無論是給 WHUD 新增動畫，還是利用左右眼不同的畫面欺騙大腦，營造立體效果，總歸是在現階段 AR HUD 技術不成熟時的權宜之計，它們更像是 AR HUD 成熟前的「代餐」......
提到車裡的 HUD，我們總能聽到不同的聲音：愛它的人覺得它能帶來戰鬥機般的駕駛沉浸感，討厭它的人嫌棄它雞肋；有的人偏愛它所營造出的科技感，有的人認為擋風玻璃前大量資訊影響了駕駛視線；有的人嫌棄它白天不夠清晰，有的人則討厭它夜間的色彩太過炫目……
說到 HUD 的這些「槽點」，我們不得不替它喊句冤。
雖然這項源自戰鬥機的技術在 1988 年就被引入汽車中，但是從早期需要藉助透明樹脂玻璃板的 CHUD 到如今用擋風玻璃做螢幕的 WHUD，再到成像效果更好的 AR HUD，真正讓 HUD 進化的時間，也就智慧汽車上路這幾年。
因此，儘管 HUD 頗具爭議，但絲毫不影響它在智慧汽車上的普及速度：過去在高階車上才會選裝的 HUD，如今逐漸走入了中低端車型，甚至在前不久釋出的理想 L9 中，HUD 直接取代了儀表盤，成為了資訊顯示的第一選擇。就在 HUD 一路向「下沉市場」高歌猛進的同時，效果也鳥槍換炮，影象越來越大，成像效果更好，顯示更多輔助駕駛資訊……但是對於這個領域的頭部玩家們來說，AR HUD 絕對是共同的追求目標。
以往，CES 一直是先鋒科技的晴雨表，能讓我們瞭解到 AR HUD 的最新進展，不過在車展都不得不推遲的當下，想深入接觸 HUD 玩家們的最新進展也增加了難度，更多的是從已經落地的量產車上窺視一二。
為此，我們特意聯絡到了 GeekCar 的老朋友，位於北京的 FUTURUS 未來黑科技。作為國內 HUD 領域的先行者之一，FUTURUS 在 2018 年開始正式與寶馬合作，也是國內某頭部造車新勢力的核心 HUD 供應商。
在與 FUTURUS 聊天的過程中，我們對於過去一年裡體驗過無數次的「AR HUD」逐漸從熟悉變得陌生，又從陌生開始有了新的認識。
你的 AR HUD，是真「AR」麼？
過去的 2021 年，被不少人稱作「AR HUD 元年」。
什麼是 AR HUD 呢？
作為 AR HUD 的前身，WHUD 透過前擋風玻璃作為螢幕，將 HUD 虛像投射到擋風玻璃前方某處，這樣當駕駛員開車時，就可以直視前方一邊開車一邊看車速、油耗等儀表資訊，甚至導航和輔助駕駛資訊，而不用再頻繁低頭或轉頭檢視儀表和中控螢幕。AR HUD，就是在 WHUD 的基礎上，將這些資訊「AR 化」，讓 HUD 虛像與道路現實場景融合。
（從 CHUD、WHUD 到 AR HUD 的效果進化）
要想讓 HUD 虛擬影象與現實場景融合，就需要影象有縱深效果：標註前方 5 米處的車輛時，影象看起來在 5 米的位置；標註前方 10 米外的車道線時，影象能營造出 10 米外的效果。能夠呈現三維立體的虛擬影象，適應人眼連續變焦的過程，呈現虛實融合的視覺效果，可以說是一款 AR HUD 的必要條件。
2021 年，有不少車型推出了「AR HUD」功能，比如賓士 S 級轎車，大眾 ID。 系列，紅旗 E-HS9、長城 WEY 摩卡等等，看起來市場一片火熱。這些頂著「AR HUD」名頭出道的產品，在視覺效果上的確做出了改進，比如影象更大更清晰，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。
不是使用者們太挑剔，而是人的眼睛太聰明。
