元宇宙是科幻作家史蒂文森最早在1992年創作的小說《雪崩》中提出的概念，過去在VR/AR專業領域都不一定有太多人知道，而隨著張一鳴以90億元人民幣收購國內市佔率最高的VR一體機公司Pico之後，這個概念突然變得家喻戶曉起來。並非空穴來風，這種表象的背後是相關技術已走向成熟，巨頭髮現了新的增長點的時候想要表達的底層邏輯。
與此同時，在德國慕尼黑的國際汽車及智慧出行博覽會上，華為展示了另一種AR，即增強現實抬頭顯示（AR-HUD）方案，向業界表明，其已具備了小體積、大畫幅、超高畫質的關鍵能力。HUD這一領域過去幾乎完全由國外大廠壟斷，如今國內廠商正藉助AR-HUD新技術的更新換代，彎道超越國際競爭對手，有望拿到另一張“元宇宙”的入場券。
即將爆紅的AR-HUD到底是神馬東西
HUD與VR/AR領域常用的HMD兩個英文縮寫就差一個字母，這對孿生兄弟的全稱也十分接近。HMD在VR/AR裡面是頭戴式顯示器（Head Mounted Display）的意思，簡稱頭顯，就是我們常見的“VR一體機”、“AR眼鏡”等等。而HUD全稱是抬頭顯示（Head Up Display），這種顯示則不用戴任何裝置，只需要你抬頭就能看見。
早在1962 年，休斯飛機公司推出名為Electrocular頭戴式單目顯示器，可將影片訊號反射到透明目鏡中，隨後就被整合到了現代直升機和戰鬥機的駕駛艙中，我們知道戰鬥機飛行員，讀儀表盤的功夫，會錯過最佳射擊或躲避機會，當飛行員在頭顯中看到相關裝置的訊號，就可以迅速做出反應。HUD與HMD同樣早期被運用在航空器上，它會把重要讀數轉化成為光訊號投射在飛機的擋風玻璃上，在不用戴頭盔的時候，飛行員操作起來更加靈活。
美國上世紀八九十年代F/A-18大黃蜂戰鬥機上的HUD
到了1988年，通用汽車公司率先將 HUD 技術應用到了汽車上。雖然開車不能與開戰鬥機同日而語，但對於不熟悉汽車操作、交通規則、路況的時候，同樣需要提示，比如高速公路的下一個出口。我們看到現在智慧汽車儘管把顯示屏做得很大，有非常詳盡的地圖導航，但開車的時候只要頭一低，不管看一眼實時導航，還是看一眼實時車速，都是很不安全的。
你是否還記得在科幻電影《鋼鐵俠》中，託尼·史塔克的機甲頭盔會實時反饋外部資訊，輔助其操作，將虛擬影象疊加在現實物體上。我們希望你注意到一個細節，那些視覺聚焦點是“長”在物體上的，這才能體現出AR的能力。很多人會認為史塔克只是融合了一塊螢幕在頭盔裡，如果在眼前單純放一塊螢幕，實際上你會不斷地改變注視的焦距，一邊看眼前的讀數，一邊又要對付現實場景中的對手，這就會讓人眼不斷地調焦，既耽誤了反應時間，而且會讓人感覺非常疲勞。這也是當前HUD的主流版本W-HUD最大的缺點，不能疊加虛實物體。
我們知道，你更想要的是遊戲《極品飛車》那種，在前擋風玻璃的虛擬顯示，能夠與你目視的前方對齊，將光訊號投射在前方物體上、道路上，這也是AR-HUD一亮相就比較驚豔的原因。它的原理是這樣，想想初中學過的光學反射，當投影機光源發出了影象，它並不直接投射到眼睛裡，而是透過多個摺疊鏡的三次反射，最後，射出的影象在擋風玻璃上未完全成像，人眼可以自動將其延長線聚焦在遠處，這時駕駛員在前方兩米甚至更遠的地方就看到了一個虛像，這樣我們就把虛實疊加在了一起。
AR-HUD原理，來源：大陸集團官網
今年的國際消費電子展（CES）上，松下集團展示了最新的HUD系統，它並不侷限於顯示汽車儀表資料、導航等一些基本資訊，松下的想法是把擋風玻璃變成一個影片遊戲介面。松下汽車總裁兼松下智慧移動執行董事 Scott Kirchner 表示，松下的 AR HUD 系統一方面可以將人工智慧驅動的關鍵資訊投射到駕駛員的視線中，比如路上行人、其他車輛等，未來進入自動駕駛時代，我們還可以為乘客提供娛樂體驗、額外舒適度和保障。
