覺層面的內容，不用擔心交互邏輯和業(yè)務實現(xiàn)，做到了前端和后端分離。

控件的打造并不簡單，需要極高的抽象度，而我們的Qt側有一個共建庫，經過十幾年的迭代后非常成熟，可以在此基礎上進行開發(fā)打造。我們相當于為OEM提供了許多零件，能夠支持其快速迭代車型?；谖覀僎t的可配置性和開源的開放性，許多國外的OEM選擇用Qt打造其專屬的軟件平臺。如現(xiàn)代集團采用了我們Qt的渲染框架，大幅提高了維護和開發(fā)效率；通用汽車選擇Qt，實現(xiàn)其改變車內用戶體驗（UX）并連接客戶數(shù)字生活的愿景，為司機和乘客提供更好的車內體驗。

Qt HMI框架介紹

目前，Qt在汽車產品上的應用涉及儀表、HUD、ADAS等。我們對汽車半導體的芯片和跨操作系統(tǒng)會進行適配，跨渲染API則可以在不同平臺靈活運用，提供API驅動。Qt的標準產品可以發(fā)揮SOC里GPU的最大3D性能。

工具鏈上，我們與其他HMI廠商有所不同，我們的Qt提供了從設計到開發(fā)、測試、運維的整套工具，所有工程師都能拿到合適的工具。比如我們可以把一張photoshop的psd圖紙一鍵導入DS工具中生成代碼，不用像以前一樣十分復雜的進行處理。前端做好后，可以拿到Qt Creator中做前后端邏輯的融合。我們還有多語言的工具，能夠滿足出海需求。此外，還有一些程序的調試分析Profiler工具，在程序開發(fā)完成后會生成二進制，到板卡上進行測試。

通過收購，我們已經擁有了一整套QA套件。從界面上看，我們需要對界面進行OCR識別或基于屬性的測試。針對全自動化的測試工具是Squish，Coco則主要針對編碼的動態(tài)代碼覆蓋率進行測試。

Qt Design Studio是一個UI組合工具，用于2D和3D內容的原型開發(fā)，并將其轉換為實際的應用程序。Design Studio可以制作原型與交互和動畫設計、將UI設計素材轉化為可復用的代碼、支持添加電影級別的轉場、效果和動畫、使用真實數(shù)據在目標設備上部署和測試。

首先是進行資產導入，可以與通用設計工具無縫對接，連接最常用的設計工具如Sketch，F(xiàn)igma和Photoshop，提供對完整的層和組件的支持，支持所有主要文件格式，允許導入2D/3D資產，無需調整。其次，我們可以進行線框圖操作，可以生成一些交互邏輯，最終的2D和3D所見即所得組件，可以使用內置的、高度可定制的組件組成UI，并在實時所見即所得的編輯器中查看進度，還能在同一個場景中無縫結合2D和3D UI元素。UI狀態(tài)則可以進行UI元素的動態(tài)轉換，為每個UI元素的各種場景定義多個可視狀態(tài)，輕松支持狀態(tài)之間的轉換和動畫。

我們技術下的支撐是一個統(tǒng)一的2D和3D混合渲染引擎，在同一上下文可達最高效率。針對車廠不同級別的車輛，我們有不同的SOC和操作系統(tǒng)，Qt側能夠保證2D控件可以完全運行在MCU上。

3D層面，我們有許多效果。一是粒子效果，是一組小的圖形元素組合在一起，創(chuàng)建動態(tài)視覺效果，可以模擬各種自然和物理現(xiàn)象。基于粒子系統(tǒng)，Qt提供了現(xiàn)成的粒子效果，即天氣效果，并在Qt Design Studio中集成現(xiàn)成的工具，以便更容易創(chuàng)建原型或自定義創(chuàng)建。

還有實例化渲染，在單個繪制調用中繪制同一對象的多個實例的特性，而不是單獨繪制每個對象。實例化渲染可以在不犧牲視覺質量的前提下提高性能，因為其減少了渲染許多相似對象所需的繪制調用次數(shù)和狀態(tài)更改次數(shù)。

還有基于物理渲染的PBR材質編輯，是一種計算機圖形學方法，旨在以模擬現(xiàn)實世界中的光流的方式來渲染材質。我們還集成了物理引擎，可以模擬虛擬環(huán)境中對象的物理行為，可以模擬物理定律，如重力、摩擦力和碰撞檢測等。

Qt Safe Renderer則為安全關鍵信息提供了現(xiàn)成的、預認證的UI組件，這些組件在任何時候都應該正確并且一致地顯示。這一現(xiàn)成的UI組件符合MISRA C++和MISRA C指南，將安全關鍵的功能劃分到一個獨立的子系統(tǒng)中防止故障，獲得了ISO 26262和ASIL-D的認證。

Qt for MCUs則為客戶提供了在高端到低端硬件之間重用相同的基于QML語言的UI，允許不同品牌和車輛從一個平臺遷移或擴展到另一個平臺。在使用標準C/C++實現(xiàn)應用程序邏輯時，重用和部署相同的基于QML的UI、采用輕量級圖形引擎，消耗硬件資源更低、還有多種多樣的MCU和RTOS支持。

我們的Qt QA工具則提供了持久、可靠和強大的自動測試，以實現(xiàn)QA工作的長期成就。CoCo是跨平臺、跨編譯器的高級代碼覆蓋率分析工具，Test Center則是集中測試結果管理平臺，可將自動化與整個開發(fā)過程聯(lián)系起來。Axivion Static Code Analysis是新一代靜態(tài)代碼分析，能夠檢查軟件是否違反規(guī)則。

我們的Qt緊跟著汽車的未來而發(fā)展，能夠快捷智能地幫助OEM打造品牌專屬的數(shù)字座艙。希望在未來，Qt能為更多OEM服務，促進OEM轉型。

（以上內容來自Qt Group中國商務拓展經理高森于2023年12月19日在長城汽車2023技術研討會發(fā)表的《Qt 6——快捷智能地打造下一代座艙HMI》主題演講。）