CN114035884A - 一种ar hud列控系统的ui交互设计方法 - Google Patents

Abstract

一种AR HUD列控系统的UI交互设计方法。该UI交互设计在固定终端上实现各个功能屏幕UI界面的操控管理，且依据车速与视角范围实时切换最佳显示区域，且信息布局采用层级关系，且显示界面信息编码应用色彩编码，且情景环境使用行为形成因子进行表征，是一种智能化程度高、信息布局合理且方便查看、交互性强的用于高铁驾驶舱的AR HUD列控系统的UI交互设计方法。

Description

一种AR HUD列控系统的UI交互设计方法

技术领域

本发明涉及AR HUD列控系统技术领域，特别是一种在固定终端上实现各个功能屏幕UI 界面的操控管理、且依据车速与视角范围实时切换最佳显示面积、且信息布局采用层级关系、且显示界面信息编码应用色彩编码、且情景环境使用行为形成因子进行表征、从而智能化程度高且信息布局合理方便查看且交互性强的用于高铁驾驶舱的AR HUD列控系统的UI交互设计方法。

背景技术

抬头显示简称HUD，又叫做平行显示系统，起初主要应用于航空领域，如航行器，随着社会的进步和科技的发展，现已经使用于交通工具，其作用是把驾驶员需要但不方便查看的行车信息，直接清晰显示到驾驶员的视野前方，让驾驶员做到不低头、不转头就能看到的一种抬头显示系统，以成虚像方式就能将信息显示到驾驶员前面的挡风玻璃上。

增强现实（Augmented Reality，简称 AR），是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像算法的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行交互。

AR HUD列控系统是将以上两种技术结合并应用于高铁驾驶舱的高级驾驶辅助系统，由于高铁时速快，安全系数要求高，其显示交互方法尤为重要，现有AR HUD列控系统的交互方法所存在的不足有：

1、目前高铁驾驶使用的系统是延续十几年前的物理按键体系，虽然对于成熟的驾驶员来说是熟悉可控的，但是从科技发展和创新应用方面来看，该体系过于老旧和繁琐，且复杂缓慢、缺乏通用性以及极难跨平台操控，特别是操控台和DMI 信息显示屏之间的响应速度慢，不能满足列控系统快速更新快速显示的需要；

2、由于高铁时速快且时速不断变化，而车速提升视角变小，同时其最佳的投影距离也随着变化，因此为了达到最佳的显示效果，给驾驶员最舒适的辅助驾驶功能，需要及时匹配时速切换抬头显示视角，但目前该技术领域缺乏功能完善的技术方案；

3、辅助驾驶的信息繁多，现有AR HUD列控系统主要采用简单分类分区显示方式，而高铁作为比较先进的交通方式，其要求相对较高，需要既能满足较大的信息负荷，同时又能条理清楚的显示，以达到辅助驾驶舒适驾驶的目的，现有技术尚不能满足该需求，缺乏科学的显示方法；

4、高铁驾驶中存在很多的突发、危险或警示信息，需要相应地给驾驶员匹配不同的感官体验效果，从而达到最好的交互效果，需要更加人性化的交互设计方法，现有技术在该方面尚存在不足；

5、现有高铁AR HUD列控系统的图像处理还有待完善，界面元素的可识别性差。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种AR HUD列控系统的UI交互方法，该UI交互方法在固定终端上实现各个功能屏幕UI 界面的操控管理，且依据车速与视角范围实时切换最佳显示区域，且信息布局采用层级关系，且显示界面信息编码应用色彩编码，且情景环境使用行为形成因子进行表征，是一种智能化程度高、信息布局合理方便查看、交互性强的用于高铁驾驶舱的AR HUD列控系统的UI交互方法。

为了解决上述现有技术问题,本发明的技术方案是:

