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行业动态 |AR HUD还没规模量产,3D HUD却要来了!


你知道有多少在售车型搭载了HUD吗?
据数据显示,截至今年7月底,国内在售新车HUD的搭载率为4.74%,这其中既有C-HUD,也有黑白、彩色的W-HUD。但这些量产技术不论是显示面积、距离、数据、体验方面都有所欠缺。
同时,现有的W-HUD系统都是将图像投影到挡风玻璃上,只有二维视觉效果。而3D HUD会将图标覆盖在准确的道路或者建筑上。
提供固定深度的2D HUD获得竞争优势的机会可能很短暂,行业对下一代3D和AR HUD的预期已经在形成。

HUD出现的时间非常早,但一直没有成为汽车的主流配置。从C-HUD、W-HUD,到AR-HUD再到如今的3D AR HUD,或许整个行业在等待更有实用价值的时间点。

和AR HUD技术不同,3D HUD基于一个3D虚拟显示器可以投射到挡风玻璃前方,此时AR技术将根据目标的3D位置动态投影。3D虚拟显示器被投射到3D世界中,所以当头部移动时不会有不匹配。
而现有的AR导航的渲染,或者说虚拟对象在HUDframe中的定位是由三维现实世界和二维虚拟图像坐标之间的关系决定的,这就涉及到了如何准确校准。


一、3D+AR HUD

捷豹路虎近日披露正在通过其最新的技术研究,探索在自动驾驶汽车实现之前或之后,使用3D投影技术开发3D平视显示器(3D HUD)的概念,可以显示前方道路的信息,以及为乘客提供个性化3D信息娱乐。

下一步,捷豹路虎将利用头部和眼球跟踪技术,该系统可以锁定车辆中许多人的位置,并给他们每个人个性化的3D投影“屏幕”,比如与道路实景关联查找POI,甚至是看电影。

目前,捷豹路虎与剑桥大学先进光子学和电子中心的合作仍在进行中,但3D技术在某种程度上应用于汽车只是时间问题。
不过,行业内仍有不少质疑声音,比如3D HUD可能会加重分散注意力,但捷豹路虎声称,它实际上可以提高安全性。
在传统的HUD技术中,驾驶员视线的变化会导致前方道路信息的不对齐。它要求驾驶员观察某一点沿光轴的投影。当驾驶员移动头部时,投影数据和现实世界中的目标之间就会出现不匹配的投影。
而3D AR HUD可以根据行驶速度显示不同视距的信息,比如以40公里/小时行驶时显示前方40米,在高速公路上以80公里/小时行驶时显示前方80米。不管驾驶员的视角如何,这些信息都能被准确地呈现出来。
该公司表示,3D平视显示器可以用来显示前方的危险,并帮助抵消能见度低的影响。捷豹路虎表示,导航方向和其他信息也可以投射到前方的道路上,把它们放在司机应该已经在看的地方。
捷豹路虎称,另一项在德国进行的研究表明,3D显示可以帮助改善驾驶员的反应时间,这对于自动驾驶来说至关重要。
3D HUD是捷豹路虎“智能客舱”计划的一部分,该计划旨在利用技术提高安全性和便利性,并预测在自动驾驶到来时,车内技术将发生怎样的变化。

捷豹路虎对于HUD的“追捧”,要追溯到2014年,当时亮相的路虎“发现概念”(Discovery Concept Vision)宣称,所有的玻璃都将是“智能玻璃”,能够向乘客显示图像、方向和兴趣点(POI)信息。

不过,3D HUD技术并非捷豹路虎的“专属”。

早在五年前,丰田美国技术中心就推出了3D HUD的原型机,三个传感器为HUD收集数据:一个相控阵雷达收集速度和目标位置,摄像头显示它们的形状和形状,以及激光雷达确定车辆与HUD显示的目标距离。

目前丰田正在尽量缩小这一系统的体积,对现有核心零部件进行集成,并且增加传感器的灵敏度,加快处理速度。

而三年前,日本的柯尼卡美能达公司与东京大学开始联合研究,开发一种快速投射3D虚拟图像的技术,通过不断将其光学和传感技术与高速图像处理、图像投影和可变焦距技术相结合。

比如,根据与物体的距离和行驶速度,显示挡风玻璃在不同位置的信息,以便司机更好地识别。Alpine随后与柯尼卡美能达宣布推动3D AR HUD量产计划,目标是在2022年进一步提升适用于大规模生产的技术。


二、3D全息投影已经在路上

全息投影技术(front-projected holographic display)属于3D技术的一种,也称虚拟成像技术,是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。

今年初CES展上,WayRay展示了内置在现代Genesis G80豪华轿车中的全息AR显示屏,其中导航元素和POI图标通过挡风玻璃显示在驾驶员前方。

该公司还展示了True AR软件开发工具包,允许第三方开发人员将虚拟对象集成到现实世界中,并创建运行在其全息AR显示器上的AR应用程序。

去年,WayRay拿到了来自保时捷、现代汽车以及阿里巴巴的8000万美元的融资,已经筹集了超过1亿美元。

WayRay的全息投影強化HUD技术,此前已经与斑马合作开发了基于AR技术的导航和信息娱乐系统。目前,保时捷已经加入了WayRay的测试计划,同时现代汽车和保时捷均表示计划最快在2020年实现相关技术的量产落地。

而在中国,HUD初创公司未来黑科技此前也宣布,公司的第三代产品AR HUD正在基于量产要求进行开发,预计2020年底能够完成产品的所有相关验证。

和WayRay类似,未来黑科技的第三代产品AR HUD对挡风玻璃也没有特殊的要求,并已率先在样车上实现了全车窗的HUD显示。未来黑科技同时具备增强现实光场显示和无介质全息显示两项技术。

未来黑科技相关负责人表示,国内有些OEM在HUD的需求上非常激进,一二代的HUD无法满足需求,希望2021年可以量产AR HUD,即三代HUD产品。

与之相契合的,是自主OEM计划2021年前后实现L3自动驾驶技术的量产,而AR HUD则是最适合的。

当然,3D全息技术还可以用于座舱的其他部分,比如仪表集群。博世近日宣布正在研发下一代3D仪表,基于被动3D技术可以向驾驶员投射出逼真、清晰的重要图像。此外,基于摄像头的辅助,汽车后部的3D视图将帮助司机准确判断他们车身后方可用距离。

而此前行业发布的大多数3D仪表,并不是真正的3D。以梅赛德斯-奔驰的MBUX系统为例,它使用一个前置摄像头在显示屏上创建增强现实,很好地模拟了深度,但仍然是2D的。


三、如何分辨2D、AR、3D

HUD(Head Up Display)发展历程主要分为三个阶段,已经经历了前面两个阶段,随着光学、AR、图像识别等技术不断突破,逐步向第三个阶段发展,AR-HUD,同时可以理解为3D-AR-HUD。

HUD输出的信息更多在前挡风玻璃上进行展示,输出的信息内容比较少,主要是车速、限速、简单式的导航、车道偏离、后方来车、报警提示相关信息,界面风格设计更加偏向简洁明。

3D-AR-HUD输出的信息不仅仅在前挡风玻璃上进行展示,更多与车外环境进行合成,如:道路、前方行人、车辆、周围的建筑物等,友好提醒驾驶员,从而有效防止事故发生。

3D-AR-HUD最大区别于2D-HUD,它的绝大部分图形是实时动态生成;信息投射到三维世界,驾驶员视线在物理空间移动,也不会导致图像失配,所以驾驶员视线活动空间更大。