AR這一概念最早由波音公司研究員Tom Caudell于1990年提出。經(jīng)過(guò)這些年發(fā)展，AR在很多領(lǐng)域都已得到了相應(yīng)的應(yīng)用，比如《Snapchat》引入AR濾鏡，為我們的社交娛樂(lè)增加了一種新的可能性；亞馬遜加入AR購(gòu)物功能，增強(qiáng)了我們的購(gòu)物體驗(yàn)。

此外，AR在汽車領(lǐng)域也展示出了極大的發(fā)展?jié)摿?，比如我們今天提到的AR-HUD，它的出現(xiàn)，讓汽車駕駛體驗(yàn)上升到了一個(gè)新的臺(tái)階。

圖源：WayRay

 從C-HUD到AR-HUD，抬頭顯示的迭代之路 

HUD，英文名為Head Up Display，百度百科的解釋為抬頭顯示，也有人稱之平視顯示系統(tǒng)。

最初HUD用于軍事領(lǐng)域，它可以把飛機(jī)飛行時(shí)的一些參數(shù)比如高度、速度、導(dǎo)航信息等重要信息投射到飛行員正前方的面板上，這樣就避免了飛行員頻繁低頭查看儀表盤信息，從而提高了專注度。后來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)被引入到了汽車當(dāng)中，1988年通用汽車推出了首款搭載HUD的量產(chǎn)車型。

如果以技術(shù)迭代來(lái)看，目前HUD又可以分為C-HUD（Combiner HUD）、W-HUD（Windshield HUD）以及最新的AR-HUD這三種。

C-HUD推出時(shí)間較早，它采用了屏幕設(shè)計(jì)，顯示屏通常為透明樹(shù)脂玻璃。該產(chǎn)品成本以及技術(shù)難度較低，不過(guò)它的投影范圍小，VID（虛擬圖像距離）通常小于2.5米，未來(lái)會(huì)被逐步淘汰。

C-HUD產(chǎn)品，圖源：網(wǎng)絡(luò)

W-HUD則沒(méi)有采用屏幕設(shè)計(jì)，它利用反射原理將導(dǎo)航數(shù)據(jù)投影到擋風(fēng)玻璃上。與前面的C-HUD產(chǎn)品相比，具有顯示范圍更大，VID更遠(yuǎn)等特點(diǎn)。根據(jù)海通國(guó)際的研究報(bào)告指出，目前W-HUD的FOV能做到10°X4°，VID約為4-5米，為當(dāng)前主流的HUD產(chǎn)品。

而AR-HUD，可以簡(jiǎn)單把它理解為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)版本的W-HUD，它的一些參數(shù)要優(yōu)于普通的W-HUD產(chǎn)品。

德州儀器數(shù)據(jù)指出，HUD產(chǎn)品如果想要實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)功能，需要達(dá)到VID>7米，并且FOV>10°。當(dāng)VID大于7m，人類視覺(jué)對(duì)深度的感知能力會(huì)降低，在這個(gè)距離的投影圖像會(huì)使駕駛者產(chǎn)生圖像與現(xiàn)實(shí)世界融合的錯(cuò)覺(jué)。

圖源：德州儀器

在功能方面，理想的AR-HUD產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)跟車提醒、行人預(yù)警、車道偏離指引、變道指引等一系列功能。更重要的是，它的投影內(nèi)容能實(shí)現(xiàn)虛擬影像與現(xiàn)實(shí)世界內(nèi)容的深度融合。

此外，從一些HUD廠商的概念視頻來(lái)看，未來(lái)AR-HUD與3D地圖等數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以把商場(chǎng)、餐廳廣告等LBS AR信息投射到畫(huà)面中，儼然一副AR眼鏡。

圖源：Raythink

 AR HUD爆發(fā)前夕，面臨哪些技術(shù)難點(diǎn) 

有人把2021年稱為汽車AR-HUD元年，這一年眾多國(guó)內(nèi)外主機(jī)廠開(kāi)始推出搭載AR-HUD的車型，比如長(zhǎng)城摩卡、吉利星越L等。不過(guò)，AR-HUD跟當(dāng)前AR眼鏡一樣，仍然處于發(fā)展早期階段，技術(shù)并不成熟。