一种AR HUD列控系统的UI交互方法，所述UI交互方法针对轨道交通高铁驾驶场景，在固定终端上实现各个功能屏幕UI界面的操控管理， 所述功能屏幕UI界面包括操控台界面、DMI信息显示屏，所述DMI 信息显示屏布局于功能屏幕UI 界面的上方便于驾驶员观看，所述操控台界面布局于功能屏幕UI 界面的下方接近驾驶员便于操控，所述操控台界面包括主操控界面、及五个DMI 信息操控界面，所述主操控界面为驾驶者最为接近的中间触摸屏，所述主操控界面与五个DMI 信息操控界面能交互，所述主操控界面用于调度管理五个DMI 信息操控界面，用于实现操控集中在固定屏幕，减少驾驶者的注意力分散和肢体移动浪费的反应时间，降低事故发生率及严重程度；

所述功能屏幕UI 界面采用屏幕虚拟按键，所述功能屏幕UI 界面将物理按键虚拟化并结合ARHUD 屏幕显示，用于提供一种全新的轨道交通驾驶体验，针对突发特殊情况，能够更快地传达给驾驶人员，及时作出合理反应，所述突发特殊情况包括自然灾害（如塌方、桥梁坍塌、轨床偏移、高铁转弯、动物闯入等）、人为失误（如隧道施工、前方施工、前车近距、行人卧轨等），所述操控台界面通过DMI 信息显示屏的屏幕显示进行反馈，响应用户在操控台界面上的各项操作，来相应地调用驾驶系统的功能；

所述功能屏幕UI 界面通过网页编程实现，能提供丰富的界面视觉效果且开发流程简单；

所述UI交互方法包括图像显示面积切换方法，所述图像显示面积切换方法根据不同车速匹配不同视角，以人眼的水平正前方视线为中心线，向上或向下偏转一定角度为上下视角边线，上下视角边线的夹角为视场角，所述图像显示面积切换方法中车速与视场角的匹配关系如下：

时速64km/h（千米/小时）时，视场角-37°~37°，

时速81km/h（千米/小时）时，视场角-29°~29°，

时速97km/h（千米/小时）时，视场角-20°~20°，

时速125km/h（千米/小时）时，视场角-13°~13°，

时速150km/h（千米/小时）时，视场角-9°~9°，

时速300km/h（千米/小时）时，视场角-4.5°~4.5°；

所述图像显示面积切换方法根据图像显示面积的计算得到不同时速的最佳显示面积，并根据最佳显示面积切换抬头显示的成像区域，从而实现最优显示；

所述UI交互方法还包括信息布局方法，所述信息布局方法设置有三个信息区：

A、核心和重要功能区域，用于持续显示，或随行车状况的变化自动同步激活显示，

B、次要辅助功能区域，采用层级信息布局方法，层级交替共享显示，

C、随机区域，根据实时道路信息和反馈进行显示；

所述层级信息布局方法包括：将功能、信息分割进不同深度的层级关系里， 在不同层级强化主要信息，在满足认知负荷的基础上压缩界面层级，用更少的层级显示信息。

进一步，所述图像显示面积切换方法包括将AR图像设置在车辆前18m~20m 范 围内，2.4m 近投影面用于车辆状态信息提示，7.5m 远投影面用于增强道路 信息显示内容；

进一步，所述图像显示面积切换方法还包括：时速150km/h（千米/小时）时， ARHUD 水平成像范围设置在-9°~5°的水平视角内；

进一步，所述UI交互方法还包括通过对背景、环境光线取样，来调节系统以提高界面元素的可识别性，用于根据变化的环境做出适当的色彩、明亮程度的调节或自适应；

进一步，所述UI交互方法还包括显示界面布局方法，所述显示界面布局方法包括：

A、功能分组方法，将功能相关的显示控制构成多个功能组，然后根据功能组分区布局，例如温度指示器与温度调节器分成一个组，布置在一个区域内，

B、功能重要性方法，把最重要的控制显示布局在操作者视野和控制操作区的最佳位置上，所述最重要的控制显示包括安全显示和控制操作，包括警报信号灯和紧急傻叉按钮，将其布局在操作者的最佳视野和最佳控制操作区，

