隨著汽車智能化趨勢的持續(xù)推進(jìn)，新老造車勢力搶灘布局智能汽車發(fā)展。傳統(tǒng)的CHUD和WHUD已經(jīng)無法滿足智能座艙與ADAS功能的展示和交互需求，兼具實(shí)用性和科技感、且能為用戶打造沉浸式體驗(yàn)的AR HUD成為各大主機(jī)廠關(guān)注焦點(diǎn)。

  除全新一代奔馳S級外，紅旗E-HS9、大眾ID.4、奧迪Q4 e-tron，長城WEY 摩卡、現(xiàn)代艾尼氪5、北京汽車“魔方”等配備AR HUD的量產(chǎn)車型也先后亮相。近期，華為正式發(fā)布AITO品牌車型問界M5，同樣搭配了AR HUD功能。可以預(yù)見，AR HUD作為未來智能座艙的重要組成部分，將迎來一輪量產(chǎn)爆發(fā)潮。

  現(xiàn)行人車交互模式的不合理性

  近些年來，中控大屏取代物理按鍵成為車載交互的核心窗口。但是，現(xiàn)行車機(jī)系統(tǒng)及操作邏輯參照移動端開發(fā)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行改良，導(dǎo)致市場上很多車機(jī)系統(tǒng)的交互邏輯并不科學(xué)。

  移動端交互基于沉浸式操作，大量的應(yīng)用直接展現(xiàn)在一小塊電容觸控屏幕上。而車機(jī)系統(tǒng)不一樣，在駕駛過程中，駕駛員大部分注意力都會聚焦在駕駛行為上，僅能極少量的注意力在必要時關(guān)注車載系統(tǒng)顯示。因此，車載系統(tǒng)的信息布局必須滿足直接、快速、準(zhǔn)確的要求，在極短的時間內(nèi)以最直觀的方式呈現(xiàn)在駕駛者眼前。

  圖 | HUD讓汽車儀表、導(dǎo)航等信息抬頭可見

  傳統(tǒng)CHUD和WHUD雖然在一定程度上解決了視線轉(zhuǎn)移的問題，但受限于顯示尺寸，只能簡單呈現(xiàn)少量的車輛行駛數(shù)據(jù)信息，和簡略的導(dǎo)航誘導(dǎo)信息，無法快速為用戶提供直觀、無需思考的駕駛引導(dǎo)。

  而AR HUD可以通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將導(dǎo)航誘導(dǎo)信息直接投射到路面上，采用與真實(shí)道路融合的虛擬箭頭指引車輛前進(jìn)，提前提示車輛變道、拐彎等，無需駕駛員額外思考。還能結(jié)合道路實(shí)際路況，為駕駛員提供夜視系統(tǒng)、碰撞預(yù)警、車道保持、車道偏離預(yù)警、盲區(qū)預(yù)警、行人預(yù)警、障礙物預(yù)警、交通信號燈監(jiān)測等服務(wù)。相比傳統(tǒng)HUD，AR HUD極大地提升了駕駛員在駕車過程中的用戶體驗(yàn)。

  感知、顯示、融合

  HUD本質(zhì)是一個汽車電子顯示系統(tǒng)，包括ECU部件，光源像源部件(圖形生成單元PGU)，投影光學(xué)部件(自由曲面鏡光學(xué)系統(tǒng))和機(jī)械殼體。此外，嚴(yán)格意義上來說，汽車的擋風(fēng)玻璃也是HUD的一個核心光學(xué)部件。

  其中，PGU普遍采用TFT-LCD，個別項(xiàng)目采用DLP投影技術(shù)，此外還有極少一部分采用LCOS投影或激光MEMS掃描投影技術(shù)。實(shí)際上，PGU的顯示面板雖然是HUD的核心部件，但并不是HUD公司的核心技術(shù)。HUD一級供應(yīng)商通常從上游的顯示面板廠商處采購標(biāo)準(zhǔn)顯示面板，通過設(shè)計(jì)HUD光路得到較好的畫質(zhì)，配合相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，讓駕駛者能夠獲得用戶體驗(yàn)。

  而AR HUD要想實(shí)現(xiàn)真正的AR顯示效果，不僅需要對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行精準(zhǔn)感知，還需要實(shí)時、準(zhǔn)確呈現(xiàn)數(shù)字化的虛像，并與實(shí)景道路環(huán)境進(jìn)行融合。

  感知技術(shù)：為了實(shí)現(xiàn)虛擬信息和真實(shí)場景的無縫疊加，要求對周圍道路實(shí)景環(huán)境進(jìn)行實(shí)時地感知，生成真實(shí)世界的三維坐標(biāo)信息。

  圖 | FUTURUS AR動態(tài)渲染引擎

  顯示技術(shù)：基于物理空間的感知結(jié)果和三維光場顯示技術(shù)，借助融合技術(shù)、算法和計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，實(shí)時計(jì)算、渲染生成任何需要被投射到真實(shí)世界內(nèi)的虛擬對象。

  融合技術(shù)：虛實(shí)融合是AR HUD技術(shù)的重中之重，不僅需要實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界與AR HUD虛擬成像在位置(空間坐標(biāo))上的融合，還需要做到毫秒級的延遲控制(時間坐標(biāo))，才能將數(shù)字虛擬世界與真實(shí)世界融合，融合的精準(zhǔn)度直接決定了AR HUD的使用體驗(yàn)效果。

  沒有融合和交互的“假AR HUD”

