近年來，ADAS高級駕駛輔助技術(shù)和AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展推動(dòng)HUD技術(shù)革新，兼具實(shí)用性、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)。
區(qū)別于普通WHUD只能在2D的平面內(nèi)顯示儀表功能，AR HUD基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以將車輛變道、拐彎等導(dǎo)航誘導(dǎo)信息直接投射到駕駛者視線前方的路面上，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)。
當(dāng)我們提到AR HUD，我們在談?wù)撌裁?
目前HUD行業(yè)關(guān)于AR HUD的產(chǎn)品并未達(dá)成清晰統(tǒng)一的定義共識，有觀點(diǎn)認(rèn)為FOV達(dá)到10*3°以上，VID超過7.5m的HUD就可以稱之為是AR HUD產(chǎn)品。但事實(shí)上，僅從光學(xué)參數(shù)的角度無法完全定義AR HUD，因?yàn)锳R技術(shù)的本質(zhì)在于虛擬信息與真實(shí)世界的完美融合，這是僅靠光學(xué)設(shè)計(jì)本身難以達(dá)到的。
FUTURUS首席科學(xué)家吳慧軍博士認(rèn)為，在嚴(yán)格意義上，AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的定義包括三個(gè)要素：
(1)真實(shí)和虛擬物體形狀、位置等關(guān)鍵要素被精確地感知和呈現(xiàn);
(2)真實(shí)和虛擬世界的完美融合;
(3)實(shí)時(shí)交互。
這也就決定了一個(gè)真正的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示技術(shù)需要從光學(xué)設(shè)計(jì)、軟硬件、HMI交互等不同維度同時(shí)發(fā)力：
首先光學(xué)設(shè)計(jì)層面，單層的2D畫面設(shè)計(jì)已經(jīng)需要解決功耗、亮度、重影、視差等系列難題，AR HUD畫面尺寸遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)HUD，這也導(dǎo)致AR HUD的光學(xué)設(shè)計(jì)難度呈幾何級數(shù)提升;
硬件部分，AR HUD需要一個(gè)能夠生成三維圖像的PGU像源，投射超大畫面、多重甚至連續(xù)景深三維光場(全息)影像;
軟件層面，AR HUD對嵌入式軟件和AR實(shí)時(shí)渲染引擎的要求也更高，需要保證四維時(shí)空的低延遲融合顯示;
在HMI交互設(shè)計(jì)上，AR HUD要求以“極致體驗(yàn)”為目標(biāo)，秉持“Less is More”和“Display in need”的原則，把用戶最需要的、最重要的信息提供給駕駛者，弱化駕駛過程中對司機(jī)的信息負(fù)荷和干擾。
虛實(shí)融合，AR HUD的技術(shù)門檻
吳博士提到，AR HUD 與WHUD最本質(zhì)的區(qū)別在于，WHUD可以被定位為一個(gè)顯示屏幕，但AR HUD不僅需要做顯示，更難的是虛擬與真實(shí)的精準(zhǔn)對位。
技術(shù)難點(diǎn)1：對真實(shí)世界的感知
目前主機(jī)廠通常將HUD歸類于智能座艙域，但AR HUD往往需要與自動(dòng)駕駛域的ADAS數(shù)據(jù)進(jìn)行打通，基于車身自有攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)，以及GPS、差分高精度定位、IMU等諸多傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)感知車身運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和外部環(huán)境物體姿態(tài)，并進(jìn)行準(zhǔn)確識別。
技術(shù)難點(diǎn)2：虛擬世界的光場呈現(xiàn)
AR HUD要求對HUD畫面進(jìn)行連續(xù)變焦呈現(xiàn)，這一點(diǎn)傳統(tǒng)的 WHUD 技術(shù)很難達(dá)到，需要借助三維的顯示技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。但即使是目前市面上非常受追捧的奔馳S級所搭載的AR HUD，其實(shí)也只是一個(gè)VID為10m的單層畫面，只能顯示一組與真實(shí)路面無法融合的導(dǎo)航箭頭。