在AR-HUD的世界裡，當車輛進入到自動駕駛階段，汽車的所有玻璃似乎都能成為資訊、娛樂和廣告的載體，司機的雙手就被解放出來了。就好比影片《碟中諜4》中，阿湯哥駕駛著寶馬概念車Vision Efficient Dynamics，其前擋風玻璃隨時可以載入導航地圖，介面還能移動切換。後來，來自倫敦的導演Keiichi Matsuda創作的科幻短片《超現實》把這一想象更是發揮到了極致，在公交車裡，充滿了各色廣告、周邊商店的打折資訊，車輛行進還會發生變化，而且不需要藉助任何裝置，抬頭即所見。
碟中諜4劇照 來源：IMDB
賓士S級汽車實景，來源：TopGear 極速志
HUD步入增長“快車道”
HUD商業化發展經歷了三個階段，C-HUD 階段、W-HUD 階段和 AR-HUD 階段，目前處在W-HUD向AR-HUD演變的過程中。與有些產品不同，HUD的新舊更替問題較少，在之前的發展階段中，HUD的市場滲透率極低，直到2010年，HUD的前裝滲透率僅為1。3%，到2019年才緩慢增長到8。5%，國內更低一些，到2019年才只有2。1%。
根據國際汽車製造商協會（OICA）以及專注於汽車、TMT、新能源領域的研究機構佐思產研提供的資料，2019-2025年E，全球前裝HUD滲透率由8。5%上升至22%，而國內HUD的滲透率從2019年的2。1%，有望在2025年提升到30%。根據中汽協、頭豹研究院的最新資料，國內前裝HUD的市場規模將在2025年E達到75億元人民幣，另據中汽協、高工資料、天風證券的測算， 這一市場規模將在2024年E就能達到108。7億元人民幣。
中國前裝HUD2016-2025年市場規模（單位：百萬元人民幣），來源：中國汽車工業協會、頭豹研究院
另據中金的研究，在需求、供給、產業趨勢三大驅動力的共同作用下，我國HUD市場自2020年出現拐點，前裝搭載量同比翻倍增長至58萬臺；2021年上半年，前裝HUD搭載率從2019年的1。3％提升至5。0％，其中W-HUD方案佔據主流，比重約為87％，不過這半年國內AR-HUD搭載量已突破5，000臺，增速十分明顯。從今年消費者行為調查來看，消費者對HUD的接受度與興趣度也在顯著提高，以蔚來ES6為例，根據高工汽車的資料，該車型消費者對HUD的選裝率約為50％。
成本下降是HUD搭載量提速的重要原因。根據乘聯會、佐思產研的資料，W-HUD的平均價格已由2019年的人民幣2，000元下降至今年的1，800元，預計到2025年將進一步下降到1，466元， 這兩年還相對高昂的AR-HUD的平均價格，也會從現在的4500元/臺，逐年下滑3％，未來幾年將會逐步取代W-HUD。
價格降低另一個好處，就是近幾年搭載了HUD的中低端車型也在持續增加，如此可以惠及更多的使用人群。根據汽車之家的資料，三年前還沒有一種搭載HUD20萬以下的車型，到2021年20萬元以下搭載HUD的車型已多達17種。
對於現在日新月異的自動駕駛技術而言，AR-HUD與ADAS的結合能起到相輔相成的作用。我們從圖表中可以看出，自動駕駛技術能夠提供駕駛員前方物體的相關資料分析，如相距距離、物體特徵、盲區監測、碰撞預警等，可以豐富HUD的顯示內容。另一方面，AR-HUD可以直觀的形式透過前擋風玻璃傳達給駕駛員，駕駛員可以及時或提前作出反應，讓自動駕駛變得更安全。
