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Natürlich wirkende 3-D-Displays im Cockpit

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  • Natürlich wirkende 3-D-Displays im Cockpit

    Neu im Pkw-Cockpit ist die räumliche Darstellung mit natürlicher Anmutung. Die dritte Dimension trägt zur Aufmerksamkeitskontrolle bei und erhöht dadurch die Sicherheit. Gleichzeitig steigen Attraktivität und Wert der Instrumentierung. Continental gibt mit dem Natural 3-D-Display einen Einblick in die automobile Zukunft der Mensch-Maschine-Schnittstelle.

    Displays dominieren bereits heute das Dashboard. Displays im Dashboard bilden insbesondere in Kombination mit Touch-Steuerung, Gestenerkennung und haptischem Feedback eine interaktive Mensch-Maschine-Schnittstelle zur intuitiven Nutzung von immer mehr Funktionen. Mit der wachsenden Zahl von Displays und der zunehmenden Interaktionsfläche im Auto-Cockpit wird jedoch eine der Schwächen einer solchen Hochleistungsinstrumentierung deutlicher: ihre Zweidimensionalität.

    Für eine optisch ansprechende Integration von Flachdisplays in die typisch geschwungenen Linien von Cockpits stehen nun optische Verklebungen von gewölbten, transparenten Blenden und eine Weiterentwicklung der Display-Technologie zur Verfügung. Dies ändert jedoch nichts an der Zweidimensionalität der gezeigten Inhalte. Gegenüber dem klassischen Kombiinstrument mit seiner räumlichen Tiefe und den dazugehörigen Designelementen wie Visiere, Ringe, dreidimensionaler Zeiger und andere haben 2D-Displays eine Dimension verloren.


    Instrumentierung gewinnt wieder an Tiefe

    Die ergonomische und atmosphärische Wirkung von Displays mit natürlich wirkender dreidimensionaler Darstellung zeigte Continental 2019 und 2020 anhand von zwei Natural 3D-Display-Demonstratoren auf Basis der Leia Lightfield-Technologie. Neben der Sicherheit beeinflusst der gezielte Einsatz der räumlichen Darstellung vor allem die Wahrnehmung und Wertschätzung des Cockpits durch Fahrer und Passagiere. Durch ein verbessertes Experience Design kann systematisch eine positive User Experience geschaffen werden. Darüber hinaus gibt es viele neue konkrete Anwendungsideen auf Basis einer Expertenbefragung. Diese Anwendungen werden zukünftigen Cockpits eine immersivere und beeindruckendere Wirkung verleihen als die heutige Technologie.


    So funktioniert die Lightfield-Technologie

    Im Gegensatz zu bestehenden 3D-Technologien wie Lentikularlinsen oder Parallaxenbarrieren verwendet die Lightfield-Technologie keine Lichtbrechung oder -filterung, sondern basiert auf Lichtbeugung. Das Natural 3-D-Display integriert eine zusätzliche und bedarfsabhängige diffraktive Lightfield-Hintergrundbeleuchtungsschicht in ein ansonsten kommerziell erhältliches 2D-LC-Display. In den Lichtleiter dieser Schicht sind Nanostrukturen als Beugungsgitter eingearbeitet, die beispielsweise acht oder mehr sehr präzise Einzelperspektiven desselben Objekts erzeugen, Bild 1 .

    Abbildung 1 Der 3-D-Effekt entsteht durch ein spezielles Verfahren, bei dem das Licht durch eine spezielle Schicht gebeugt wird (© Continental)

    Der 3-D-Effekt entsteht durch ein spezielles Verfahren, bei dem das Licht durch eine spezielle Schicht gebeugt wird (© Continental)


    Diese Technologie kommt ohne Head-Tracking-Kamera aus und die räumlichen Darstellungen sind für jeden im Fahrzeug sichtbar. Optisch heben sich die Elemente bis zu 10 cm vom Display ab und sind dadurch gut wahrnehmbar, aber nicht störend. Aufgrund seines Funktionsprinzips und des hochwertigen Optical Bonding weist ein solches Display eine sehr geringe Reflexion auf und ist auch bei hellem Umgebungslicht gut ablesbar. Das erste Natural 3-D-Display, das 2019 auf der CES in Las Vegas gezeigt wurde, war ein Proof of Concept am Beispiel eines digitalen Kombiinstruments mit 2K-Auflösung. Auf der CES 2020 folgte ein zweiter Demonstrator mit 4K, der Touch-Steuerung (Multi-Touch) kombiniert und aktives haptisches Feedback sowie kapazitive Gestenerkennung für das Armaturenbrett beinhaltet.