這些「AR HUD」產品，採用近距離單層或雙層 2D 顯示屏。對於使用者來說，究竟是 2D 還是 3D，似乎並不重要，只要好用就夠了。可關鍵就是，它們並不好用。
這就像學生時代常玩的裸眼 3D 圖，目前的「AR HUD」主要利用左右眼看到不同的畫面來欺騙大腦，最終在腦海中呈現出立體的效果。
然而並不是每個人都能輕鬆地看出裸眼 3D 圖，人眼的差異也決定了並不是每個人都會被「欺騙」，看出立體的效果。再配合車輛行駛的晃動，可能就會收穫一個體驗糟糕、讓人眩暈噁心的「AR HUD」。
就算解決了眩暈的問題，如何讓二維的影象與三維的世界完美融合，依然是無法解決的門檻問題。
比如當 AR HUD 配合 ACC 功能時，需要對前車位置進行跟蹤，車輛位置拉遠，標註前車位置的影象也要相應拉遠。為了營造出「模擬跟蹤」的動態效果，有的「AR HUD」就用到了動畫。
在賓士 S 級的 AR HUD 上，就透過 2D 動畫來營造指引箭頭的動態效果，讓畫面看起來充滿立體感。不過，動畫雖然可以模擬，但與環境的融合就無法透過動畫實現了，因此賓士 S 級就乾脆放棄了讓虛像與環境融合的打算，讓 AR HUD 的虛擬資訊們「孤零零」地漂在擋風玻璃前方。
此外，目前「AR HUD」的另一個弊端就是為了在現有平面顯示的基礎上提升視場角和成像尺寸，封裝尺寸過大。我們仍以目前相對效果最好的賓士 S 級為例，它所搭載的「AR HUD」箱體尺寸達到 27L。這個尺寸和背後的成本，讓很多平價車型都望而卻步。
因此，無論是給 WHUD 新增動畫，還是利用左右眼不同的畫面欺騙大腦，營造立體效果，總歸是在現階段 AR HUD 技術不成熟時的權宜之計，它們更像是 AR HUD 成熟前的「代餐」：
一邊利用這些技術讓消費者熟悉和接受 AR HUD 的概念，另一邊加緊「真 AR HUD」的研發，讓虛擬影象 3D 化與現實融合，影象就不再是「漂」在車輛前方，而是「長」在前方需要跟蹤和識別的物件上，自然可以避免視覺疲勞、眩暈、影響駕駛的弊端。
是什麼「拖慢了」AR HUD 的腳步？
如果說 HUD 上車到如今，30 多年的時間可以算作是「歷史悠久」，那 AR HUD 的概念卻也並非新鮮產物。早在 2016 年寶馬 NEXT VISON 100 的概念車上，我們就能看到 AR HUD 概念的雛形。
幾年前，行業對於 AR HUD 落地的預期還樂觀地設定在了 2022 年。可如今身處 2022 年，儘管不少所謂的「AR HUD」產品已經落地，但是真正能呈現 AR 效果的量產車顯然還要等上一段不短的時間，否則也不會急於推出「代餐」們來面市。
對此，FUTURUS 未來黑科技聯合創始人尉鴻軒表示：
HUD 的技術已經成熟了，但是 AR HUD 還遠沒有成熟。
那是什麼讓 AR HUD 前進的腳步如此艱難呢？
01 技術門檻：虛擬成像與實景的虛實融合
用 FUTURUS 未來黑科技 創始人、CEO 徐俊峰的話來說，
AR HUD 最難的就是透過 3D 光場顯示技術呈現虛擬世界，以及虛實實時融合技術。
區別於現有的 2D 版「AR HUD」，AR HUD 的關鍵在於駕駛員視線前方打造一個三維的顯示屏，像全息投影一樣將虛像立體地呈現，這也成為目前 HUD 領域頭部玩家們關注的焦點。
比如，作為傳統 HUD 供應商的德國大陸投資了初創公司 DigiLens，專注研發全息波導技術，透過類似全息瞄準鏡的原理打造三維成像的效果；松下和 HUD 初創公司 WayRay 則都選擇了鐳射全息投影技術，以達到虛像的立體化和視覺連續變焦效果。
