增强现实(AR)将提前在汽车抬头显示器(HUD)上实现

摘要

VR/AR 技术在有些汽车应用场景上有着先天优势和需求——比如汽车驾驶。

本文来自柴火空间早期孵化的硬件团队「光晕 HUD」投稿。


下一代计算平台 VR/AR 上,汽车行业还会再次缺席吗?

在高盛近期的报告《VR 与 AR:解读下一个通用计算平台》中,高盛列出了虚拟现实(VR)与增强现实(AR)的 9 大应用领域:视频游戏、事件直播、视频娱乐、医疗保健、房地产、零售、教育、工程和军事——没有提及汽车行业。

汽车行业发展百年来,从一开始集人类科技结晶于一身的时代领头羊,渐渐变成一头步履缓慢的机械恐龙,始终慢了科技时代一拍——去数数,还有多少今年出厂的新车上还安装着 CD 机吧!

理所当然般,在大家展望激动人心的下一代计算平台 VR/AR 时,汽车行业被漠视了。

当然这也与汽车的特殊工具性有关:动辄 10 年以上的使用周期,再崭新锃亮的车漆也会花去;动辄关乎生死的安全要求,再先进的产品设计请先在车厂测试三五年再说。

但是我们也应该看到,目前汽车行业在飞快的互联网地倒逼之下,其步履也加快了起来,比如车厂们纷纷拥抱 Apple、Google、百度、腾讯和阿里等的车联网方案。

而在 VR/AR 领域,汽车行业这次可是赶了个早,积极跨入这激动人心的新计算平台呢!

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从上图看到,VR/AR 已经被汽车行业尝试应用在产业链各个阶段:

汽车设计: 福特的「Immersion Lab」实验室使用 HMD 和超高清显示器,利用虚拟现实设计新型 GT 超跑,检查汽车的结构、机械和电子系统,设计从方向盘的操作到仪表盘界面的位置;

汽车生产: 奥迪的 CAVE 工作室推出的「虚拟装配线校验」技术,利用 3D 投射影像、「MYO」前臂环检测手势、Kinect 采集工人位置,允许工人在三维虚拟空间内完成实际产品装配工作的预估和校正;

汽车售前: 奥迪与 Oculus 合作,共同推出了 VR 选车服务,模拟用户坐在车里的真实场景,还特别拉上音箱品牌 Bang & Olufsen,在声音模拟上也更为贴近真实环境;另外,法拉利也曾推出过一款 iPad 应用,可在展厅中对一台法拉利跑车替换车身颜色、观察传动系统内部结构等等;

汽车驾驶: 本田早在 2015 年就推出了一款「WANDER STAND」概念车,该车的突出特点就是其 AR 挡风玻璃,可以在玻璃上加载各种有用的信息帮忙驾驶;同时本田今年也申请了跟 AR 挡风玻璃相关的专利;而宝马与高通合作,推出了一款适用于宝马 MINI 的 AR 眼镜,通过该眼镜不但能获得行车相关信息,还可以获取周边 POI 信息以及短信消息提醒等;

驾驶体验:具有社会责任感的丰田利用 Oculus Rift、车辆方向盘以及音箱系统,搭建了一套名为「TeenDrive 365 的系统」,该系统主要面向青少年,希望帮助青少年锻炼出一些必要驾驶技能;另还有一套「分心驾驶模拟器」系统,用来考验驾驶员专注驾驶的能力;

汽车售后:韩国现代将推出融入了增强现实技术的电子使用手册,利用增强显示技术,用户只要拿起手机或平板对准车子,就能自动识别车子部位,并给出相关信息;

以上足以说明汽车行业对 VR/AR 的热情。其实,传统汽车厂商这次对 VR/AR 新计算平台如此的上心,也是因为它的确方方面面贴近汽车的各个领域。甚至 VR/AR 技术在有些汽车应用场景上有着先天优势和需求——比如汽车驾驶。

汽车驾驶是 AR 的一个天然应用场景

简单地说,VR 看到的都是虚拟影像,AR 看到的是虚实结合景象,在汽车驾驶这种要时刻关注实际环境的情况下,VR 是无法适用的,所以我们接下来只讨论 AR。

驾车时,AR 技术可以让我们获取更多的信息,并提高驾驶安全性。

在目前的开车过程中,我们眼光游动在前挡风玻璃外、左右中后视镜、中控仪表盘和车机屏幕上。哦,还有手机屏幕上。哦,记得切线的时候还要扭头看盲区哦!

累吧?!那么想象一下,当以上所有信息内容,都汇集到你眼前,你只需要专注于前面一块屏就可以处理各种事情时,将是多么轻松愉快的一件事情啊!

