Từ LiDAR đến thời gian vòng đua: xây dựng trình mô phỏng lái xe từ dữ liệu quét trong Unity

Một mô phỏng lái xe chuyên nghiệp sống hoặc chết nhờ một điều: liệu những gì người lái nhìn thấy có khớp với những gì bộ não họ mong đợi hay không. Hãy làm đúng hình ảnh và vật lý trong cùng một khung hình và một trình mô phỏng sẽ trở thành sự thay thế hữu ích cho thời gian trên đường đua. Các nhà xây dựng trình giả lập thường sử dụng Unity’s High Definition Render Pipeline (HDRP) và physically based rendering (PBR) để biến dữ liệu quét LiDAR thô thành một mạch mà trình điều khiển nhận ra ngay lập tức. Một quy trình tương tự cung cấp năng lượng cho Trình mô phỏng Học viện F1 Mercedes-AMG xuất hiện tại các sự kiện bao gồm Giải đua xe Công thức 1 Anh và Giải đua xe Công thức 1 Las Vegas.

Trình mô phỏng đó là trải nghiệm chung được tạo bởi Mercedes-AMG và Unity cho mùa giải F1 Academy 2026. Mercedes-AMG và Unity đã cùng nhau định hình trải nghiệm. Người tiên phong mô phỏng có trụ sở tại Hà Lan Cruden đã xây dựng phần mềm mô phỏng bằng công nghệ Unity.

Độ trung thực hình ảnh là một tín hiệu chuyển động, không phải là một kết thúc

Trong một trình mô phỏng chuyên nghiệp, bức ảnh không phải là vật trang trí. Đó là một tín hiệu chuyển động. Môi trường thị giác là thứ cho phép bộ não của người lái diễn giải tốc độ, bề mặt đường và vị trí không gian. Những chỉ số đó định hình tính hiện thực vật lý của cuộc đua và mức độ gắn bó về mặt cảm xúc của người lái. Khi hình ảnh bị giật hoặc bề mặt đọc sai, người lái cảm thấy bị ngắt kết nối với chiếc xe.

Điều đó đặt ra một yêu cầu khắt khe. Bộ kết xuất phải vừa gần như siêu thực vừa có hiệu suất thời gian thực, một mình thì không đủ.

Bốn vấn đề mà mọi quy trình mô phỏng phải giải quyết

• Chủ nghĩa hiện thực ảnh tại tốc độ khung hình thời gian thực. Kết xuất phải trông đạt chất lượng sản xuất trong khi vẫn chạy đủ nhanh để duy trì sự đắm chìm và độ chính xác chuyển động. Một trong những cái không có cái kia phá vỡ mô phỏng.
• Không ai muốn tự xây dựng. PBR là tiêu chuẩn ngành. Xây dựng và duy trì một công cụ kết xuất tùy chỉnh để sánh kịp là không thực tế đối với hầu hết các tổ chức.
• Tạo nội dung mà khách hàng có thể làm. Khách hàng kỹ thuật muốn tự xây dựng và sửa đổi các phương tiện, môi trường và bố cục đường đua của họ. Các công cụ phức tạp trở thành rào cản gia nhập.
• Hình ảnh và vật lý được khóa lại với nhau. Một môi trường siêu thực thì chẳng có giá trị gì nếu chiếc xe không hành xử như một chiếc xe. Những gì tài xế nhìn thấy và những gì tài xế cảm nhận phải đồng nhất.

Cách quy trình Unity xử lý từng thách thức

Kết xuất cấp sản xuất mà không có chi phí của engine. Các vật liệu PBR của HDRP và Unity mang lại độ trung thực hình ảnh tiêu chuẩn ngành mà không cần tự xây dựng hoặc hỗ trợ engine tùy chỉnh. HDRP cũng tạo ra ánh sáng môi trường chân thực bắt nguồn từ ray tracing nhưng được xử lý trước, do đó nó không tiêu tốn ngân sách GPU như dò tia thời gian thực.

Từ đám mây điểm đến mạch điện có thể nhận dạng được. Các công trình đường đua xe thể thao thường bắt đầu với dữ liệu quét LiDAR do khách hàng cung cấp. Các đội làm việc trực tiếp với đám mây điểm đó trong Unity, sau đó thêm vào các chi tiết nhỏ giúp một đường đua trở nên dễ nhận biết: kết cấu nhựa đường, các dấu hiệu phanh, lề đường và vết trượt mà người lái nhận ra từ vòng đua thực tế.