    Erstpriorisierung der Bewerbungen

    Wie jedes Design- und Bedienelement sollte auch die Natural 3-D-Technologie Teil einer ganzheitlich gestalteten Displaylandschaft sein. Nur so kann eine positive User Experience geschaffen werden. Voraussetzung dafür ist eine serviceorientierte Elektronikarchitektur mit Hochleistungsrechnern, die einerseits die erforderliche grafische Rechenleistung für höhere Auflösungen bereitstellt und andererseits die einzelnen Interaktionselemente verknüpft.

    Neben der optischen Qualität des Displays ist die Nutzungsart im Fahrzeug entscheidend für den Nutzernutzen und die Akzeptanz. Da 3-D-Displays besonders gut wahrgenommen werden, ist ihr Einsatz dort optimal, wo sie vom Fahrer und den Passagieren gewünscht und ergonomisch angezeigt werden. Grundsätzlich gibt es zwei Hauptanwendungsgebiete: Zum einen lassen sich mit der Technologie dauerhaft individuelle Volumeneffekte erzeugen, beispielsweise im Kombiinstrument, wie Skalenringe und andere. Die dafür benötigte Rechenleistung ist relativ gering, ebenso die Anzahl der zu generierenden Perspektiven. Andererseits eignet es sich zur Generierung dynamischer Ansichten, beispielsweise für die Navigation. Der Rechenleistungsbedarf ist hier deutlich höher.

    Als Ansatz für eine erste nutzerzentrierte Auswahl dieser Anwendungen führte Continental eine interne Expertenbefragung durch, bei der 112 Ideen für dreidimensionale Darstellungen im Cockpit bewertet wurden. Es zeigte sich, dass es für die befragten Experten vor allem attraktiv ist, die futuristischen Gestaltungsfreiheiten der Benutzeroberfläche (Graphic User Interface, GUI) zu nutzen und solche Darstellungen mit der Mensch-Maschine-Interaktion zu kombinieren. Das Thema GUI ist Teil aller drei Top-Anwendungen. Gleichzeitig ist es eine große Verantwortung, die Gestaltungsfreiheit des Fahrers zu definieren und welche Regeln hinsichtlich Umfang und Form der angezeigten Informationen stets zu beachten sind. Für Fahrzeughersteller eröffnet die Dreidimensionalität auch neue Möglichkeiten für Markenbotschaften.



    Kombiinstrument Szenario

    Für den fahrerorientierten Teil der Displayinstrumentalisierung besteht eine feste Verbindung zwischen der visuellen Gestaltung der GUI und der notwendigen Konzentration auf fahrrelevante Inhalte. Dreidimensionale Warnmeldungen, wie beispielsweise Wetterwarnungen, sind hier perfekte Anwendungen, denn die Darstellung des Displays beschleunigt die Wahrnehmung durch den Fahrer, insbesondere bei unerwarteten Inhalten, Bild 2 . Mit dieser Aufmerksamkeitskontrolle können 3-D-Darstellungen zu mehr Fahrsicherheit beitragen. Dazu gehört auch die optimale Einbindung dieser Elemente als neue Form der Eskalation in abgestufte Warnstrategien, etwa beim Anfahren eines Gefahrenbereichs oder am Ende einer automatisierten Fahrstrecke.

    Die räumliche Darstellung eines Displays beschleunigt vor allem die Wahrnehmung unerwarteter Inhalte, in diesem Fall bei der Navigation (© Continental)

    Die räumliche Darstellung eines Displays beschleunigt vor allem die Wahrnehmung unerwarteter Inhalte, in diesem Fall bei der Navigation (© Continental)


    Die Möglichkeit, die GUI im Laufe der Fahrzeuglebensdauer zu modernisieren und an Trends anzupassen, zum Beispiel durch Neuanschaffungen, schafft die Möglichkeit für den jeweiligen Fahrzeugbesitzer, das Cockpit zu individualisieren, während es für den Fahrzeughersteller eine Möglichkeit zur Individualisierung des Cockpits bietet neues Geschäftsmodell. Die Möglichkeit, natürliches 3-D darzustellen, erhöht die visuellen und ergonomischen Gestaltungsfreiheiten deutlich.


    Dashboard-Szenario

    Auch bei Expertenauswertungen im Dashboard spielte die GUI eine große Rolle. Als attraktiv wurde insbesondere die nahtlose Verbindung von räumlicher Darstellung, Multitouch-Steuerung mit aktiver haptischer Rückmeldung und kapazitiver Gestenerkennung bewertet. In dieser Form der Instrumentierung verschmilzt umfassende Blindbedienbarkeit mit dem immersiven Erlebnis einer neuen Interaktionsform im Raum vor dem Display des Armaturenbretts.