C、操作次序方法，显示和控制在操作程序上有次序，按照其次序进行布局设计，控制件在显示的下方或右方，显示屏与控制台分离设计时，两者的布局互相对应，紧急开关和安全控制位于作业注意区的中心，且形状和颜色编码明显，

D、操作频率方法，操作频率频繁显示和控制时，布局在操作者的最佳视野和最佳控制操作区；

进一步，所述UI交互方法还包括颜色编码方法： 1为红色，2为蓝色，3为绿色，4为黄色，所述颜色编码方法包括将颜色编码的识别速度顺序设置为为红色、绿色、黄色、蓝色；

进一步，所述UI交互方法还包括显示位置分配方法、交互时间控制方法、交互通道分配方法；

进一步，所述显示位置分配方法包括将列控系统的核心信息布局在显示界面左上方，该区域最能引起用户的注意；

进一步，所述交互时间控制方法包括将显控系统的交互时间控制在两秒以内，从而尽量避免司机的视线离开路面超过两秒，降低交通事故的发生率；

进一步，所述交互通道分配方法包括将将交互通道的优先顺序设置为触觉、听觉、视觉，所述交互通道分配方法还采用多通道组合方式，所述多通道组合方式将同一交互信息采用触觉、听觉、视觉中的任意两种或三种交互通道进行交互；

进一步，所述UI交互方法还包括说明附图交互方法，所述说明附图交互方法包括以下步骤：

A、将列控系统的单个说明附图整体化，将单个说明附图的细节性符号包含在图形内部，用于增强符号的识别性且容易被辨识，

B、将列控系统的单个说明附图扁平化处理，减少单个说明附图的细节，提高符号的特征性，

C、将列控系统的单个说明附图封闭化处理，增强图形符号的视觉力、容易辨认。

本发明一种AR HUD列控系统的UI交互方法,其有益效果有：

1、在固定终端上实现各个功能屏幕UI 界面的操控管理，功能屏幕UI 界面采用屏幕虚拟按键，能够提供一种全新的轨道交通驾驶体验，针对突发特殊情况，能够及时作出合理反应；

2、功能屏幕UI 界面通过网页编程实现，能提供丰富的界面视觉效果且开发流程简单；

3、依据车速与视角范围实时切换最佳显示面积、从而智能化程度高；

4、信息布局采用层级关系，信息布局合理且方便查看；

5、显示界面信息编码应用色彩编码，情景环境使用行为形成因子进行表征，UI交互更人性化；

6、驾驶员使用体验舒适且交互性强。

附图说明

图1，为本发明一种AR HUD列控系统的UI交互方法的显示实景图；

图2，为图1所示实施例中的车速与视场角的对应关系图；

图3，为图1所示实施例中的驾驶员的水平视线角度分布图；

图4，为图1所示实施例中的层级信息布局方法的示意图；

图5，为图1所示实施例中的信息布局图；

图6，为图1所示实施例中的说明附图交互方法的说明图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例：

如图1~图6，一种AR HUD列控系统的UI交互方法，所述UI交互方法针对轨道交通高铁驾驶场景，在固定终端上实现各个功能屏幕UI 界面的操控管理， 所述功能屏幕UI 界面包括操控台界面、DMI 信息显示屏，所述DMI 信息显示屏布局于功能屏幕UI 界面的上方便于驾驶员观看，所述操控台界面布局于功能屏幕UI 界面的下方接近驾驶员便于操控，所述操控台界面包括主操控界面、及五个DMI 信息操控界面，所述主操控界面为驾驶者最为接近的中间触摸屏，所述主操控界面与五个DMI 信息操控界面能交互，所述主操控界面用于调度管理五个DMI 信息操控界面，用于实现操控集中在固定屏幕，减少驾驶者的注意力分散和肢体移动浪费的反应时间，降低事故发生率及严重程度；