Tính kết hợp dưới mili giây giữa các hệ thống. Dữ liệu động lực học xe và mô hình lốp chính xác được chuyển trực tiếp vào mô phỏng. Tính nhất quán về thời gian dưới mili giây giữa các hệ thống chuyển động, thị giác và vật lý loại bỏ bất kỳ sự ngắt kết nối nào giữa đầu vào của người lái và phản ứng của xe.

Điểm truy cập dễ tiếp cận cho các đội ngũ khách hàng. Unity có rào cản gia nhập thấp hơn so với hầu hết các giải pháp thay thế, vì vậy các kỹ sư của khách hàng có thể nhanh chóng tạo ra sản phẩm. Nền tảng đang mở, vì vậy các nhóm đó hoặc làm việc trực tiếp trong Trình chỉnh sửa hoặc đưa nội dung vào các định dạng xuất tùy chỉnh.

Trong thực tế: Mô phỏng Học viện F1 Mercedes-AMG

Đối với mùa giải F1 Academy 2026, Unity đã hợp tác với Mercedes-AMG để tạo ra một trình mô phỏng lưu diễn tĩnh, tập trung vào tương tác cho các sự kiện mang tính biểu tượng bao gồm Giải Grand Prix Anh tại Silverstone và Giải Grand Prix Las Vegas. Trải nghiệm mang thương hiệu Mercedes-AMG và giới thiệu chương trình tài xế F1 của đội. Unity đã cung cấp nền tảng 3D thời gian thực. Cruden, một nhà sản xuất mô phỏng chuyên nghiệp, đã xây dựng phần mềm mô phỏng bằng Unity.

Điểm nhấn là một bản nhạc tour diễn vòng quanh nhiều thành phố được xây dựng hoàn toàn trong Unity. Lộ trình trải dài qua nhiều thành phố, vì vậy một vòng đua mang lại cho người lái cảm giác đua qua các địa điểm toàn cầu. HDRP đã mang lại các vật liệu PBR và độ trung thực về ánh sáng khiến mỗi thành phố có vẻ khác biệt, và nó vẫn giữ được chất lượng trên các màn hình lớn, độ phân giải cao bao quanh buồng lái.

Một trình mô phỏng mở khóa những gì

Chủ nghĩa hiện thực đến ngay vòng đầu tiên. Khi một người dùng bước vào buồng lái của một chiếc xe đua, phản ứng là nhất quán và sự nhận biết là ngay lập tức.

Thời gian vòng đua gần với các chuyên gia. Các trình điều khiển mô phỏng tại một nhà sản xuất đã ghi lại thời gian gần với những gì các tay đua chuyên nghiệp đạt được trên đường đua thực. Điều này cho thấy mức độ chính xác cao về tính nhất quán hình ảnh và vật lý.

Trải nghiệm người hâm mộ di chuyển. Trình mô phỏng Mercedes-AMG F1 Academy đã được xây dựng và triển khai tại các sự kiện đua xe lớn, và nó có bảng xếp hạng trực tiếp.

Luyện tập lái xe nhanh hơn, an toàn hơn. Trong một chiếc xe thực tế, một sai lầm đồng nghĩa với thời gian ngừng hoạt động, hư hỏng và hậu cần. Trong trình mô phỏng, tài xế khởi động lại trong vài giây. Điều đó mang lại nhiều lần lặp lại và kiến thức sâu hơn về đường đua, và nó chuyển sang hiệu suất trên đường đua.

Các chu trình kỹ thuật nén. Các đội xe ô tô sử dụng các trình mô phỏng dựa trên Unity để kiểm tra khả năng xử lý, xác thực các mô hình động lực học xe và đánh giá các thay đổi thiết lập trong môi trường được kiểm soát, có thể lặp lại. Công việc mất nhiều ngày thử nghiệm trên đường đua được cô đọng thành các buổi mô phỏng tập trung.

Nơi sự lặp lại tốn kém, mô phỏng mang lại lợi ích

Mô phỏng độ trung thực cao giành được vị trí của nó ở bất cứ nơi nào việc lặp lại trong thế giới thực chậm, tốn kém hoặc rủi ro. Một tay đua chạy lại vòng đua trong vài giây, một kỹ sư thử nghiệm thay đổi thiết lập mà không cần đặt lịch đường đua hoặc chờ thợ máy thực hiện thay đổi, một học viên lặp lại một động tác khó cho đến khi nó trở nên thường lệ. Kỹ thuật đua xe, phát triển OEM ô tô, và đào tạo chuyên nghiệp đều dựa trên cùng một quy trình, và công việc làm cho một đường đua trở nên thuyết phục được áp dụng cho một chương trình xe hoặc đài chỉ huy tàu. Ngành công nghiệp thay đổi nhưng yêu cầu thì không.