據(jù)外媒報(bào)道,美國(guó)專利商標(biāo)局(U.S. Patent and Trademark Office)近期授予了蘋果公司一項(xiàng)泰坦項(xiàng)目專利:光場(chǎng)平視顯示器(light-field head up display),可在擋風(fēng)玻璃上向駕駛員投射信息。
蘋果在專利中指出,汽車等車輛有時(shí)會(huì)配備平視顯示器,這種顯示器能將圖像投射到車輛的擋風(fēng)玻璃上,車輛的駕駛員可以在駕駛過程中查看投影的圖像。平視顯示器通常用于顯示車輛狀態(tài)信息,如速度表信息。平視顯示器允許為駕駛員安全地顯示信息,而不需要駕駛員從前面的道路上移開目光。
為了更大限度地發(fā)揮平視顯示器在車輛環(huán)境中的作用,最好是能夠加強(qiáng)這種顯示器為車內(nèi)人員顯示信息的能力。平視顯示器可以是一個(gè)光場(chǎng)顯示器,它產(chǎn)生的光場(chǎng)輸出允許觀看者觀察平視顯示器上的三維內(nèi)容。光場(chǎng)顯示單元的陣列和相應(yīng)的透鏡可用于將光場(chǎng)輸出導(dǎo)向觀看者。透鏡可以將顯示單元的重疊光場(chǎng)輸出引向觀看者,從而在車窗上形成一個(gè)放大的無縫光場(chǎng)觀看區(qū)。
圖源 | patentlyapple
蘋果公司的專利圖1是具有平視顯示器的說明性車輛的側(cè)視圖;圖2是具有平視顯示器的說明性車輛或其他系統(tǒng)的示意圖;圖3是車輛中的說明性平視顯示器的側(cè)視圖。
光場(chǎng)AR:理想中的“真AR HUD”
近年來,高級(jí)駕駛輔助技術(shù)(簡(jiǎn)稱ADAS)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(簡(jiǎn)稱AR)交互技術(shù)的發(fā)展,讓國(guó)內(nèi)外一些頭部主機(jī)廠考慮開發(fā)虛擬和現(xiàn)實(shí)融合的AR HUD產(chǎn)品,進(jìn)一步推動(dòng)了HUD技術(shù)革新。由此,衍生出HUD第三代產(chǎn)品AR HUD(Augmented Reality Head Up Display)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型抬頭顯示。
但虛擬和現(xiàn)實(shí)融合的AR HUD技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度遠(yuǎn)大于WHUD,不但需要開發(fā)多傳感器的融合算法,還需要空間融合算法和極致的系統(tǒng)延時(shí)控制,以及真正有空間縱深距離的3D光場(chǎng)顯示(類似3D全息顯示)技術(shù)。
理想中的光場(chǎng)AR顯示技術(shù),可以在駕駛者視野前方的現(xiàn)實(shí)世界中,連續(xù)投射出適應(yīng)不同遠(yuǎn)近對(duì)焦距離的三維虛擬信息,從而將虛擬世界的信息和現(xiàn)實(shí)世界的相關(guān)物體在同一空間位置進(jìn)行展示,實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的完美融合,不僅能夠呈現(xiàn)真正意義上的AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示效果,還可以徹底解決視覺輻輳造成的眩暈問題。也就是說,只有這種AR虛擬成像和道路實(shí)景完美融合的“真AR HUD”,才能在不影響駕駛安全的前提下為用戶創(chuàng)造更多價(jià)值。
光場(chǎng)AR HUD效果演示
3D動(dòng)畫:現(xiàn)實(shí)里的“假AR HUD”
業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為2021年是AR HUD的元年,盡管奔馳(S級(jí),含邁巴赫)、大眾、奧迪等眾多國(guó)內(nèi)外主機(jī)廠也陸續(xù)推出了帶有AR HUD功能的量產(chǎn)車型,但因供應(yīng)商的技術(shù)限制,基本都放棄了最初虛擬和實(shí)景完美融合的“真AR HUD”技術(shù)構(gòu)想。