2020年ADAS細分功能滲透率，來源：賽迪顧問、頭豹研究院
除了安全性的剛需以外，當L3到L4自動駕駛躍升的過程中，逐漸解放了雙手的駕駛員開始追求更多的舒適度和娛樂性，人們開始延展汽車場景作為“第三空間”。狹小的手機螢幕顯然不能做到很好的匹配，這時需要有更大、更便捷、更有趣的螢幕，AR-HUD便成為其中不二選擇。同時也給各汽車電子廠商，甚至網際網路廠商創造了一個新埠的機會，他們將考慮如何將資訊內容在汽車螢幕中變得易讀、易用、易互動。
國產化HUD方興未艾
長期以來，HUD全球市場由前六大 HUD 廠商佔據行業 97%的市場份額，集中度很高。這六家分別為日本精機、德國的大陸集團、日本電裝、美國的偉世通、德國的博世、日本的矢崎，沒有一家中國公司。而且在中國市場，起初也是由這幾家公司把持，直到2020年，國內HUD市場佔有率排名前三的公司分別為日本精機（33。3%）、大陸集團（27%）、日本電裝（20%），再加上臺灣地區的怡利（9。2%），總佔比接近90%，其餘才是中國境內公司。
據高工智慧汽車資料，2021年上半年日本電裝、日本精機和大陸集團三大頭部HUD廠商在中國市場的總份額從2019年的90％下降至68％，而同期的國產廠商華陽集團從2020年的2%一躍到14。4%，排名第三。
華陽集團是總部位於廣東惠州的上市公司，成立於1993年，致力於成為國內外領先的汽車電子產品及其零部件的系統供應商。集團業務板塊涵蓋汽車電子、精密壓鑄、精密電子部件以及LED照明等，近年來重點圍繞汽車電動化、智慧化、網聯化、輕量化進行產品佈局，擁有包括HUD在內的智慧座艙、智慧駕駛和智慧網聯等領域較為全面的汽車電子產品線。
華陽集團從 2012 年開始佈局 HUD 業務，每年堅持研發投入，研發總投入已經超過8000萬元。目前已形成涵蓋光學、軟體、結構及電子等多學科的HUD研發技術團隊，隨著智慧網聯汽車行業的加速發展，其HUD 業務前期積累的技術、產品和市場已經臨近一個爆發點。今年上半年華陽的飛躍直接受益於它全面服務的長城汽車搭載HUD的加速，以及長城汽車本身在銷售上的豐收。後者在汽車市場整體下滑的情況下，上半年累計銷量達61。82萬輛，同比增加56。47%，最近一年長城汽車的股價翻了7倍。
華陽AR-HUD增強現實式抬頭顯示器演示，來源：汽車之家
與華陽同屬Tier1梯隊，成立於2015年的江蘇澤景電子在今年2月份宣佈完成人民幣1。5億元C輪融資之後，8月又完成了順為資本領投的3億元C+輪融資，它在全球首創了基於DLP技術的雙畫面AR-HUD量產解決方案，並與蔚來汽車、吉利汽車、長安汽車、長城汽車、奇瑞汽車、北汽新能源和大眾等企業簽訂了10多個量產和研發合同。
華泰證券去年預測，若國產化率從6%提升至11%，中資HUD整合企業5年在該業務領域的年化營收增速有望達到64%，根據 Wind 一致預期，三年預測年化營收增速為27%。從去年到今年不到2年時間，我們實際看到的增速已經高於預期。
國內創業公司FUTURUS的第四代樣車AR-HUD 在汽車擋風玻璃前顯示重要資訊，來源：FUTURUS
國內大多數廠商起步較晚，在C-HUD時代的龍頭幾乎很少有國產的身影，在W-HUD時代國產開始起步，但外資龍頭近乎壟斷，在 AR-HUD 的技術換代背景下，國內外差距正逐漸縮小。華陽多媒體電子有限公司總經理助理張環宇表示，國內外廠商在AR-HUD研發和推廣上，基本處於同一起跑線，因此技術差距很小。
