無論是給 WHUD 添加動畫，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，讨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，有的人則讨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，但是從早期需要借助透明樹脂玻璃闆的 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，也就智能汽車上路這幾年。
是以，盡管 HUD 頗具争議，但絲毫不影響它在智能汽車上的普及速度：過去在高端車上才會選裝的 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，圖像越來越大，成像效果更好，顯示更多輔助駕駛資訊……但是對于這個領域的頭部玩家們來說，AR HUD 絕對是共同的追求目标。
以往，CES 一直是先鋒科技的晴雨表，能讓我們了解到 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産車上窺視一二。
為此，我們特意聯系到了 GeekCar 的老朋友，位于北京的 FUTURUS 未來黑科技。作為國内 HUD 領域的先行者之一，FUTURUS 在 2018 年開始正式與寶馬合作，也是國内某頭部造車新勢力的核心 HUD 供應商。
在與 FUTURUS 聊天的過程中，我們對于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 通過前擋風玻璃作為螢幕，将 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，将這些資訊「AR 化」，讓 HUD 虛像與道路現實場景融合。
（從 C HUD、W HUD 到 AR HUD 的效果進化）
要想讓 HUD 虛拟圖像與現實場景融合，就需要圖像有縱深效果：标注前方 5 米處的車輛時，圖像看起來在 5 米的位置；标注前方 10 米外的車道線時，圖像能營造出 10 米外的效果。能夠呈現三維立體的虛拟圖像，适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，比如奔馳 S 級轎車，大衆 ID. 系列，紅旗 E-HS9、長城 WEY 摩卡等等，看起來市場一片火熱。這些頂着「AR HUD」名頭出道的産品，在視覺效果上的确做出了改進，比如圖像更大更清晰，成像距離更遠，有的甚至頗具動态感，但是實際體驗下來的感受卻差強人意。
(大衆 ID. 系列的 AR HUD 功能效果圖）
不是使用者們太挑剔，而是人的眼睛太聰明。
這些「AR HUD」産品，采用近距離單層或雙層 2D 顯示屏。對于使用者來說，究竟是 2D 還是 3D，似乎并不重要，隻要好用就夠了。可關鍵就是，它們并不好用。
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。
（讓我看到「對眼兒」的裸眼 3D 圖）
然而并不是每個人都能輕松地看出裸眼 3D 圖，人眼的差異也決定了并不是每個人都會被「欺騙」，看出立體的效果。再配合車輛行駛的晃動，可能就會收獲一個體驗糟糕、讓人眩暈惡心的「AR HUD」。
就算解決了眩暈的問題，如何讓二維的圖像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，标注前車位置的圖像也要相應拉遠。為了營造出「模拟跟蹤」的動态效果，有的「AR HUD」就用到了動畫。
在奔馳 S 級的 AR HUD 上，就通過 2D 動畫來營造指引箭頭的動态效果，讓畫面看起來充滿立體感。不過，動畫雖然可以模拟，但與環境的融合就無法通過動畫實作了，是以奔馳 S 級就幹脆放棄了讓虛像與環境融合的打算，讓 AR HUD 的虛拟資訊們「孤零零」地漂在擋風玻璃前方。
（@GeekCar 小胖子 POV 視角的奔馳 S 級 AR HUD）
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奔馳 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。
是以，無論是給WHUD添加動畫，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，讓虛拟圖像 3D 化與現實融合，圖像就不再是「漂」在車輛前方，而是「長」在前方需要跟蹤和識别的對象上，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「曆史悠久」，那 AR HUD 的概念卻也并非新鮮産物。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。
（BMW NEXT VISON 100 概念車上的 AR HUD 效果圖）
幾年前，行業對于 AR HUD 落地的預期還樂觀地設定在了 2022 年。可如今身處 2022 年，盡管不少所謂的「AR HUD」産品已經落地，但是真正能呈現 AR 效果的量産車顯然還要等上一段不短的時間，否則也不會急于推出「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：
虛拟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 最難的就是通過 3D光場 顯示技術呈現虛拟世界，以及虛實實時融合技術。
差別于現有的 2D 版「AR HUD」，AR HUD 的關鍵在于駕駛員視線前方打造一個三維的顯示屏，像全息投影一樣将虛像立體地呈現，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，通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 則都選擇了雷射全息投影技術，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，将通過光場 HUD 技術輸出三維成像效果。與蘋果類似，作為國内企業的 FUTURUS 也采用光場 AR HUD 技術，甚至早在 2016 年就進行了相關專利布局，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 産品。
可以說，在如何打造真 AR HUD 這件事情上，各家都在争分奪秒，競争異常激烈。