現(xiàn)在市場(chǎng)中的AR HUD產(chǎn)品,在功能和效果上都退而求其次,采用了基于普通WHUD硬件基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)、再疊加2D或3D UI動(dòng)畫的形式,把畫面投射到視線前方7到10米左右(個(gè)別車型4.5米或10+米),根據(jù)車輛的位置,實(shí)時(shí)播放導(dǎo)航、ADAS等動(dòng)畫和UI圖標(biāo)。
具體來說,過場(chǎng)動(dòng)畫的表現(xiàn)形式又稍有不同:(1)奔馳的過場(chǎng)動(dòng)畫,采用了稍復(fù)雜的3D透視效果更好的實(shí)時(shí)渲染,有簡(jiǎn)單的低頻光學(xué)防抖;(2)而國(guó)內(nèi)的HUD產(chǎn)業(yè)剛剛起步,受技術(shù)、成本和認(rèn)知的局限,雖然很快地對(duì)國(guó)際上的“假AR HUD”的硬件參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單復(fù)制,但采用了更加簡(jiǎn)陋的過場(chǎng)動(dòng)畫,沒有光學(xué)防抖。
這種“假AR HUD”最終交互體驗(yàn)的表現(xiàn)形式,就是飄在駕駛員視線前方的各種UI動(dòng)畫,一定程度上會(huì)對(duì)駕駛產(chǎn)生干擾,背離了HUD產(chǎn)品誕生的初衷。
光場(chǎng)AR顯示為什么難實(shí)現(xiàn)?
維基百科對(duì)AR的定義包括三個(gè)要素:(1)確保真實(shí)和虛擬物體形狀位置等關(guān)鍵要素被精確地感知和呈現(xiàn),從而達(dá)到(2)真實(shí)和虛擬世界的完美融合,以及(3)實(shí)時(shí)交互的效果。車載AR光學(xué)顯示系統(tǒng)相對(duì)AR頭顯更加復(fù)雜,眼盒大幾萬倍,且光路中的自由曲面擋風(fēng)玻璃會(huì)嚴(yán)重影響顯示質(zhì)量(像差、動(dòng)/靜態(tài)畸變等),需要對(duì)近處幾米到遠(yuǎn)處幾千米遠(yuǎn)的物體進(jìn)行精確地感知和呈現(xiàn),并實(shí)時(shí)融合。
(1)空間坐標(biāo)融合:如果AR HUD投射在幾米遠(yuǎn)的固定距離,就無法達(dá)到空間上的融合,不僅使體驗(yàn)大打折扣,而且光學(xué)距離差距太大,如果虛擬和現(xiàn)實(shí)物體強(qiáng)行融合,駕駛員會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生視覺輻輳沖突,出現(xiàn)頭暈惡心等癥狀,影響駕駛安全。
(2)時(shí)間坐標(biāo)融合:需要做到毫秒級(jí)的延時(shí)控制,比自動(dòng)駕駛技術(shù)傳感器融合和決策算法延時(shí)要求高一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
因此,車載AR不僅需要多傳感器融合算法來精確感知真實(shí)世界,還需要3D光場(chǎng)顯示技術(shù)精確呈現(xiàn)光場(chǎng)級(jí)的虛擬世界,同時(shí)結(jié)合空間多坐標(biāo)系融合算法,才能達(dá)到完美的空間坐標(biāo)系融合。此外,還需與“0延遲”融合算法體系結(jié)合,才能實(shí)現(xiàn)時(shí)間坐標(biāo)的完美融合,完成實(shí)時(shí)交互。很顯然,這種精確、實(shí)時(shí)的呈現(xiàn)與交互,是完全沒有任何融合、過場(chǎng)動(dòng)畫級(jí)的假AR無法比擬的。
FUTURUS獨(dú)家光場(chǎng)AR HUD系統(tǒng)
事實(shí)上,蘋果這一專利所透露的理念與未來(北京)黑科技有限公司(簡(jiǎn)稱:FUTURUS)多年前的技術(shù)布局不謀而合。
FUTURUS作為幾大國(guó)際頭部車廠的新技術(shù)合作供應(yīng)商,通過提前多年的技術(shù)布局,堅(jiān)持自研路線及專利布局,進(jìn)行虛擬和實(shí)景融合的“真AR HUD”產(chǎn)品研發(fā),并開發(fā)出了基于3D光場(chǎng)的“真AR HUD”光學(xué)系統(tǒng)。
