2022云栖大会 | AR互动的未来工厂沙盘
2022年云栖大会，阿里云IoT展区出现了一个未来工厂沙盘，用增强现实的方式展示了汽车工厂数据采集、数据分析与协同制造的过程，吸引了众多眼球，也对IoT周边的展位造成很可观的引流效果。这次成功的演示传播了阿里云IoT对智造领域的洞察，也是互动体验设计助力业务的良好实践。我们将分享背后的设计故事。
云栖演示效果
云栖观众参观
呈现“未来工厂”中的设计挑战
在2022云栖大会IoT智能峰会上，阿里云IoT发布自主创新的工业物联数智平台，促进工业IT与OT数据更好融合，助力快速构建数据驱动的未来工厂。平台在硬件侧结合了工业云网关，边缘一体机，智能终端等产品，软件侧包括了数据库，计算引擎，组态可视化等工具。它们共同作用，整体性的实现了工厂中数据采集、数据处理到数据应用的完整闭环，助力企业快速高效完成数字化建设和精细化运营。
为了更好的向大众透出工业物联数智平台理念，IoT团队需要在云栖展台上进行合适的物料设计。对参与其中的设计团队而言，需要将完整的“未来工厂”故事进行提炼并用高品质的设计向大众完成传达。从观众“观看-倾听-理解”由浅入深的过程中有如下的设计挑战：
在展览方面，观众在每个展位停留时间非常短。据统计，展览中观众对每平米展区的注意时间为2-3秒。如何快速吸引眼球，让观众能留步倾听你的故事？（数据来自Paying Attention: The Duration and Allocation of Visitors' Time in Museum Exhibitions Beverly Serrell , DOI 10.1111/j.2151-6952.1997.tb01292.x）
在故事方面，“未来工厂”的平台架构比较宏大，离日常生活也比较远。如何梳理合适的故事线，让观众能整体理解同时又保留细节展开的可能性？
在设计方面，“未来工厂”概念比较抽象，也比较泛。如何具体化的呈现一个“未来”工厂，让更多的人直观易懂的体验到先进生产力？
为未来工厂勾勒一个沙盘模型
我们经过分析后发现，以上的设计挑战要求我们以“短，平，快”的方式完成“未来工厂”的阐述。我们采用了“理解，分解，再创造”的设计策略，尝试构造出符合行业认知又高于行业预期的设计结果。
第一步，整体性的理解制造行业。“没有调查，就没有发言权”，得幸于良好的工作习惯，我们此前积累了数十份制造业用户的访谈记录，涉及汽车，轴承，电子，水泥等领域。通过这些研究，设计师对整体的场景和用户流程有深入的理解和体感，这样有助于我们进行合理的设计构思。
通过调研得到用户地图
第二步，从设计的角度将此前的行业理解进行分解，剥离出构建制造业先进生产力体验中最核心的要素。我们探讨发现在工业领域，很多先进生产力都是从汽车行业开始往下推行的。同时，当前的新能源热潮也更新了行业和大众对汽车领先性的印象。恰好我们团队曾经有一汽红旗的新能源汽车的服务案例。因此，我们最终决策以汽车工厂为基础进行故事场景的构建，并结合“机械”“自动化”“科技”等意向进行设计。
汽车工厂意象
第三步，基于分析进行设计上的呈现和重构。汽车生产有5大车间，上百道工序，不可能完整的在展会罗列。我们的平台产品贯穿整个生产过程，使用“纯软件+视频”呈现，在展会现场体感不佳。经过多轮磨合，我们最终呈现出了“未来工厂”沙盘模型。
汽车工厂沙盘分区
沙盘抽取了汽车工厂涂装车间，焊装车间，中控室，立体库，物流等场景，概括性的表现了自动化产线生产汽车的实际过程。同时让“数据采集”，“数据处理”，“数据应用”三个步骤对应上IoT设计的三款产品“工业云网关”“边缘一体机”“智能终端”，把阿里云IoT技术在业务中的使用情况放置到产线上方对应的位置，完成了业务场景的整合。此外模型制作上采用了统一的橙黑主题色，提升整体的设计质感。
沙盘最终渲染效果图
用增强现实强化沙盘互动性
为了让沙盘变得更加生动，增强互动性，在展会上第一时间吸引观众的注意力。我们选择了增强现实的手法为整个沙盘做一个整体的解说与交互。选定的设备包括iPad与Nreal眼镜。
1. AR交互路线设计
整个AR和沙盘的结合我们主要是想达到“物理互动官网”的效果，即是把官网给实体化、AR化，最终实现“生产力体验”的互动目的。我们将想要呈现的内容分为3个板块：数据采集、数据处理、数据协同。这3个板块的入口与沙盘上方的设备做一个绑定，作为一级导航。点击一级导航的3个入口分别在沙盘中心处做分区的展示，点击沙盘中心的设备进入产线个体的详情页面，层层递进。
不同入口对应不同的场景分区
沙盘整体互动思路，“物理官网”
2. 前期的美术设计
在已有架构的前提下，我们对整体的设计风格进行定调。最终选择继承了阿里云橙黑主题的FUI风格。
UI美术设计示意
部分场景动图示意
3. Pad端：U3D+Vuforia
我们采用了AR的3D与GUI的2D结合的交互，使用Pad端来给观众呈现一个模拟工厂实况监测的效果。在继承了用户对2D交互的熟悉性的基础上，增加了新的AR的3D视觉反馈，配合动效与特效，抓住观众的眼球。
在开发方面，首要的是做好AR模型识别的工作。在这一方面，我们选择了Vuforia作为AR视觉算法的基础工具，帮助我们将沙盘整体的外观数据进行快速录入，以制作后续的特效。
代码调试过程
最终调试的结果
4. 眼镜端：U3D+Nreal
Nreal眼镜基于安卓环境进行运行，同时操作需要把手机视为遥控器，相对不方便。因此与PAD略有不同，在场景构建更偏向使用悬浮的模式，同时缩短了交互路径。
在Unity中搭建AR眼镜场景
AR眼镜场景交互流示意图
云栖大会现场AR眼镜效果
虚实交互，大有可为
将增强现实结合到未来工厂沙盘后，云栖现场演示反馈非常好。很多观众更加愿意参与到互动项目中，以更沉浸式的方式来了解我们的解决方案。相关行业的参展嘉宾、潜在客户纷纷表示这种互动方式很新颖，更加直观方便地了解了我们的业务；非专业的相关参展人士也表示能够享受纯粹AR交互的乐趣。使用AR技术与沙盘结合，使得原本晦涩难懂的业务场景变得直观易了解，吸引观众前来互动。
24 - 云栖大会现场的观众使用iPad观看AR演示
我们对演讲效果进行统计，在3天的时间里我们共进行了330批次的讲解，其中拍照+扫码进群的批次有170次，转化率超过50%。同时我们也收到了很多观众的高度好评。
自从Hiroshi Ishi提出“Tangible Interaction”以来，虚实结合的交互一直是学术界探讨的潮流。而现在随着端智能的进步与概念的推广，在工业领域有越来越多虚实结合的交互机会出现。这次沙盘展示从“虚实结合”的设计想法到落地整个过程中，遇到的问题很多，在时间节点面前有对设计的坚持也有内容深度的取舍。我们会总结经验，找到更好的虚实交互方式，让工业界看到先进生产力体验更多的可能性。See you next year！