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近年來，ADAS高級駕駛輔助技術和AR增強現實交互技術的進一步發展推動HUD技術革新，兼具實用性、科技感、且能為用戶打造沉浸式體驗的AR HUD成為各大主機廠關注焦點。
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口，市場關注度不斷攀升。
區別于普通WHUD只能在2D的平面內顯示儀表功能，AR HUD基于增強現實技術，可以將車輛變道、拐彎等導航誘導信息直接投射到駕駛者視線前方的路面上，還能結合道路實際路況，為駕駛員提供夜視系統、碰撞預警、車道保持、車道偏離預警、盲區預警、行人預警、障礙物預警、交通信號燈監測等服務。相比傳統HUD，AR HUD極大地提升了駕駛員在駕車過程中的用戶體驗。
當我們提到AR HUD，我們在談論什么？
目前HUD行業關于AR HUD的產品并未達成清晰統一的定義共識，有觀點認為FOV達到10*3°以上，VID超過7.5m的HUD就可以稱之為是AR HUD產品。但事實上，僅從光學參數的角度無法完全定義AR HUD，因為AR技術的本質在于虛擬信息與真實世界的完美融合，這是僅靠光學設計本身難以達到的。
FUTURUS首席科學家吳慧軍博士認為，在嚴格意義上，AR增強現實的定義包括三個要素：
（1）真實和虛擬物體形狀、位置等關鍵要素被精確地感知和呈現；
（2）真實和虛擬世界的完美融合；
（3）實時交互。
這也就決定了一個真正的增強現實顯示技術需要從光學設計、軟硬件、HMI交互等不同維度同時發力：
首先光學設計層面，單層的2D畫面設計已經需要解決功耗、亮度、重影、視差等系列難題，AR HUD畫面尺寸遠大于傳統HUD，這也導致AR HUD的光學設計難度呈幾何級數提升；
硬件部分，AR HUD需要一個能夠生成三維圖像的PGU像源，投射超大畫面、多重甚至連續景深三維光場（全息）影像；
軟件層面，AR HUD對嵌入式軟件和AR實時渲染引擎的要求也更高，需要保證四維時空的低延遲融合顯示；
在HMI交互設計上，AR HUD要求以“極致體驗”為目標，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的信息負荷和干擾。
虛實融合，AR HUD的技術門檻
吳博士提到，AR HUD 與WHUD最本質的區別在于，WHUD可以被定位為一個顯示屏幕，但AR HUD不僅需要做顯示，更難的是虛擬與真實的精準對位。
技術難點1：對真實世界的感知
目前主機廠通常將HUD歸類于智能座艙域，但AR HUD往往需要與自動駕駛域的ADAS數據進行打通，基于車身自有攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達，以及GPS、差分高精度定位、IMU等諸多傳感器數據，實時感知車身運動姿態和外部環境物體姿態，并進行準確識別。
技術難點2：虛擬世界的光場呈現
AR HUD要求對HUD畫面進行連續變焦呈現，這一點傳統的 WHUD 技術很難達到，需要借助三維的顯示技術才能實現。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，其實也只是一個VID為10m的單層畫面，只能顯示一組與真實路面無法融合的導航箭頭。
技術難點3：空間坐標系的對齊
基于對真實世界的感知和對虛擬世界的呈現，HUD必須快速完成虛擬影像與真實世界在空間坐標系上的定位坐標轉換與對齊，也叫做空間融合。
技術難點4：時間坐標系的低延時顯示
車身自有傳感器數據從采集到輸入給HUD的AR實時渲染引擎完成虛像呈現，中間必然有一個時間差。根據FUTURUS目前的測算數據，這個延時的時間差需要控制在30ms以內。這對空間運動姿態捕捉及延時補償算法的運算速率要求極高，甚至需要對場景識別的運動軌跡進行預判。
理想中的AR HUD
目前來看，有些以AR HUD名頭出道的產品，在視覺效果上的確做出了改進，比如圖像更大更清晰，成像距離更遠，有的甚至頗具動態感，但是實際體驗下來的感受卻差強人意，其根本原因在于HUD畫面與道路環境的不融合。
基于對AR HUD產品的本質洞察，FUTURUS已經推出了獨家專利光場AR HUD產品，通過采用三維光場顯示器而非簡單動畫或動圖模擬的技術形式，在駕駛者視線前方的擋風玻璃外數米至無窮遠的距離呈現三維的“全息”影像。結合低延遲實時融合軟硬件系統及算法，可以達到實時的真AR融合效果。
同時，FUTURUS也將光場AR HUD多項核心技術下沉，提供搭載空間運動姿態捕捉及延時補償算法和AR渲染引擎的2D AR HUD產品。該產品采取雙焦面成像，近層畫面FOV約10*3°，VID約4～5m，遠層畫面FOV達13/12*5°，VID約15～20m。遠近層畫面同軸，同時參與AR成像并可根據對道路環境的識別在轉彎、近距離跟車等場景下實現遠近畫面聯動跳轉，避免AR畫面鉆車導致的眩暈等問題。
電動化、智能化、網連化、共享化已經成為汽車行業未來的發展趨勢，汽車也正在由交通工具向智能移動終端演變，這些趨勢將帶來人的生活與出行方式的極大變革。以前風擋為顯示界面的AR HUD有望憑借更大的顯示尺寸以及更優的沉浸式體驗逐步替代中控及儀表，成為人車交互的新窗口。而主機廠也應當抓住這個機會，基于AR HUD交互優勢探索下一代互聯網的生態，一旦成為現實，帶來的將是整個汽車產業價值鏈的重構。
（雷峰網(公眾號：雷峰網)）
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