    Auch die Idee einer Anwendung, die zweidimensionale Inhalte (zum Beispiel von Spotify oder anderen Apps) im Fahrzeug für eine dreidimensionale Darstellung umwandelt, fand viel Zustimmung. Ein solcher GUI-Übersetzer kann bestehende Inhalte für den Fahrzeuginnenraum aufwerten. Auch die 3D-Darstellung im Rahmen der Navigation wurde in der Umfrage relativ hoch bewertet. Dank der räumlichen Tiefe und realistischen Perspektive der virtuellen Umgebungsdarstellung fällt es dem Fahrer leichter, gedanklich zwischen der Navigationsdarstellung und der tatsächlichen Außenansicht zu wechseln. Damit lassen sich Landmarken aller Art effizienter nutzen, um die verbleibende Entfernung zu einer Abbiegung abzuschätzen, wenn diese Landmarken auch dreidimensional auf der Karte zu sehen sind. Im Vergleich zu abstrakten Zählernummern, die sich je nach Fahrgeschwindigkeit schnell ändern können, Auch räumliche Orientierungspunkte bieten mehr Sicherheit für Fahrer, die damit weniger Erfahrung haben. Continental hat kürzlich die gemeinsame Entwicklung von räumlichen Navigationsinhalten für Fahrzeugdisplays mit Here Technologies und Leia bekannt gegeben.

    Einen ähnlichen Vorteil bietet eine Anwendung, die Fahrern dreidimensionale Wettereffekte auf ihrer Karte anzeigt. Auch hier unterstützt beispielsweise die 3-D-Darstellung von herannahendem Starkregen das Verständnis, mit welchen Folgen (zum Beispiel überflutete Fahrbahnen in Mulden) der Fahrer rechnen muss und wo, Bild 3 . Nach dem gleichen Prinzip könnten auch mögliche Umweltauswirkungen auf die Gesundheit mit entsprechender Datenbasis visualisiert werden. Wesentliche Potenziale lägen hier in den dreidimensional aufbereiteten Informationen über bestimmte Allergenmengen in der Luft, wie etwa bestimmte Pollen oder Feinstaub. Auch abstrakte Faktoren wie zu erwartende Belastungen durch einen Stau lassen sich schnell visualisieren.

    Dreidimensionale Wetterdarstellung auf der Navigationskarte (© Continental)

    Dreidimensionale Wetterdarstellung auf der Navigationskarte (© Continental)



    Darüber hinaus erhielt eine dreidimensionale Darstellung des Fahrzeugs und seiner unmittelbaren Umgebung beim Einparken klare Zustimmung, Bild 4 . Hindernisse, die dreidimensional so dargestellt werden, als ob der Fahrer sie aus der hilfreichsten Perspektive mit eigenen Augen sehen würde, galten als willkommene Hilfestellung bei der Einschätzung von Entfernungen.



    Dreidimensionale Darstellung des Fahrzeugs und seiner unmittelbaren Umgebung beim Einparken (© Continental)

    Dreidimensionale Darstellung des Fahrzeugs und seiner unmittelbaren Umgebung beim Einparken (© Continental)


    Der Einsatz von 3D-Elementen in einem App Store oder Marktplatz, die es den Passagieren ermöglichen, unterwegs zu stöbern, einzukaufen und zu bezahlen, rundete das hier Gezeigte ab. Und der Einsatz für stimmungsaufhellende Visualisierungen in Kombination mit einem hochwertigen automobilen Klangerlebnis, wie beispielsweise mit der immersiven Ac2ated Sound-Technologie, stößt auf fast ebenso große Zustimmung.



    Zusammenfassung und Ausblick

    Je größer die Bildschirme im Auto sind, desto sichtbarer ist ihre fehlende Tiefe. Räumliche Illustrationen mit natürlichem Erscheinungsbild machen Informationen leichter zugänglich, verbessern die Instrumentierung und machen die Benutzererfahrung beeindruckender. Die Lightfield-Technologie ist mit vielen gängigen LC-Displays kombinierbar; und lässt sich mit Touch, haptischem Feedback und Gesten zu einem neuen interaktiven Nutzererlebnis verschmelzen. Generell lässt sich sagen, dass diese Darstellungen dem Cockpit eine immersivere Erlebnisqualität verleihen. Moderne Nutzerwünsche lassen sich mit dieser neuen Option besser umsetzen, was die Natural 3-D-Technologie zu einem attraktiven und unverwechselbaren Merkmal im Innenraum macht. Die erste Serienproduktion ist ab 2023 geplant.

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