在 AR 領域一直蓄勢待發的蘋果也在公開的專利中顯示，將透過光場 HUD 技術輸出三維成像效果。與蘋果類似，作為國內企業的 FUTURUS 也採用光場 AR HUD 技術，甚至早在 2016 年就進行了相關專利佈局，比蘋果還要搶先一步。FUTURUS 計劃在北京車展期間亮相的光場 AR HUD，可能是目前我們能近距離接觸到的最接近「真 AR」的 HUD 產品。
可以說，在如何打造真 AR HUD 這件事情上，各家都在爭分奪秒，競爭異常激烈。
與此同時，
打造出一個三維的虛擬世界後，還要進一步解決延時、抖動等虛實融合的高階難題。這種融合既包括空間的融合，也包括時間的融合。
為此，FUTURUS 透過自主研發的圖形矯正、資料補償、3D 渲染技術，將 HUD 虛像和周邊環境資訊進行 3D 化呈現，並在對應空間位置上進行對齊展示。當虛像與實景完美融合，HUD 畫面虛像就像「長在」環境中，自然不會出現違和和不真實感。
在時間上，AR HUD 對於儀表資訊的展示是實時的，特別是當 AR HUD 與導航和 ADAS 系統打通後，路線指引、車道保持預警、前方障礙物預警等更多資訊都需要被展示，HUD 虛像部分的展示也就必須與車載感測器、處理器、車輛資訊以及周邊環境實時同步，將延時控制在人眼覺察不到的毫秒範圍內。
當然，除了虛擬影象的處理和虛實融合這個核心關卡外，AR HUD 還要面臨很多 HUD 之前遇到的共性問題，比如不同 PGU（成像單元）技術路線的選擇，決定了成像效果和直接成本，但更多要依賴上游材料供應商等；核心元件光學曲面鏡對於精度的嚴苛要求，更是對 AR HUD 的上游製造商提出了考驗。
02 HUD供應商的里程碑：量產上車
對於 HUD 供應商和初創公司們來說，里程碑的時刻是什麼呢？
「量產上車。」
尉鴻軒如此回答。
在他看來，
HUD 上車，是一個探索次優解的過程。
作為以光學設計為核心的產品，其精密和複雜程度比相機有過之而無不及，微小的結構調整都影響著最終的效果。這也讓 HUD 產品的上車難度，不亞於前期的研發投入。
佔據 HUD 市場半壁江山的日本精機就曾透露，它們從 2018 年開始著手打造賓士 S 級的 HUD，到 2020 年底賓士 S 級量產面世，經歷了近三年時間，這還是建立在日本精機在傳統 WHUD 領域多年量產經驗的基礎上。
無獨有偶，國內某造車新勢力的 HUD 功能從規劃上車到最終量產也歷經了足足四年之久。期間每一次車型的微小調整、擋風玻璃角度的變化，都需要相應地調整 HUD 光路設計方案，特別是核心部件光學曲面鏡；車身感測器佈局的變化，HUD 的資料接入也需要相應調整。這也註定了無論是 HUD，還是 AR HUD，都很難批次化、模組化打造。
量體裁衣，限制了 AR HUD 最終上車的步伐。
對於真 AR HUD 的落地時間，國內外企業不約而同地給出了相似的答案。在 FUTURUS 看來，從今年光場 AR HUD 的釋出，到最終在量產車上應用，還需要約 3 年時間，也就是 2025 年。無獨有偶，在 2022 CES 上展示了鐳射全息投影 AR HUD 技術的松下，也將產品的落地預期定在了 2025 年。
看來，儘管不少人將 2021 年看作 AR HUD 元年，但要想用上真正的 AR HUD，我們還需要幾年的等待。
當人類不需要駕駛，AR HUD 的終局在哪裡？
無論是戰鬥機駕駛室內的 HUD，還是如今智慧汽車上的 HUD，最大的作用，就是將關鍵資訊呈現在視線前方，降低低頭檢視儀表盤時短暫的視線偏離引發事故的風險。