  AR技術(shù)需要將原本在現(xiàn)實(shí)世界中難以體驗(yàn)的信息進(jìn)行數(shù)字化處理，并疊加在真實(shí)世界之上，從而實(shí)現(xiàn)超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。而目前國內(nèi)外市場上自稱或被稱作AR HUD的產(chǎn)品，并沒有達(dá)到技術(shù)意義上的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示效果。這些“假AR HUD”產(chǎn)品，采用的都是傳統(tǒng)HUD的2D平面顯示技術(shù)，通過簡單播放實(shí)時渲染的偽3D動畫，甚至特定幾個固定動畫的形式在HUD的2D畫面中進(jìn)行駕駛指引，用戶體驗(yàn)非常差。

  人在開車的過程中，需要關(guān)注前方幾米～∞遠(yuǎn)的范圍內(nèi)的環(huán)境，根據(jù)關(guān)注對象的不同，人眼需要能夠?qū)�焦在不同距離上。目前除了FUTURUS未來黑科技的光場AR HUD產(chǎn)品，其他AR HUD產(chǎn)品的畫面都投射在視線前方7到10米的固定距離，虛擬信息和現(xiàn)實(shí)環(huán)境無法達(dá)到空間位置上的融合，無法實(shí)現(xiàn)AR融合效果。而當(dāng)前方車輛或其他障礙物與司機(jī)視線距離小于HUD的顯示虛像距離時，強(qiáng)行將HUD顯示內(nèi)容與前方道路實(shí)景進(jìn)行融合，則會產(chǎn)生嚴(yán)重的視覺輻輳沖突，令駕駛者感到眩暈和不適。

  HUD是為了解決駕駛員頻繁轉(zhuǎn)移視線查看儀表和中控信息導(dǎo)致的安全隱患才誕生的一項(xiàng)技術(shù)。安全，是HUD產(chǎn)品的第一性原理。沒有融合和交互的“假AR HUD”不僅不能“輔助駕駛者”，反而會對駕駛者造成干擾，帶來安全隱患。

  好的融合應(yīng)該是怎樣的?

  不同于2D動畫播放或徒有“立體感”但顯示距離固定的“裸眼3D”顯示技術(shù)，F(xiàn)UTURUS光場AR HUD基于研發(fā)的三維光場AR顯示技術(shù)，開發(fā)出了一套與之匹配的軟硬件系統(tǒng)和AR算法，可以在駕駛者視野前方的現(xiàn)實(shí)世界中，投射出適應(yīng)不同遠(yuǎn)近對焦距離的三維虛擬信息。這種三維光場顯示技術(shù)能夠?qū)⑻摂M世界的信息和現(xiàn)實(shí)世界的相關(guān)物體在同一空間位置進(jìn)行展示，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的完美融合，不僅能夠呈現(xiàn)真正意義上的AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示效果，也可以徹底解決視覺輻輳造成的眩暈問題。

  圖 | FUTURUS光場AR HUD顯示效果

  此外，F(xiàn)UTURUS基于車身自有傳感器和處理器開發(fā)出的多傳感器融合架構(gòu)和算法，不僅能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)道路環(huán)境進(jìn)行實(shí)時感知，配合坐標(biāo)系融合、防抖動與延遲算法，還可以快速實(shí)現(xiàn)從感知、顯示到融合的零延時響應(yīng)，且數(shù)據(jù)的計(jì)算與采集也更加，從而打造沉浸式AR體驗(yàn)。

  FUTURUS未來黑科技光場AR HUD產(chǎn)品視場角可達(dá)20度，可覆蓋五條車道，顯示距離覆蓋視線前方4米至∞遠(yuǎn)，為駕駛者在車窗前呈現(xiàn)出一個虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界完美融合的畫面，給予駕駛者更全面的信息支持。

  智能汽車，元宇宙新窗口

  近期，元宇宙的概念甚囂塵上，國際互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛下注，力圖從硬件、軟件、系統(tǒng)、內(nèi)容、應(yīng)用等不同緯度搶先占位。清華大學(xué)新聞與傳播學(xué)院教授沈陽認(rèn)為，元宇宙是整合多種新技術(shù)而產(chǎn)生的新型虛實(shí)相融的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和社會形態(tài)，它基于擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供沉浸式體驗(yàn)。也就是說，元宇宙指向了下一代互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)，而VR/AR則是幫助元宇宙從概念走向現(xiàn)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

  圖 | 元宇宙BIGANT六大技術(shù)全景，圖源：《元宇宙通證》

  根據(jù)FUTURUS創(chuàng)始人、CEO徐俊峰的判斷，基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字孿生互聯(lián)網(wǎng)將是智能汽車的發(fā)展終局�，F(xiàn)在的智能汽車，已經(jīng)高度集成了傳感器、處理器、ADAS等復(fù)合功能，無論是從芯片算力、傳感器數(shù)量、智能硬件設(shè)備、屏幕空間等各個方面來看，汽車的表現(xiàn)都遠(yuǎn)勝于手機(jī)和AR眼鏡，有望成為連接物理世界和元宇宙的超級智能硬件。

  隨著自動駕駛技術(shù)、AR HUD等產(chǎn)品和技術(shù)的進(jìn)一步普及，駕駛者完全可以把枯燥且疲憊的出行任務(wù)交由汽車自主完成，用戶在車內(nèi)獲取完全沉浸式的體驗(yàn)將不再只是科幻電影中的情節(jié)。面對這個充滿無限可能的“移動空間”，你準(zhǔn)備好了嗎?