所述功能屏幕UI 界面采用屏幕虚拟按键，所述功能屏幕UI 界面将物理按键虚拟化并结合AR HUD 屏幕显示，用于提供一种全新的轨道交通驾驶体验，针对突发特殊情况，能够更快地传达给驾驶人员，及时作出合理反应，所述突发特殊情况包括自然灾害（如塌方、桥梁坍塌、轨床偏移、高铁转弯、动物闯入等）、人为失误（如隧道施工、前方施工、前车近距、行人卧轨等），所述操控台界面通过DMI 信息显示屏的屏幕显示进行反馈，响应用户在操控台界面上的各项操作，来相应地调用驾驶系统的功能；

所述功能屏幕UI 界面通过网页编程实现，能提供丰富的界面视觉效果且开发流程简单；

所述UI交互方法包括图像显示面积切换方法，所述图像显示面积切换方法根据不同车速匹配不同视角，以人眼的水平正前方视线为中心线，向上或向下偏转一定角度为上下视角边线，上下视角边线的夹角为视场角，所述图像显示面积切换方法中车速与视场角的匹配关系如下：

时速64km/h（千米/小时）时，视场角-37°~37°，

时速81km/h（千米/小时）时，视场角-29°~29°，

时速97km/h（千米/小时）时，视场角-20°~20°，

时速125km/h（千米/小时）时，视场角-13°~13°，

时速150km/h（千米/小时）时，视场角-9°~9°，

时速300km/h（千米/小时）时，视场角-4.5°~4.5°；

所述图像显示面积切换方法包括将AR图像设置在车辆前18m~20m 范 围内，2.4m近投影面用于车辆状态信息提示，7.5m 远投影面用于增强道路 信息显示内容，所述图像显示面积切换方法还包括：时速150km/h（千米/小时）时， AR HUD 水平成像范围设置在-9°~5°的水平视角内；

所述图像显示面积切换方法根据图像显示面积的计算得到不同时速的最佳显示区域，并根据最佳显示面积切换抬头显示的成像区域，从而实现最优显示，如表1：

。

所述UI交互方法还包括信息布局方法，所述信息布局方法设置有三个信息区：

A、核心和重要功能区域，用于持续显示，或随行车状况的变化自动同步激活显示，

B、次要辅助功能区域，采用层级信息布局方法，层级交替共享显示，

C、随机区域，根据实时道路信息和反馈进行显示；

所述层级信息布局方法包括：将功能、信息分割进不同深度的层级关系里， 在不同层级强化主要信息，在满足认知负荷的基础上压缩界面层级，用更少的层级显示信息尽可能的显示更多的信息。

进一步，所述UI交互方法还包括通过对背景、环境光线取样，来调节系统以提高界面元素的可识别性，用于根据变化的环境做出适当的色彩、明亮程度的调节或自适应；

进一步，所述UI交互方法还包括显示界面布局方法，所述显示界面布局方法包括：

A、功能分组方法，将功能相关的显示控制构成多个功能组，然后根据功能组分区布局，例如温度指示器与温度调节器分成一个组，布置在一个区域内，

B、功能重要性方法，把最重要的控制显示布局在操作者视野和控制区的最佳位置上，所述最重要的控制显示包括安全显示和控制操作，包括警报信号灯和紧急傻叉按钮，将其布局在操作者的最佳视野和最佳控制区，

C、操作次序方法，显示和控制在操作程序上有次序，按照其次序进行布局设计，控制件在显示的下方或右方，显示屏与控制台分离设计时，两者的布局互相对应，紧急开关和安全控制位于作业注意区的中心，且形状和颜色编码明显，

D、操作频率方法，操作频率频繁显示和控制时，布局在操作者的最佳视野和最佳控制操作区；

进一步，所述UI交互方法还包括颜色编码方法： 1为红色，2为蓝色，3为绿色，4为黄色，所述颜色编码方法包括将颜色编码的识别速度顺序设置为为红色、绿色、黄色、蓝色；

