快播:硬核科技论 | 人机交互的终极形态?AR-HUD到底是个什么东西
出品 | 搜狐汽车·视车学院
作者 | 戴维利
编辑 | 马良
【资料图】
在电影《美国队长2》中有一个非常经典的桥段,神盾局局长尼克弗瑞被九头蛇偷袭,在一番恶战之后他最终凭借着特制的雪佛兰Suburban逃出生天。在整段的追车戏中,这台Suburban前挡风上的HUD都格外引人瞩目,它不但能接打电话、反馈车辆信息、自动导航、甚至还能监测身体情况,你能想到的车机功能基本全被集成在了这套系统中,这就是近两年在汽车领域非常火热的AR-HUD,本期硬核科技论我们就来跟大家好好聊聊这个新玩意。
1. 什么是AR-HUD ?
AR-HUD是一种将增强现实(AR)技术应用于抬头显示(HUD)的汽车智能座舱系统,他是在HUD的基础上,进一步将虚拟的图像和信息叠加到现实的路面上,形成虚实融合的效果。AR-HUD可以根据车辆的位置、方向、速度、路况等数据,动态地调整投影的内容和位置,来和实际道路和环境相匹配,这样就可以大大增强驾驶员的感知和交互能力。
2. AR-HUD的工作原理
AR-HUD的成像原理其实和传统的HUD是基本一致的,都是利用离轴三反射镜光学系统,就是通过图形显示器(PGU)产生图像——利用小反射镜(fold mirror)折转光路——再通过大反射镜(rotable mirror)反射放大——最终在风挡玻璃上反射进入人眼成像。
相较于传统HUD只是对简单信息进行映射,AR-HUD的先进之处就在于,它还需要一个AR-Creator算法模块,它可以融合导航、ADAS、车辆信号等信息,进行图像渲染及虚实重叠后,把显示模型输出给光机,最终形成我们在前挡风上看到的增强现实的效果。
3. AR-HUD的技术难点
看上去很美好是不是,但其实离实现视频里的效果,AR-HUD还有相当长的路要走。相较于传统HUD,AR-HUD带来了更高的设计难度和制造成本,我们这里挑几个比较重要的技术点来聊一聊。
首先,是距离。大家如果体验过不同车型的HUD,应该就能感觉每台车HUD和你的距离是不一样的,有的比较远,而有的可能就在你视线底下,这个图像焦点,到眼睛的距离,就是虚象距离VID(Virtual Image Distance)。
目前的传统HUD的VID基本都在8米左右,AR HUD比稍微远一点,在10-15米左右,但我们在驾驶的时候视线关注的距离一般都可以有好几百米,所以如果HUD的VID很近,那就会导致你在驾驶的过程中,你的眼睛需要来回变焦,多变几次就很容易出现视觉疲劳。
所以要想实现更远的VID,就需要更多的镜片组结构来将图像不断折射放大,这也就会导致HUD光机的结构愈发的复杂和庞大,对于设备稳定性的要求也会更高。
这也就引出了AR-HUD的第二个难题,就是大小。为了能更好的匹配前方路面信息,AR-HUD的面积一定是越大越好。这里我们就要提到一个新的概念,叫Field of View “视场角”,简称FOV。FOV是以眼睛为顶点,以眼睛看到虚像的最大范围的两条边缘所构成的夹角。
FOV反应了我们看到的AR-HUD图像大小,AR-HUD的水平FOV至少需要达到10°以上。在保证成像距离、大小的同时,要扩大FOV,以实现覆盖多车道显示,这对功耗控制与光学设计有着很高的技术要求。
和我们上面提过的VID一样,在投影技术相同的情况下要达到足够大的显示尺寸,就必须让虚像在光机内的光路变长,这个因素会明显增加硬件体积和结构复杂度。传统HUD的体积大概在2-3L,而奔驰S级搭载的77英寸AR-HUD体积已经来到了27L,这势必会侵占驾驶舱的空间,所以如何做好空间取舍也是现阶段搭载AR-HUD车型需要考虑的问题。
总结:
虽然目前仍然不是一项成熟的技术,但AR-HUD的广阔前景才是各大车企真正看重的地方。随着这项技术的不断成熟,未来AR-HUD不仅仅是一个显示系统,还是一个连接虚拟与现实的桥梁,一个进入车内元宇宙(Metaverse)的入口。通过AR-HUD,驾驶员可以与车辆、路况、环境、服务等进行更深层次的交互和体验,创造出更丰富和多样的驾驶场景和价值,也许未来的某一天,你真的可以像神盾局长那样去和你的爱车互动。
Ok那本期的硬核科技论就到这里啦,不知道有没有完善一下大家对于AR-HUD的认知,如果你有什么想表达的想法也欢迎在评论区和我们互动,我们下期节目,不见不散。
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