AR HUD 與自動駕駛的發展，看起來似乎相互矛盾：如果未來的某天，完全自動駕駛實現，不再需要人開車了，那我們還需要 AR HUD 麼？AR HUD 的作用是什麼呢？
馬斯克常提到的「第一性原理」，對於 HUD 來說同樣適用。從 CHUD 到 WHUD，再到未來的 AR HUD，儘管它們形態不同、效果不同，但使命是不變的：
作為座艙內的顯示載體，為人類提供便利，滿足使用者的互動需求。
因此，
當自動駕駛逐漸解放了駕駛員，人類的需求發生變化，HUD 的作用自然也會發生變化。
01 資訊模擬器階段：駕駛安全是首要任務
現階段，人類掌握著駕駛的絕對主動權，智慧駕駛系統的作用是提出預警和特殊情況下的輔助干預。將駕駛必要資訊直觀且不干擾視線地展示在駕駛員眼前，讓駕駛更安全，是 HUD 現階段的使命。
因此目前的 HUD 更像一個資訊模擬器，顯示車速、限速等儀表資訊的同時，顯示導航和部分 ADAS 資訊來輔助駕駛。
比如，AR HUD 與 LDW 車道偏離報警系統、ACC 自適應巡航系統等結合，標註前方車道，在偏離時給出預警提示，標出前方車輛位置，根據前方車輛的遠近來調整跟車距離。甚至在理想 L9 上，HUD 不再是一個儀表資訊備份的「選配」方案，而是直接取代了物理儀表盤的存在。
（理想 L9 上取代了實體儀表盤的 HUD
）
02 智慧系統視覺化階段：增強人與系統的信任
當車輛的智慧化水平逐漸提升，越來越多的場景可以由智慧系統來獨立完成，只需要在觸發某些條件時，交給人接管，也就是所謂的 L3 級自動駕駛階段。儘管我們目前不能嚴格將領航輔助駕駛功能稱作 L3 級自動駕駛，但它們面臨著同樣的問題：車子什麼時候歸系統管，什麼時候歸人管？當自動駕駛系統遇到危機時，作為駕駛員的我們怎麼能及時知道系統需要接管？
這就需要人與車之間建立一個視覺化的媒介來實時顯示系統狀態。系統是否檢測到前方的紅燈？是否檢測到突然闖入的腳踏車？是否無法完成急轉彎，需要人來接管？
藉助 AR HUD 的視覺化模式，系統的狀態一目瞭然。人與系統之間的信任，也在這個知己知彼的過程中建立。
03 無人駕駛時代：車內外交流的「視窗 」
當完全自動駕駛實現的那一天，儀表資訊、輔助預警、系統狀態似乎都沒那麼重要了，我們完全信任車輛做出的決定。在這種情況下，座艙的娛樂功能和螢幕設計也會越來越多，車子成為了一個真正的移動「第三空間」。
不過，就算座艙內螢幕再多，車窗依然是人在車內與外界交流的天然渠道。就像客廳內的液晶電視螢幕再大，也無法代替我們對窗外風景的嚮往。這時候，藉助車窗這個天然的螢幕來投射資訊，顯示周邊的咖啡館、飯店、商場，也就顯得順理成章。
當車窗成為車內外交流的視窗，人與世界的互動將不再侷限在平面世界，而是透過 AR HUD 的縱深感打造出沉浸式體驗，讓車內的人不被困在車和螢幕裡。
最後
如果說在 WHUD 時代，HUD 市場更多的是國外企業的天下；那在智慧化加持下，屬性更豐富的 AR HUD 則將大家拉回了同一起跑線，讓我們看到國內初創公司與傳統供應商齊頭並進的局面。
如今那些表現差強人意的 AR HUD，似乎是 HUD 行業演進道路上不可避免的尷尬階段。我們不能因此否定 AR HUD 本身，但也更期盼真 AR HUD 的早日到來。就像影片《碟中諜 4》中駕駛著寶馬概念車 Vision Efficient Dynamics 的阿湯哥那樣，可以在擋風玻璃上隨時載入導航地圖，切換介面。
這樣的智慧汽車未來，你期待嗎？