进一步，所述UI交互方法还包括显示位置分配方法、交互时间控制方法、交互通道分配方法；

进一步，所述显示位置分配方法包括将列控系统的核心信息布局在显示界面左上方，该区域最能引起用户的注意；

进一步，所述交互时间控制方法包括将显控系统的交互时间控制在两秒以内，从而尽量避免司机的视线离开路面超过两秒，降低交通事故的发生率；

进一步，所述交互通道分配方法包括将将交互通道的优先顺序设置为触觉、听觉、视觉，所述交互通道分配方法还采用多通道组合方式，所述多通道组合方式将同一交互信息采用触觉、听觉、视觉中的任意两种或三种交互通道进行交互；

进一步，所述UI交互方法还包括说明附图交互方法，所述说明附图交互方法包括以下步骤：

A、将列控系统的单个说明附图整体化，将单个说明附图的细节性符号包含在图形内部，用于增强符号的识别性且容易被辨识，

B、将列控系统的单个说明附图扁平化处理，减少单个说明附图的细节，提高符号的特征性，

C、将列控系统的单个说明附图封闭化处理，增强图形符号的视觉力、容易辨认。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种AR HUD列控系统的UI交互设计方法，其特征在于：

所述UI交互设计方法针对轨道交通高铁驾驶场景，在固定终端上实现各个功能屏幕UI界面的操控管理， 所述功能屏幕UI界面包括操控台界面、DMI信息显示屏，所述DMI信息显示屏布局于功能屏幕UI界面的上方便于驾驶员观看，所述操控台界面布局于功能屏幕UI界面的下方接近驾驶员便于操控，所述操控台界面包括主操控界面、及五个DMI信息操控界面，所述主操控界面为驾驶者最为接近的中间触摸屏，所述主操控界面与五个DMI 信息操控界面能交互，所述主操控界面用于调度管理五个DMI 信息操控界面，用于实现操控集中在固定屏幕，减少驾驶者的注意力分散和肢体移动浪费的反应时间，降低事故发生率及严重程度；

所述功能屏幕UI界面采用屏幕虚拟按键，所述功能屏幕UI界面将物理按键虚拟化并结合AR HUD屏幕显示，用于提供一种全新的轨道交通驾驶体验，针对突发特殊情况，能够更快地传达给驾驶人员，及时作出合理且安全的反应，所述突发特殊情况包括自然灾害、人为失误，所述操控台界面通过DMI 信息显示屏的屏幕显示进行反馈，响应用户在操控台界面上的各项操作，来相应地调用驾驶系统的功能；

所述功能屏幕UI 界面通过网页编程实现，能提供丰富的界面视觉效果且开发流程简单；

所述UI交互方法包括图像显示面积切换方法，所述图像显示面积切换方法根据不同车速匹配不同视角，以人眼的水平正前方视线为中心线，向上或向下偏转一定角度为上下视角边线，上下视角边线的夹角为视场角，所述图像显示面积切换方法中车速与视场角的匹配关系如下：

时速64km/h（千米/小时）时，视场角-37°~37°，

时速81km/h（千米/小时）时，视场角-29°~29°，

时速97km/h（千米/小时）时，视场角-20°~20°，

时速125km/h（千米/小时）时，视场角-13°~13°，

时速150km/h（千米/小时）时，视场角-9°~9°，

时速300km/h（千米/小时）时，视场角-4.5°~4.5°；

所述图像显示面积切换方法根据图像显示面积的计算得到不同时速的最佳显示面积，并根据最佳显示面积切换抬头显示的成像区域，从而实现最优显示；

所述UI交互方法还包括信息布局方法，所述信息布局方法设置有三个信息区：

A、核心和重要功能区域，用于持续显示，或随行车状况的变化自动同步激活显示，

B、次要辅助功能区域，采用层级信息布局方法，层级交替共享显示，

C、随机区域，根据实时道路信息和反馈进行显示；

所述层级信息布局方法包括：将功能、信息分割进不同深度的层级关系里， 在不同层级强化主要信息，在满足认知负荷的基础上压缩界面层级，用更少的层级尽可能的显示更多的信息。

