本文原刊登于Ansys.com：《Ansys Speos Software Enables Optimal Automotive Lighting for BMW Group Using NVIDIA Accelerated Computing》

作者： Laura Carter | Ansys 高級(jí)市場(chǎng)傳播經(jīng)理

編輯整理：孫鴻燁 | Ansys 高級(jí)應(yīng)用工程師

“后來在構(gòu)建物理原型時(shí)，當(dāng)我來到現(xiàn)場(chǎng)查看，總是聽到這樣的評(píng)論：和您的仿真一模一樣！”

Kenneth Weselake，寶馬集團(tuán)虛擬驗(yàn)證項(xiàng)目負(fù)責(zé)人

了解這家汽車制造商如何利用軟件，推動(dòng)其汽車內(nèi)飾的快速發(fā)展。

作為一家追求卓越的汽車制造商，寶馬集團(tuán)致力于打造個(gè)性化、獨(dú)具一格的駕駛體驗(yàn)——無論是寶馬車型的高性能，勞斯萊斯的頂級(jí)奢華，還是MINI的自由奔放之感。除了對(duì)卓越性能的追求外，對(duì)內(nèi)飾精致度的關(guān)注也促使該品牌打造出了一些真正獨(dú)特的功能。其中，包括施華洛世奇水晶換擋桿、車頂內(nèi)襯的星空投影，以及儀表板上的數(shù)字藝術(shù)投影。

要在本就復(fù)雜的車內(nèi)環(huán)境中引入這些功能，頗具挑戰(zhàn)。比如，來自背光按鈕、信息娛樂和儀表顯示器的光線，以及太陽眩光或夜間迎面車輛的前照燈眩光，都會(huì)相互干擾，從而導(dǎo)致駕駛者分心。利用在NVIDIA GPU加速計(jì)算平臺(tái)上運(yùn)行的Ansys仿真軟件，寶馬集團(tuán)能夠解決不必要的反射和眩光，從而確保舒適的駕駛環(huán)境。

借助仿真探索儀表板設(shè)計(jì)

寶馬集團(tuán)虛擬驗(yàn)證項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Kenneth Weselake在設(shè)計(jì)初期就使用Ansys Speos計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）集成光學(xué)與照明仿真軟件進(jìn)行光線研究，以優(yōu)化寶馬、勞斯萊斯和MINI Cooper品牌的光學(xué)內(nèi)飾元素。

Weselake表示： “我們巧妙地將光作為信息載體，打造有趣的動(dòng)畫效果，在車內(nèi)安裝隱藏式投影儀，使數(shù)字顯示內(nèi)容能夠延伸至儀表板上，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字世界和物理世界的融合。我們正在將光、材料和控制系統(tǒng)融合在一起。我們讓光線透過材料，將多塊屏幕的顯示內(nèi)容投射至前擋風(fēng)玻璃，打造出命名為 ‘BMW Panoramic Vision’的全景視野體驗(yàn)?！?/p>

所有這些元素的設(shè)計(jì)，都由不同材料和顏色所具有的光學(xué)屬性引導(dǎo)。所有這些設(shè)計(jì)元素，都必須進(jìn)行排序和評(píng)估，以確定在保證安全的前提下，儀表板能實(shí)現(xiàn)哪些功能。

其中，一個(gè)重大挑戰(zhàn)是，如何在不干擾駕駛員的情況下，使用顏色較淺的內(nèi)飾。這就需要對(duì)品牌形象、所有用于制作儀表板組件的材料進(jìn)行仔細(xì)考量，同時(shí)還要利用材質(zhì)紋理來減少反射。Weselake成功地使用Speos軟件對(duì)不同的顏色梯度、儀表板幾何結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以最大限度地減少不必要的反射和眩光。

Weselake表示： “我已經(jīng)測(cè)量了上千種不同的材料，這是進(jìn)行比較研究所必需的。我目前正在使用Speos軟件來衡量顏色強(qiáng)度。對(duì)于座艙設(shè)置，我可以在Speos軟件中，使用所有不同的材料再次更新儀表板模型，以查看各種幾何結(jié)構(gòu)以及材料對(duì)結(jié)果的影響。這樣，即使是在設(shè)計(jì)流程的早期階段，我也能夠?qū)缀谓Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。而在設(shè)計(jì)流程的后期階段，主要關(guān)注的是材料方面?！?/p>