與此同時，打造出一個三維的虛拟世界後，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 通過自主研發的圖形矯正、資料補償、3D 渲染技術，将 HUD 虛像和周邊環境資訊進行 3D 化呈現，并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 對于儀表資訊的展示是實時的，特别是當 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 的虛像部分的展示也就必須與車載傳感器、處理器、車輛資訊以及周邊環境實時同步，将延時控制在人眼覺察不到的毫秒範圍内。
當然，除了虛拟圖像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，但更多要依賴上遊材料供應商等；核心元件光學曲面鏡對于精度的嚴苛要求，更是對 AR HUD 的上遊制造商提出了考驗。
02
HUD供應商的裡程碑：量産上車
對于 HUD 供應商和初創公司們來說，裡程碑的時刻是什麼呢？
「量産上車。」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産品，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着最終的效果。這也讓 HUD 産品的上車難度，不亞于前期的研發投入。
占據 HUD 市場半壁江山的日本精機就曾透露，它們從 2018 年開始着手打造奔馳 S 級的 HUD，到 2020 年底奔馳 S 級量産面世，經曆了近三年時間，這還是建立在日本精機在傳統 WHUD 領域多年量産經驗的基礎上。
無獨有偶，國内某造車新勢力的 HUD 功能從規劃上車到最終量産也曆經了足足四年之久。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，特别是核心部件光學曲面鏡；車身傳感器布局的變化，HUD 的資料接入也需要相應調整。這也注定了無論是 HUD，還是 AR HUD，都很難批量化、子產品化打造。
量體裁衣，限制了 AR HUD 最終上車的步伐。
對于真 AR HUD 的落地時間，國内外企業不約而同地給出了相似的時間。在 FUTURUS 看來，從今年光場 AR HUD 的釋出，到最終在量産車上應用，還需要約 3 年時間，也就是 2025 年。無獨有偶，在 2022CES 上展示了雷射全息投影 AR HUD 技術的松下，也将産品的落地預期定在了 2025 年。
看來，盡管不少人将 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内的 HUD，還是如今智能汽車上的 HUD，最大的作用，就是将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，看起來似乎互相沖突：如果未來的某天，完全自動駕駛實作，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」，對于 HUD 來說同樣适用。從 CHUD 到 WHUD，再到未來的 AR HUD，盡管它們形态不同、效果不同，但使命是不變的：作為座艙内的顯示載體，為人類提供便利，滿足使用者的互動需求。
是以，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
資訊模拟器階段：
駕駛安全是首要任務
現階段，人類掌握着駕駛的絕對主動權，智能駕駛系統的作用是提出預警和特殊情況下的輔助幹預。将駕駛必要資訊直覺且不幹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。
是以目前的 HUD 更像一個資訊模拟器，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 自适應巡航系統等結合，标注前方車道，在偏離時給出預警提示，标出前方車輛位置，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，而是直接取代了實體儀表盤的存在。
（理想 L9 上取代了實體儀表盤的 HUD）
02
智能系統可視化階段：
增強人與系統的信任
當車輛的智能化水準逐漸提升，越來越多的場景可以由智能系統來獨立完成，隻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。盡管我們目前不能嚴格将領航輔助駕駛功能稱作 L3 級自動駕駛，但它們面臨着同樣的問題：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？
（智己 L7 提出的可視化、Wifi 式分級預警功能）
這就需要人與車之間建立一個可視化的媒介來實時顯示系統狀态。系統是否檢測到前方的紅燈？是否檢測到突然闖入的自行車？是否無法完成急轉彎，需要人來接管？借助 AR HUD 的可視化模式，系統的狀态一目了然。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：
車内外交流的「視窗 」
當完全自動駕駛實作的那一天，儀表資訊、輔助預警、系統狀态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，就算座艙内螢幕再多，車窗依然是人在車内與外界交流的天然管道。就像客廳内的液晶電視螢幕再大，也無法代替我們對窗外風景的向往。這時候，借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。
當車窗成為車内外交流的視窗，人與世界的互動将不再局限在平面世界，而是通過 AR HUD 的縱深感打造出沉浸式體驗，讓車内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；那在智能化加持下，屬性更豐富的 AR HUD 則将大家拉回了同一起跑線，讓我們看到國内初創公司與傳統供應商齊頭并進的局面。
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尴尬階段。我們不能是以否定 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》中駕駛着寶馬概念車 Vision Efficient Dynamics 的阿湯哥那樣，可以在擋風玻璃上随時載入導航地圖，切換界面。
這樣的智能汽車未來，你期待嗎？