投影單元（PGU）是HUD的核心壁壘。目前 HUD 使用的投影技術主要有 TFT-LCD 投影、DLP 投影、MEMS 鐳射掃描投影和 LCOS 投影四種。其中TFT-LCD（Thin Film Transistor，薄膜電晶體）投影技術是當前最主流的 HUD 投影技術方案，包括國產技術都比較成熟，成本也較低，多應用於 W-HUD 產品中。2020年，TFT-LCD的中國產能佔全球總產能的54%。
而AR-HUD的理想投影技術是DLP（Digital Light Processing，數字光處理技術），它透過整合50-130萬個超微型鏡片的DMD晶片，將光源反射至投影鏡頭形成影象，這樣不僅具有高亮度、高對比度和高解析度等優點，而且成像距離VID達到5米以上，可以滿足AR-HUD的要求。像上述的華陽集團、澤景電子採用的就是DLP方案。另外兩種對AR-HUD量產來說各有優缺點，也有國內廠商如華為、水晶光電、銳思華創、一數科技在積極研發之中。
華為的入局或為HUD國產化替代繼續加碼。我們知道DLP的專利在美國德州儀器，而華為採用的LCOS 投影技術就好比手機界的安卓，在此基礎上結合華為的優勢再開發。此次在慕尼黑博覽會上展出的華為AR-HUD產品，體積僅10L，超越了市場上大多數的20L，它提供13°x5°大視角，即在前方7。5米位置呈現70寸大畫幅顯示區域，並可實現高達100PPD的全高畫質視覺顯示。
華為光應用領域總裁黃志勇表示：“華為AR-HUD採用創新的ODP光顯示引擎和空間光學技術，打破了傳統介質侷限，開創安全駕乘新體驗。下一階段，AR-HUD將朝著更大畫幅、更高畫質晰度、裸眼3D等方向發展，構築前所未有的超級視界。”
HUD產業鏈示意圖，來源：各公司官網、智慧汽車俱樂部、東方證券研究所
除了PGD以外，產業鏈其他部分的國產化替代程度還有些參差不齊：
01
在成像部分，整體依舊處於成長期，難以與國際頂尖企業抗衡。其中，LED光源主要來源於德國的歐司朗和日美的史坦利；而在投影機晶片領域，全球僅有德州儀器與愛普生具備自主生產的能力。
02
光學鏡面方面，行業技術壁壘高，儘管國產技術在逐漸成熟，像舜宇、靈犀微光，但仍與Waveoptics這樣的國際企業有所差距。
03
擋風玻璃方面，目前福耀是主要的前擋風玻璃供應商， 其研發出新的奈米膜玻璃已經開始在比亞迪漢車型運用。
04
軟體方面，我們可以從上圖中可以看到，國內的高德、百度、四維圖新等地圖廠商紛紛入局，以及斑馬智行提供的作業系統、解決方案也把HUD涵蓋進去。
實際上，目前以VR/AR為主體的狹義元宇宙產業鏈與HUD有不少重合的地方，包括晶片、光學元件、成像和顯示技術等等，發展到第三階段的AR-HUD也可以理解為增強現實在汽車上的一種應用。如今人們對AR-HUD的期待，背後還反映出對沉浸世界的嚮往，當摺疊鏡經過三次反射，將虛像打到5米以外的時候，實際上就在XY軸之外加入了一個Z軸，使用者體驗不再侷限在平面，而是浸入到三維空間裡，這是手機研發設計者再怎麼努力也做不到的。AR-HUD也許是在VR/AR裝置全面普及之前，率先被更多使用者感知到的日常應用。
華為輪值董事長鬍厚崑在2021中關村論壇全體會議上表示，最近被熱議的元宇宙概念，其實代表了我們整個人類社會對於虛擬與現實進一步融合的一種期待和嚮往。在這種高沉浸度、低時延的數字世界裡，我們要更大程度地去還原，並且構建一種超越物理世界的體驗，這是一個充滿想象力的方向。但同時，也對我們當前的網路、計算等技術，提出了更高的要求。
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