利用NVIDIA加速GPU計(jì)算，將光學(xué)設(shè)計(jì)分析速度提高300倍

在寶馬集團(tuán)，Weselake有機(jī)會(huì)探索并設(shè)計(jì)各種風(fēng)格的內(nèi)部照明概念——從MINI的趣味活潑，到寶馬的精致優(yōu)雅，再到勞斯萊斯的極致奢華。雖然它們的風(fēng)格各不相同，但相關(guān)仿真往往都規(guī)模龐大，因此需要較長的運(yùn)行時(shí)間。此前，使用CPU計(jì)算，Weselake需要進(jìn)行數(shù)個(gè)小時(shí)的測(cè)試運(yùn)行。在這些測(cè)試運(yùn)行結(jié)束后，實(shí)際仿真還需要長達(dá)一周的時(shí)間。如果出現(xiàn)任何問題，則很可能需要重復(fù)整個(gè)測(cè)試和實(shí)際仿真周期。

利用Speos軟件和NVIDIA RTX 6000 Ada Generation GPU，Weselake能夠?qū)⑦\(yùn)行光學(xué)仿真的速度提高300倍。進(jìn)一步來說，該設(shè)置顯著提升了Speos軟件的性能，將單次測(cè)試運(yùn)行時(shí)間從數(shù)小時(shí)縮短至不到10分鐘。

Weselake指出：“將仿真時(shí)間從長達(dá)一周縮短至僅幾小時(shí)甚至幾分鐘，這對(duì)我的工作非常有益。之前，每次運(yùn)行規(guī)模較大的仿真時(shí)，我都要花費(fèi)數(shù)天甚至一周的時(shí)間?，F(xiàn)在，我可以利用額外的時(shí)間將精力投入到其他任務(wù)?！?/p>

那么，這種加速是如何實(shí)現(xiàn)的呢？NVIDIA的加速計(jì)算平臺(tái)融合了48GB的海量內(nèi)存和卓越的處理能力。將其與Speos軟件結(jié)合使用，Weselake能夠獲得執(zhí)行復(fù)雜光學(xué)仿真所需的計(jì)算能力，從而增加設(shè)計(jì)迭代次數(shù)，更快地解決挑戰(zhàn)。此外，其還使得在同一天進(jìn)行快速、臨時(shí)的測(cè)試運(yùn)行成為可能，Weselake認(rèn)為，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。

“借助這一設(shè)置，我能夠使用NVIDIA GPU加速計(jì)算以300倍的速度運(yùn)行更多種類材料的仿真。我可以創(chuàng)建演示、比較強(qiáng)度，并對(duì)眩光和反射的材料選項(xiàng)進(jìn)行排序。而且，我經(jīng)常能夠在需要展示結(jié)果的當(dāng)天就完成這些工作，這非常令人驚嘆?！?/p>

新功能帶來材料領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)

在需要進(jìn)行對(duì)比時(shí)，這些功能對(duì)Weselake來說意義重大。在使用結(jié)合來NVIDIA加速計(jì)算的Speos軟件之前，他在分析中只能以一種材料作為示例。有了這一新功能，他現(xiàn)在可以進(jìn)行更廣泛的材料測(cè)試和材料選項(xiàng)對(duì)比。

Speos軟件與NVIDIA GPU計(jì)算相結(jié)合，使Weselake開發(fā)出了新方法，在考慮光線折射的基礎(chǔ)上，精確定位寶馬和勞斯萊斯新款透明方向盤控制按鈕上的圖標(biāo)位置。這些仿真功能幫助Weselake獲得了其工藝方法的專利，其巧妙地利用光線來仿真視覺。

有時(shí)，Weselake從仿真工作中得出的洞察會(huì)帶來新的發(fā)現(xiàn)。例如，在開發(fā)抬頭顯示器（HUD）時(shí)，他觀察到了不必要的雜散光線的行為。

“通過使用Speos軟件進(jìn)行分析，我清楚地了解到了一些不必要的反射光線的行為，然后由此制作出可以阻擋它們的表面?！?/p>

最終，這些重大發(fā)現(xiàn)能夠真正對(duì)寶馬集團(tuán)的利潤產(chǎn)生影響。例如，Speos幫助Weselake發(fā)現(xiàn)了勞斯萊斯幻影HUD的一項(xiàng)開發(fā)問題，而如果未能發(fā)現(xiàn)該問題，則需要在兩年內(nèi)對(duì)整個(gè)儀表板（基本上是整個(gè)系統(tǒng)）以及所有工具進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，總成本高達(dá)數(shù)千萬歐元。

Weselake總結(jié)道： “如果讓我編寫一款照明軟件，基本上，我會(huì)完全按照Speos解決方案來做。因?yàn)閷?duì)我來說，該工具的一切設(shè)計(jì)都很合理，而且一直如此。得益于GPU計(jì)算，我可以快速仿真和評(píng)估多種可能性，并獲得令人驚嘆的結(jié)果。后來在構(gòu)建物理原型時(shí)，當(dāng)我來到現(xiàn)場(chǎng)查看，總是會(huì)聽到這樣的評(píng)論：這和您的仿真一模一樣！”

想要了解更多有關(guān)Speos GPU的最新信息，歡迎觀點(diǎn)播視頻：Ansys Speos 2025 R2新功能更新