VR陀螺了解到，當(dāng)前AR-HUD面臨著以下幾方面技術(shù)難點(diǎn)：

一、畫(huà)面調(diào)整

AR眼鏡用戶都知道，當(dāng)我們佩戴眼鏡時(shí)，視線需要放到某一個(gè)合適的范圍，這樣才能看清楚顯示畫(huà)面（該參數(shù)為EyeBox）。同樣，AR-HUD也有這一問(wèn)題。由于駕駛員的身高各不相同，導(dǎo)致每個(gè)人的行車視角都不一致。如何調(diào)整AR-HUD投射的畫(huà)面，使之避免出現(xiàn)畫(huà)面發(fā)虛、錯(cuò)位等問(wèn)題，比較考驗(yàn)HUD廠商的能力。

AR-HUD光路，圖源：網(wǎng)絡(luò)

據(jù)了解，華為AR-HUD的解決方法是利用IMU（慣性傳感器）以及DMS（駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)）來(lái)監(jiān)控行車狀態(tài)，然后實(shí)時(shí)對(duì)顯示畫(huà)面進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到畫(huà)面穩(wěn)定的目的。

松下在CES 2022上發(fā)布的AR HUD 2.0版本，里面新增了眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)，美國(guó)松下汽車系統(tǒng)公司首席技術(shù)官Andrew Poliak說(shuō)道：

"松下AR-HUD 2.0延續(xù)了將集群和HUD等顯示域向上集成到中央信息娛樂(lè)計(jì)算模塊的趨勢(shì)。通過(guò)將我們專有的眼動(dòng)追蹤技術(shù)整合到AR-HUD中，我們可以了解駕駛員的正在注視的位置，然后將AR圖像與現(xiàn)實(shí)世界更準(zhǔn)確地匹配和聚焦，從而提高駕駛員視野中圖像的保真度。"

二、虛實(shí)融合

FUTURUS創(chuàng)始人徐俊峰指出：“AR-HUD最難的就是通過(guò)3D光場(chǎng)顯示技術(shù)呈現(xiàn)虛擬世界，以及虛實(shí)實(shí)時(shí)融合技術(shù)。”

想要實(shí)現(xiàn)畫(huà)面虛實(shí)融合，首先就需要實(shí)現(xiàn)畫(huà)面虛像的連續(xù)變焦，由于車輛處于實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，虛像與現(xiàn)實(shí)的融合效果也需要實(shí)時(shí)做出調(diào)整，這需要引入多種傳感器進(jìn)行協(xié)同工作，并且對(duì)于算法也有著很高的要求。

圖源：Futurus

目前為了實(shí)現(xiàn)更好的顯示效果，有些廠商推出了雙焦面HUD產(chǎn)品。所謂雙焦面，指的是把投影畫(huà)面投射到兩個(gè)不同的焦面當(dāng)中，其中近距離焦面顯示車速、行駛里程等信息，而遠(yuǎn)距離焦面用于顯示導(dǎo)航指引、切線指引等信息。

此前大眾ID系列純電動(dòng)車采用的就是雙焦面AR-HUD方案，而近日，國(guó)內(nèi)華陽(yáng)多媒體宣布其AR HUD產(chǎn)品雙焦面技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)突破，采用的是單PGU設(shè)計(jì)方案。

值得一提的是，目前很多已量產(chǎn)的AR-HUD產(chǎn)品實(shí)際上仍無(wú)法很好實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合效果，前面所說(shuō)的雙焦面也只是一個(gè)過(guò)渡方案，所以也有人把這部分產(chǎn)品稱之為“假AR-HUD”。

如果想要實(shí)現(xiàn)“真3D”效果，目前主流的技術(shù)路線有兩種：一是全息光波導(dǎo)技術(shù)，這一技術(shù)的代表企業(yè)有DigiLens，二是激光投影技術(shù)，代表企業(yè)有松下以及WayRay。

去年WayRay就展示了一款概念車型Holograktor，該車型配備了全息顯示技術(shù)Deep Reality Display，可以實(shí)現(xiàn)3D AR的動(dòng)畫(huà)效果。

圖源：WayRay

據(jù)悉，激光投影技術(shù)的主要原理為：當(dāng)包含高透光聚合物薄膜的玻璃受到激光裝置照射時(shí)，能生成明顯的3D圖像。WayRay表示，它能做到比現(xiàn)有的HUD具有更大的視野，并且在零到無(wú)窮遠(yuǎn)之間的不同視覺(jué)深度下，信息可以顯示得更亮。這意味著它在陽(yáng)光直射的狀態(tài)下，依然能很好地工作。

三、成本問(wèn)題

據(jù)了解，寶馬5系選裝AR-HUD價(jià)格為11600元，奧迪A6L價(jià)格更是高達(dá)18700元。AR-HUD成本較高，成為了限制它推廣的重要原因之一，目前市面上搭載AR-HUD的量產(chǎn)車型有奔馳S級(jí)、奧迪A6L、紅旗E-HS9、大眾ID4等，以豪華車型居多。

