Ansys Speos 軟體透過 NVIDIA 加速運算協助 BMW 集團打造最佳汽車照明

瞭解這家車廠如何利用軟體開發快速進化的汽車內裝。

BMW 集團這家令人嚮往的汽車製造商，致力於打造獨具特色且無與倫比的駕馭體驗，涵蓋 BMW 的高效能奢華、Rolls Royce 的頂級豪華以及 MINI 的自由精神。除了追求卓越性能外，對內裝精緻度的重視也激發出一些獨特設計元素。其中包含 Swarovski 水晶排檔頭、頂篷上的星空投影，以及儀表板上數位投射藝術顯示。

要將這些設計導入本就已經功能繁多的車艙內，是一項頗具挑戰的任務。來自背光按鈕、多媒體與儀錶顯示器，以及白天的陽光與夜間迎面而來的車燈照明都會相互干擾、造成駕駛分心。BMW 集團運用搭載 NVIDIA GPU 加速計算平台的 Ansys 模擬軟體，有效解決不必要的反光與眩光問題，從而確保舒適的駕駛環境。

使用模擬技術檢視儀表板設計

BMW 集團虛擬驗證專案負責人 Kenneth Weselake 使用 Ansys Speos 電腦輔助設計 (CAD) 整合式光學與照明模擬軟體，於設計初期即進行光學研究，以最佳化 BMW、Rolls Royce 和 MINI Cooper 品牌的內裝光學元件。

「我們巧妙地把光當作資訊載體，打造有趣的動畫效果，並結合隱藏式投影功能，讓數位顯示延伸到儀表板上，將虛擬與實體世界串聯起來。」Weselake 表示。「我們將光線、材質與控制技術融合起來。利用光穿透材質，並讓多重顯示器的影像在擋風玻璃上反射，打造所謂的 BMW 全景視野。」

所有這些元素都以不同材質與顏色的光學特性為依據進行設計。且必須依據安全考量，對儀表板上的每個元素進行排序與評估，以確定何者可行。

一大挑戰在於如何在不干擾駕駛的情況下，引入淺色內裝設計。這需要對品牌定位、儀表板元件所使用的所有材質進行謹慎考量，並利用表面材質來降低反射。Weselake 成功運用 Speos 軟體進行多種色彩漸層、儀表板幾何形狀與材質的模擬，將不必要的反射與眩光降至最低。

「我測試了超過一千種不同材質。」Weselake 說。「這是進行比較性研究不可或缺的。我利用 Speos 軟體評估各種材質的色彩強度。根據我的駕駛艙配置，我會在 Speos 軟體中再次更新儀表板模型，套用所有材質項目來觀察幾何與材質對結果的影響。在設計初期，我仍有機會對幾何形狀進行調整。而後期設計階段的重點則放在材料選用。」

透過 NVIDIA 加速 GPU 運算，以 300 倍速度分析光學設計

在 BMW 集團，Weselake 有一個獨特的機會開發多樣化車內照明設計，從 MINI 的玩樂性、BMW 的精緻感，到 Rolls Royce 的頂級奢華。雖然風格不同，但這些模擬通常規模龐大，耗時漫長。過去 Weselake 使用 CPU 運算進行測試跑程時，常需耗費好幾小時。完成測試後，真正完整的模擬可能還要一週才能跑完。若有任何問題，整個測試與模擬流程通常得重新執行一次。  

透過 Speos 軟體搭配 NVIDIA RTX 6000 Ada Generation GPU，Weselake 能以 300 倍速度執行光學模擬。更進一步來說，它大幅提升 Speos 軟體效能，將單次測試從數小時縮短到 10 分鐘以內。

「能將模擬時間從一週縮短到幾小時、甚至幾分鐘，對我的工作非常有幫助。」Weselake 說。「過去每次執行規模稍大的專案時，都要等候數天甚至一週。現在我可以把這些時間用來處理其他工作。」

那麼，這樣的加速到底是怎麼做到的？NVIDIA 的加速運算平台具備高達 48GB 的記憶體與強大效能。結合 Speos 軟體後，Weselake 能取得進行複雜光學模擬所需的算力，大幅增加設計迭代次數，更快解決問題。Weselake 表示，這也讓一天內進行快速、臨時測試成為可能，帶來重大助益。

「有了這套架構，我能以 NVIDIA GPU 加速運算，以 300 倍速度測試更多不同的材質。我可以製作簡報、比較光強度，並為眩光與反射選材進行排序。而且往往在我進行簡報的當天就能完成這些測試，非常令人驚艷。」

新功能催生材質新發現

這些能力對 Weselake 在材質比較上具重大意義。在使用 Speos 與 NVIDIA 加速架構之前，他在分析時往往只能選擇單一材質作為範例。有了這項新能力後，他可以更全面地測試與比較各種材質選擇。

Speos 軟體搭配 NVIDIA GPU 運算，讓 Weselake 開發出新的方法，可精準定位 BMW 及 Rolls Royce 透明方向盤控制按鈕上的符號，考量光折射影響。這些模擬功能協助 Weselake 取得專利，巧妙利用光來模擬視覺效果。

有時，他的模擬工作竟會有意外發現。例如在開發抬頭顯示器 (HUD) 時，他發現了不想要的雜散光行為。

「透過 Speos 軟體進行的模擬，我清楚瞭解了雜散反射光的作用方式，並設計出能阻隔它們的表面。」

最後，正是這些重大發現，使 BMW 集團的獲利大大受益。舉例來說，Speos 幫助 Weselake 發現 Rolls-Royce Phantom HUD 的設計問題，若未及早察覺，恐得重做整個儀表板──幾乎是整個內裝元件──以及所有模具，這將耗時兩年，且成本高達數千萬歐元。

「如果我要撰寫一款照明模擬軟體，我基本上會照著 Speos 的方式來設計。」Weselake 總結道。「整體邏輯對我來說都非常合理，而且向來如此。多虧 GPU 運算，我能快速模擬並評估眾多可能性，取得驚人結果。當我們後續製作實體原型時，我每次來視察，都會聽到這樣的評語：『就跟您的模擬一模一樣！』」

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