FUTURUS未來黑科技：AR HUD是基于體驗的産品，重點在于融合

 随着汽車智能化趨勢的持續推進，新老造車勢力搶灘布局智能汽車發展。傳統的CHUD和WHUD已經無法滿足智能座艙與ADAS功能的展示和交互需求，兼具實用性和科技感、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。

  除全新一代奔馳S級外，紅旗E-HS9、大衆ID.4、奧迪Q4 e-tron，長城WEY 摩卡、現代艾尼氪5、北京汽車“魔方”等配備AR HUD的量産車型也先後亮相。近期，華為正式發布AITO品牌車型問界M5，同樣搭配了AR HUD功能。可以預見，AR HUD作為未來智能座艙的重要組成部分，将迎來一輪量産爆發潮。

  現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，現行車機系統及操作邏輯參照移動端開發經驗進行改良，導緻市場上很多車機系統的交互邏輯并不科學。

  移動端交互基于沉浸式操作，大量的應用直接展現在一小塊電容觸控屏幕上。而車機系統不一樣，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注車載系統顯示。因此，車載系統的信息布局必須滿足直接、快速、準确的要求，在極短的時間内以最直觀的方式呈現在駕駛者眼前。

  圖 | HUD讓汽車儀表、導航等信息擡頭可見

  傳統CHUD和WHUD雖然在一定程度上解決了視線轉移的問題，但受限于顯示尺寸，隻能簡單呈現少量的車輛行駛數據信息，和簡略的導航誘導信息，無法快速為用戶提供直觀、無需思考的駕駛引導。

  而AR HUD可以通過增強現實技術，将導航誘導信息直接投射到路面上，采用與真實道路融合的虛拟箭頭指引車輛前進，提前提示車輛變道、拐彎等，無需駕駛員額外思考。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、交通信号燈監測等服務。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。

  感知、顯示、融合

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

  其中，PGU普遍采用TFT-LCD，個别項目采用DLP投影技術，此外還有極少一部分采用LCOS投影或激光MEMS掃描投影技術。實際上，PGU的顯示面闆雖然是HUD的核心部件，但并不是HUD公司的核心技術。HUD一級供應商通常從上遊的顯示面闆廠商處采購标準顯示面闆，通過設計HUD光路得到較好的畫質，配合相應的軟件系統，讓駕駛者能夠獲得用戶體驗。

  而AR HUD要想實現真正的AR顯示效果，不僅需要對現實世界進行精準感知，還需要實時、準确呈現數字化的虛像，并與實景道路環境進行融合。

  感知技術：為了實現虛拟信息和真實場景的無縫疊加，要求對周圍道路實景環境進行實時地感知，生成真實世界的三維坐标信息。

  圖 | FUTURUS AR動态渲染引擎

  顯示技術：基于物理空間的感知結果和三維光場顯示技術，借助融合技術、算法和計算機圖形技術，實時計算、渲染生成任何需要被投射到真實世界内的虛拟對象。

  融合技術：虛實融合是AR HUD技術的重中之重，不僅需要實現真實世界與AR HUD虛拟成像在位置(空間坐标)上的融合，還需要做到毫秒級的延遲控制(時間坐标)，才能将數字虛拟世界與真實世界融合，融合的精準度直接決定了AR HUD的使用體驗效果。

  沒有融合和交互的“假AR HUD”

  AR技術需要将原本在現實世界中難以體驗的信息進行數字化處理，并疊加在真實世界之上，從而實現超越現實的感官體驗。而目前國内外市場上自稱或被稱作AR HUD的産品，并沒有達到技術意義上的增強現實顯示效果。這些“假AR HUD”産品，采用的都是傳統HUD的2D平面顯示技術，通過簡單播放實時渲染的僞3D動畫，甚至特定幾個固定動畫的形式在HUD的2D畫面中進行駕駛指引，用戶體驗非常差。

  人在開車的過程中，需要關注前方幾米～∞遠的範圍内的環境，根據關注對象的不同，人眼需要能夠對焦在不同距離上。目前除了FUTURUS未來黑科技的光場AR HUD産品，其他AR HUD産品的畫面都投射在視線前方7到10米的固定距離，虛拟信息和現實環境無法達到空間位置上的融合，無法實現AR融合效果。而當前方車輛或其他障礙物與司機視線距離小于HUD的顯示虛像距離時，強行将HUD顯示内容與前方道路實景進行融合，則會産生嚴重的視覺輻辏沖突，令駕駛者感到眩暈和不适。

  HUD是為了解決駕駛員頻繁轉移視線查看儀表和中控信息導緻的安全隐患才誕生的一項技術。安全，是HUD産品的第一性原理。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幹擾，帶來安全隐患。

  好的融合應該是怎樣的?

  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，FUTURUS光場AR HUD基于研發的三維光場AR顯示技術，開發出了一套與之匹配的軟硬件系統和AR算法，可以在駕駛者視野前方的現實世界中，投射出适應不同遠近對焦距離的三維虛拟信息。這種三維光場顯示技術能夠将虛拟世界的信息和現實世界的相關物體在同一空間位置進行展示，實現虛拟與現實的完美融合，不僅能夠呈現真正意義上的AR增強現實顯示效果，也可以徹底解決視覺輻辏造成的眩暈問題。

  圖 | FUTURUS光場AR HUD顯示效果

  此外，FUTURUS基于車身自有傳感器和處理器開發出的多傳感器融合架構和算法，不僅能夠對現實道路環境進行實時感知，配合坐标系融合、防抖動與延遲算法，還可以快速實現從感知、顯示到融合的零延時響應，且數據的計算與采集也更加，從而打造沉浸式AR體驗。

  FUTURUS未來黑科技光場AR HUD産品視場角可達20度，可覆蓋五條車道，顯示距離覆蓋視線前方4米至∞遠，為駕駛者在車窗前呈現出一個虛拟世界與現實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，元宇宙的概念甚嚣塵上，國際互聯網巨頭紛紛下注，力圖從硬件、軟件、系統、内容、應用等不同緯度搶先占位。清華大學新聞與傳播學院教授沈陽認為，元宇宙是整合多種新技術而産生的新型虛實相融的互聯網應用和社會形态，它基于擴展現實技術提供沉浸式體驗。也就是說，元宇宙指向了下一代互聯網形态，而VR/AR則是幫助元宇宙從概念走向現實的技術基礎。

  圖 | 元宇宙BIGANT六大技術全景，圖源：《元宇宙通證》

  根據FUTURUS創始人、CEO徐俊峰的判斷，基于增強現實技術的數字孿生互聯網将是智能汽車的發展終局。現在的智能汽車，已經高度集成了傳感器、處理器、ADAS等複合功能，無論是從芯片算力、傳感器數量、智能硬件設備、屏幕空間等各個方面來看，汽車的表現都遠勝于手機和AR眼鏡，有望成為連接物理世界和元宇宙的超級智能硬件。

  随着自動駕駛技術、AR HUD等産品和技術的進一步普及，駕駛者完全可以把枯燥且疲憊的出行任務交由汽車自主完成，用戶在車内獲取完全沉浸式的體驗将不再隻是科幻電影中的情節。面對這個充滿無限可能的“移動空間”，你準備好了嗎?