AR-HUD產(chǎn)品售價(jià)較高，究其原因，與制造工藝難度大、定制化程度高等因素有關(guān)。

國(guó)內(nèi)汽車計(jì)算平臺(tái)提供商布谷鳥(niǎo)科技指出：從光學(xué)的角度來(lái)看，擋風(fēng)玻璃是自由曲面，而為了形成不失真的圖像，就要求HUD中的凹透鏡發(fā)出非常精確的圖像。因此，在制造大鏡片的過(guò)程中對(duì)容差的要求非常嚴(yán)格，大陸集團(tuán)HUD非球面反射鏡采用塑料注塑成形方法生產(chǎn)，整個(gè)表面的容差在 5 微米 (0.005 mm) 以下，需要使用十萬(wàn)級(jí)或萬(wàn)級(jí)無(wú)塵室車間。

此外，國(guó)內(nèi)HUD生產(chǎn)廠商Futurus表示，汽車生產(chǎn)研發(fā)期間，每一次車型的微小調(diào)整、擋風(fēng)玻璃角度的變化，都需要相應(yīng)地調(diào)整HUD光路設(shè)計(jì)方案，特別是核心部件光學(xué)曲面鏡。如果車身傳感器布局出現(xiàn)變化，HUD的數(shù)據(jù)接入也需要相應(yīng)調(diào)整。這也注定了AR-HUD很難實(shí)施批量化、模塊化打造。

四、體積問(wèn)題

前面提到要實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的效果需要保證HUD產(chǎn)品提供比較大的FOV以及VID。但隨著顯示尺寸變大，成像設(shè)備的尺寸也會(huì)隨之增大。比如裝配在奔馳S級(jí)車上的AR-HUD，體積就達(dá)到了27L，而相較之下，W-HUD等傳統(tǒng)產(chǎn)品的體積只有4-6L。

華為在IAA MOBILITY 2021展出的AR-HUD產(chǎn)品，圖源：網(wǎng)絡(luò)

為了縮小AR-HUD體積，目前主流的方法是優(yōu)化光路設(shè)計(jì)，如縮小PGU與反射鏡距離，又或者引入新的波導(dǎo)技術(shù)等。

有意思的是，也有廠商設(shè)想過(guò)在汽車中引入AR眼鏡以完善導(dǎo)航體驗(yàn)。三星曾經(jīng)在美國(guó)專利商標(biāo)局發(fā)布了一個(gè)關(guān)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡的專利申請(qǐng)：駕駛員佩戴AR眼鏡，通過(guò)內(nèi)置的導(dǎo)航應(yīng)用程序，可實(shí)現(xiàn)變道提醒、目的地導(dǎo)航等功能。此外，該專利中內(nèi)部車載攝像機(jī)可以識(shí)別用于控制用戶界面或向系統(tǒng)發(fā)送命令的用戶空中手勢(shì)。

華為在去年也公開(kāi)了一件智能穿戴設(shè)備相關(guān)專利，專利公開(kāi)號(hào)為CN113686350A，專利中提到可以利用AR眼鏡設(shè)備補(bǔ)充顯示時(shí)間、車速以及油耗等信息。

圖源：華為

 結(jié)語(yǔ) 

AR-HUD目前體驗(yàn)仍不算完美，還有前面所提到的眾多問(wèn)題需要解決，但是它的技術(shù)以及市場(chǎng)潛力不言而喻。

根據(jù)高工智能汽車研究院發(fā)布的數(shù)據(jù)，2019年國(guó)內(nèi)新車HUD搭載量為28.51萬(wàn)臺(tái)，2020年則增長(zhǎng)近1倍至58.01萬(wàn)臺(tái)；預(yù)計(jì)到2022年HUD前裝搭載率將超過(guò)10%，2025年國(guó)內(nèi)前裝滲透率將達(dá)到25%，市場(chǎng)空間近100億元。

目前，HUD賽道吸引了國(guó)外偉世通、日本精機(jī)、日本電裝、德國(guó)大陸以及國(guó)內(nèi)的華陽(yáng)集團(tuán)、江蘇澤景、Futurus、瑞思華創(chuàng)等廠商入局。

不過(guò)值得注意的是，目前也有觀點(diǎn)指出，AR-HUD只是未來(lái)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛的一個(gè)過(guò)渡技術(shù)，畢竟實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛后，AR-HUD抬頭顯示的便利，對(duì)于用戶而言，也就顯得無(wú)足輕重了。不知道你們持有什么樣的一個(gè)觀點(diǎn)呢？