技術(shù)難點(diǎn)3：空間坐標(biāo)系的對齊
基于對真實(shí)世界的感知和對虛擬世界的呈現(xiàn)，HUD必須快速完成虛擬影像與真實(shí)世界在空間坐標(biāo)系上的定位坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與對齊，也叫做空間融合。
技術(shù)難點(diǎn)4：時(shí)間坐標(biāo)系的低延時(shí)顯示
車身自有傳感器數(shù)據(jù)從采集到輸入給HUD的AR實(shí)時(shí)渲染引擎完成虛像呈現(xiàn)，中間必然有一個(gè)時(shí)間差。根據(jù)FUTURUS目前的測算數(shù)據(jù)，這個(gè)延時(shí)的時(shí)間差需要控制在30ms以內(nèi)。這對空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)捕捉及延時(shí)補(bǔ)償算法的運(yùn)算速率要求極高，甚至需要對場景識別的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行預(yù)判。
理想中的AR HUD
在過去的兩年里，有不少車型推出了AR HUD功能，比如奔馳 S 級轎車、大眾 ID. 系列、紅旗 E-HS9、長城 WEY 摩卡等，AR HUD迅速站上汽車智能化風(fēng)口，市場關(guān)注度不斷攀升。但這些頂著AR HUD名頭出道的產(chǎn)品，在視覺效果上的確做出了改進(jìn)，比如圖像更大更清晰，成像距離更遠(yuǎn)，有的甚至頗具動(dòng)態(tài)感，但是實(shí)際體驗(yàn)下來的感受卻差強(qiáng)人意，其根本原因在于HUD畫面與道路環(huán)境的不融合。
基于對AR HUD產(chǎn)品的本質(zhì)洞察，F(xiàn)UTURUS已經(jīng)推出了獨(dú)家專利光場AR HUD產(chǎn)品，通過采用三維光場顯示器而非簡單動(dòng)畫或動(dòng)圖模擬的技術(shù)形式，在駕駛者視線前方的擋風(fēng)玻璃外數(shù)米至無窮遠(yuǎn)的距離呈現(xiàn)三維的“全息”影像。結(jié)合低延遲實(shí)時(shí)融合軟硬件系統(tǒng)及算法，可以達(dá)到實(shí)時(shí)的真AR融合效果。
同時(shí)，F(xiàn)UTURUS也將光場AR HUD多項(xiàng)核心技術(shù)下沉，提供搭載空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)捕捉及延時(shí)補(bǔ)償算法和AR渲染引擎的2D AR HUD產(chǎn)品。該產(chǎn)品采取雙焦面成像，近層畫面FOV約10*3°，VID約4～5m，遠(yuǎn)層畫面FOV達(dá)13/12*5°，VID約15～20m。遠(yuǎn)近層畫面同軸，同時(shí)參與AR成像并可根據(jù)對道路環(huán)境的識別在轉(zhuǎn)彎、近距離跟車等場景下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近畫面聯(lián)動(dòng)跳轉(zhuǎn)，避免AR畫面鉆車導(dǎo)致的眩暈等問題。
電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)連化、共享化已經(jīng)成為汽車行業(yè)未來的發(fā)展趨勢，汽車也正在由交通工具向智能移動(dòng)終端演變，這些趨勢將帶來人的生活與出行方式的極大變革。以前風(fēng)擋為顯示界面的AR HUD有望憑借更大的顯示尺寸以及更優(yōu)的沉浸式體驗(yàn)逐步替代中控及儀表，成為人車交互的新窗口。而主機(jī)廠也應(yīng)當(dāng)抓住這個(gè)機(jī)會(huì)，基于AR HUD交互優(yōu)勢探索下一代互聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)，一旦成為現(xiàn)實(shí)，帶來的將是整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的重構(gòu)。
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