2.根据权利要求1所述的一种AR HUD列控系统的UI交互方法，其特征在于，所述图像显示面积切换方法包括将AR图像设置在车辆前18m~20m 范围内，2.4m 近投影面用于车辆状态信息提示，7.5m 远投影面用于增强道路信息显示内容。

3.根据权利要求1所述的一种AR HUD列控系统的UI交互方法，其特征在于，所述图像显示面积切换方法还包括：时速达到150km/h（千米/小时）时， AR HUD 水平成像范围设置在-9°~5°的水平视角内。

4.根据权利要求1所述的一种AR HUD列控系统的UI交互方法，其特征在于，所述UI交互方法还包括通过对背景、环境光线取样，来调节系统以提高界面元素的可识别性，用于根据变化的环境做出适当的色彩、明亮程度的调节或自适应。

5.根据权利要求1所述的一种AR HUD列控系统的UI交互方法，其特征在于，所述UI交互方法还包括显示界面布局方法，所述显示界面布局方法包括：

A、功能分组方法，将功能相关的显示控制构成多个功能组，然后根据功能组分区布局，例如温度指示器与温度调节器分成一个组，布置在一个区域内，

B、功能重要性方法，把最重要的控制显示布局在操作者视野和控制区的最佳位置上，所述最重要的控制显示包括安全显示和控制，包括警报信号灯和紧急按钮，将其布局在操作者的最佳视野和最佳控制操作区；

C、操作次序方法，显示和控制在操作程序上有次序，按照其次序进行布局设计，控制件在显示的下方或右方，显示屏与控制台分离设计时，两者的布局互相对应，紧急开关和安全控制位于作业注意区的中心，且形状和颜色编码明显，

D、操作频率方法，操作频率频繁显示和控制时，布局在操作者的最佳视野和最佳控制操作区。

6.根据权利要求1所述的一种AR HUD列控系统的UI交互方法，其特征在于，所述UI交互方法还包括颜色编码方法： 1为红色，2为蓝色，3为绿色，4为黄色，所述颜色编码方法包括将颜色编码的识别速度顺序设置为为红色、绿色、黄色、蓝 色。

7.根据权利要求1所述的一种AR HUD列控系统的UI交互方法，其特征在于，所述UI交互方法还包括显示位置分配方法、交互时间控制方法、交互通道分配方法。

8.根据权利要求7所述的一种AR HUD列控系统的UI交互方法，其特征在于，所述显示位置分配方法包括将列控系统的核心信息布局在显示界面左上方，该区域最能引起用户的注意。

9.根据权利要求7所述的一种AR HUD列控系统的UI交互方法，其特征在于，所述交互时间控制方法包括将显控系统的交互时间控制在两秒以内，从而尽量避免司机的视线离开路面超过两秒，降低交通事故的发生率；

所述交互通道分配方法包括将将交互通道的优先顺序设置为触觉、听觉、视觉，所述交互通道分配方法还采用多通道组合方式，所述多通道组合方式将同一交互信息采用触觉、听觉、视觉中的任意两种或三种交互通道进行交互。

10.根据权利要求1所述的一种AR HUD列控系统的UI交互方法，其特征在于，所述UI交互方法还包括说明附图交互方法，所述说明附图交互方法包括以下步骤：

A、将列控系统的单个说明附图整体化，将单个说明附图的细节性符号包含在图形内部，用于增强符号的识别性且容易被辨识，

B、将列控系统的单个说明附图扁平化处理，减少单个说明附图的细节，提高符号的特征性，

C、将列控系统的单个说明附图封闭化处理，增强图形符号的视觉力、容易辨认。

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