前文提到了本田申请了 AR 挡风玻璃专利技术,其实有关 AR 的车载应用讨论早就融入到抬头显示器 HUD 中,譬如:

路虎的透明引擎盖——直接在车窗上显示引擎盖下面的路面;

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WayRay 的全息导航 HUD——将导航信息贴合路面;

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宝马 MINI 的 AR 眼镜——通过该眼镜,可以实现透明 A 柱、车门,全景泊车,HUD 信息显示等; 

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除了说 AR 确实是汽车驾驶的痛点需求,反过来汽车也是 AR 应用的一个绝佳场所,汽车上天生就绕开了 AR 技术上的一些难点:不用刻意小型化、没有电池之忧、挡风玻璃超大屏、即时定位等。

AR 需要强大的机器视觉和三维空间构建运算能力,其对应硬件体型和耗电量都不会小,但是在车上这个问题是没那么严峻的,你看特斯拉引擎盖下面不正空着的吗?摆个大主机应该还是绰绰有余。

AR 显示上面,驾驶员面前那块巨大的挡风玻璃不正是一块绝佳的透明显示屏吗?不管需要特殊材质也好、镀膜也好,影像通过投射上去还是直接显像也好,从技术上来说都已经有一定的解决方法。

至于 AR 所必须的即时定位和空间感知能力,无人驾驶车其实也早已验证过了。

听起来是不是很美好?

好吧,得承认以上问题只是 AR 一箩筐难题里面的一点点,实际上在车上有些问题会更严重:无法应用数字光场技术、室外复杂的光照和环境等。

Magic Leap 的数字光场技术目前看起来是最有希望完美解决 AR 显示问题的,但是除非上车就戴上一副眼镜,否则远距离往视网膜直接投射整个数字光场还是个更遥远的事情。

而无论 Magic Leap 还是 Hololens 目前都只是应用在室内的单调环境,都需要事先扫描整个房间以进行位置和地图构建,那么针对道路上快速变化的窗外环境和光线,要实时重建三维甚至四维空间简直是无法想象的计算量吧。

另外,窗外现实物体识别和追踪、眼动跟踪等等也都较之头戴式 AR 更为复杂。

说到这里,心又冷了下来?

罗马不是一天建成的,较之虚拟现实 VR 来说,增强现实 AR 的确是一个更为困难的命题,不过提前在车上体验 AR 却并不是遥不可及的,因为现在我们已经有个合格的 AR 车载硬件——抬头显示器 HUD。

汽车 AR 将最早实现在抬头显示器 HUD 上

先提一句——很多 HUD 设备所使用的 DLP 光机,正被微软 AR 头盔 HoloLens 所采用,同样都是通过投射方式将虚拟内容投射到眼前的透镜上。

但是目前绝大多数 HUD 厂商,却远远没有意识到车载 HUD 的真正意义,简单地将其当做一款普通车载硬件,继续按着」鸡肋「产品——智能后视镜的思路在做 HUD,希望再次做个爆款」鸡肋「,最后大家再来打价格战。

而相较于其他 HUD 厂商的不思进取,一年前深圳市光晕网络科技开始打造的 Halo Hud 就按着完全不同的思路在探索着。

如上图所示:

1. 从一开始,Halo Hud 就坚持采用悬挂式 HUD,相比于多如牛毛的中控台 HUD,这种方式的确机构更复杂,产品难度更大,但是其将透镜直接摆在驾驶员的眼前,更接近头盔式 AR,更符合 AR 的视角要求;

2. 同时,Halo Hud 就拥有前置光学摄像头 A,其视角覆盖车头外广阔区域,当然某些中控台 Hud 也装了个摄像头,不过想一想它本身的摆放位置,估计主要是用来拍摄汽车引擎盖的;

3. 在车内空间,Halo Hud 就拥有朝下的红外深度摄像头 B,其视角覆盖从眼部到方向盘上的手部。

同时,Halo Hud 也拥有 GPS/陀螺仪/惯性传感器等多种传感器,你看,这配置跟谷歌自动驾驶无人车之间就差个激光雷达了……

所以从一开始,Halo Hud 就拥有一款基础 AR 设备的硬件条件。

AR 机器视觉算法上,光晕网络科技一直以来都将整个公司资源倾斜其上,从坚持自己做手势识别算法开始,扎实地进行相关技术储备,建立自己的算法团队。曾因为这个,被很多投资人放弃,认为不务正业——「明明是个硬件公司,不想着赶紧出货,却花那么大代价做算法?」。

(但也正因为这种坚持,光晕网络科技在去年 10 月被远不止于一个智能硬件公司的估值投资了。)

Hud 软件上,目前大部分 Hud 厂商或者只显示一些简单的导航图标,单调枯燥;或者简单地将手机导航界面直接投射出来,全然不顾对驾驶者的严重干扰。而光晕网络科技目前正致力于研发一套名为 ARWay 的系统,基于现有的导航数据,即可做到全新的、更适合 Hud 显示方式的导航 AR 效果。

做车载智能硬件很难,AR 技术更难,但是不代表我们只能等着 AR 技术成熟后才扑上去,只是做做简单的集成,打打价格战而已。

看到 AR 趋势,作为汽车智能硬件的从业者,认真地做好规划,积累技术,适时推出相关产品去验证市场和调整体验,既是从业者的责任,也真正代表了业界先进生产力。

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