FUTURUS獨(dú)家光場(chǎng)AR HUD系統(tǒng)通過光學(xué)技術(shù)及整套算法體系,而非假UI或者過場(chǎng)動(dòng)畫模擬的方式,實(shí)現(xiàn)了HUD畫面虛像從4米到無窮遠(yuǎn)的連續(xù)變焦,可以真正實(shí)現(xiàn)光學(xué)級(jí)別的虛擬和實(shí)景道路的完美融合。同時(shí),還解決了業(yè)內(nèi)多傳感器實(shí)時(shí)融合、多空間坐標(biāo)系融合、“0延遲”時(shí)間坐標(biāo)系融合等諸多難題,實(shí)現(xiàn)了從感知到顯示的零延時(shí)響應(yīng),讓虛擬的駕駛輔助信息與真實(shí)物理環(huán)境可實(shí)時(shí)融合。而為了控制成本,同時(shí)提升可靠性和用戶體驗(yàn),實(shí)現(xiàn)這一切復(fù)雜數(shù)據(jù)采集的傳感器和計(jì)算的軟硬件系統(tǒng),均基于車身自有傳感器和處理器,不僅更加精確、快速,也極大地降低了主機(jī)廠的額外成本。
目前,FUTURUS已經(jīng)成功完成了3D光場(chǎng)AR HUD實(shí)車硬件的三代迭代,改裝實(shí)車已經(jīng)實(shí)際路測(cè)優(yōu)化了3年之久,系統(tǒng)、算法和軟件迭代了上百個(gè)版本,能夠很好地匹配L2、L3、L4級(jí)別輔助駕駛要求。
基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的智能汽車終局來臨
在2021年6月10-12日舉辦的中國(guó)汽車藍(lán)皮書論壇上,FUTURUS創(chuàng)始人、CEO徐俊峰先生就曾表示,基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字孿生互聯(lián)網(wǎng)將是智能汽車的發(fā)展終局。
徐俊峰在2021中國(guó)汽車藍(lán)皮書論壇作分享
隨著AR眼鏡在2022年的普及,預(yù)計(jì)在2022-2025年,基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和數(shù)字孿生的互聯(lián)網(wǎng)會(huì)迅速普及。蘋果、微軟、Meta(前身是Facebook)、谷歌、騰訊、字節(jié)等互聯(lián)網(wǎng)巨頭都在加速布局增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和數(shù)字孿生互聯(lián)網(wǎng),其他互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也會(huì)加速轉(zhuǎn)型和融入。即將在2025年左右問世的蘋果汽車,會(huì)直接接入增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和數(shù)字孿生互聯(lián)網(wǎng),從而引領(lǐng)汽車越過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)直接進(jìn)入數(shù)字孿生互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。
可以預(yù)見,智能汽車這個(gè)未來生活“第三空間”將不再局限于車內(nèi)這個(gè)物理空間本身,在自動(dòng)駕駛技術(shù)日漸成熟的情境下,依托于光場(chǎng)AR HUD技術(shù),智能汽車能實(shí)現(xiàn)人、車、環(huán)境的互聯(lián)互通,這一車載AR元宇宙蘊(yùn)藏著極大的想象和發(fā)展空間。
結(jié)語
圍繞即將爆發(fā)的巨大商業(yè)價(jià)值,FUTURUS也已做好了全面的產(chǎn)品與技術(shù)布局準(zhǔn)備。FUTURUS在車載增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和數(shù)字孿生技術(shù)領(lǐng)域擁有多年先發(fā)優(yōu)勢(shì),目前擁有最成熟、領(lǐng)先的產(chǎn)品和技術(shù),且專利布局完整。FUTURUS也將會(huì)全力支持傳統(tǒng)汽車主機(jī)廠以及汽車市場(chǎng)的新進(jìn)入者們開發(fā)和生產(chǎn)全景光場(chǎng)AR HUD,以便他們順利實(shí)現(xiàn)新一代數(shù)字化轉(zhuǎn)型,在即將全面到來的數(shù)字孿生互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代搶占先機(jī)。
