HUD科普｜为什么说虚实融合是AR HUD重中之重？

增强现实（Augmented Reality，简称 AR），是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，其目标是在屏幕上把虚拟世界叠加在现实世界中并进行互动，从而实现对真实世界的“增强”。近年来，AR技术在各领域均崭露头角，在智慧交通行业也实现了广泛应用。随着越来越多的车型开始搭载AR HUD功能，一场关于“AR+智慧交通”的技术军备赛正在上演。

近日，FUTURUS首席科学家吴慧军博士接受《中国知识产权报》专访，围绕AR HUD技术难点、专利储备及未来发展等话题展开深入分享。 

AR HUD到底是什么？

“首先AR的基本概念要讲清楚，AR的本质，就是在真实世界里叠加一个虚拟的世界，这个叠加的虚拟世界和真实世界之间要实现完美融合，不随人的运动而改变。”

吴博士介绍，要打造一款真正的AR HUD产品，虚实融合是重中之重。传统的WHUD都只是单纯的显示，但AR HUD不一样，不仅需要实现真实世界与AR HUD虚拟成像在位置（空间坐标）上的对齐，还需要做到毫秒级的延迟控制（时间坐标），才能将虚拟世界与真实世界精确融合，融合的精准度直接决定了AR HUD的体验效果。

而要实现“虚实融合”这四个字，却并不是一件容易的事。吴博士回忆道，最初团队在讨论AR HUD产品定义的时候，也曾出现过很大的分歧，技术团队花了很长的时间试图去厘清一款好的AR HUD的产品定义。最后，FUTURUS的创始人、CEO徐俊峰一锤定音：“从第一性原理出发，做用户真正需要、好用的产品”。这也促使FUTURUS最终选择了最难的一条路，也就是光场的路线。

FUTURUS自主研发的三维光场显示技术，拥有“一种可显示三维图像的抬头显示系统”等多件专利，可实现HUD虚拟数字影像与真实道路环境在“三维空间+时间”上的精准对位及低延迟显示。为了实现理想中的AR增强现实融合显示，FUTURUS还全自研打造了AR软硬件融合系统，可以实时感知车身运动姿态和外部环境物体姿态，并通过AR实时渲染引擎高帧率、低延时地显示画面信息。

秉承着场景化、人性化的设计理念，公司利用“显示屏幕面板带路况分析的图形用户界面”等专利，把重要信息提供给司机，减少不必要的视觉干扰，提升驾驶体验。吴博士总结道：“这也就是为什么说，从增强现实的定义出发，FUTURUS 光场 AR HUD是一款真正的AR HUD产品”。

技术引领，FUTURUS 的专利布局

“目前，我们的产品、技术已经成熟，实车软硬件路测连续三年进行优化，系统、算法与软件迭代了上百个版本，技术参数与用户体验超越市面在销的同类产品。”吴博士介绍，FUTURUS的光场AR HUD产品已获得欧洲主流车企与国内新势力车企认可，预计2023年进入量产。而从量产定点，到终端市场用户真正体会到光场AR HUD的虚实融合体验，这中间还需要2-3年的打磨，FUTURUS又是如何保证自己的领先性优势的呢？

“FUTURUS目前已经在全球范围内申请了400多项专利，基于对真AR的判断，我们从光学设计、软硬件融合算法、 HMI设计等多个方面完善了专利布局 ”。吴慧军博士进一步介绍，“光学设计上，不仅是传统单层2D画面设计需要解决功耗、亮度、重影、视差等系列难题，也包括AR HUD画面尺寸增大带来的光学设计难度的几何级提升，这是底层部分。中层部分是软硬件融合算法，即如何基于车身自有传感器数据进行处理，补偿车身运动姿态的迅速变化，快速完成虚拟影像与真实世界在空间坐标系上的定位坐标转换与对齐，高帧率、低延时地完成AR画面的渲染。上层部分是HMI专利设计，我们有一个非常专业的产品设计工作室，他们专注汽车出行进行了大量前沿用户体验设计及人机交互研究，同时结合人因学、交互心理学、交互美学等交叉学科研究来完成视觉UI设计，以简洁美观、视感舒适、用户友好等为原则来完成交互界面的设计。”

据智慧芽发布的《企业科创力评估报告》数据，FUTURUS在国内科创企业当中的科创能力排名前1%，科创能力评级为A级，无论是公司竞争力、研发规模及稳定性、技术布局、技术质量还是技术影响力都位列前茅。吴博士介绍，“6年以来，FUTURUS稳定增加研发费用。尤其近3年研发费用占比始终高达45%以上，累计研发投入超过两亿人民币，拥有国内外专利超过400余项，国际专利40多项，其中发明专利超过50%。尤其在光场显示的技术布局早于苹果公司，近3年来增势特别迅猛，是HUD技术专利申请数量最多的中国公司。”

当自动驾驶全面普及，我们还需要HUD吗？

当“新四化”浪潮席卷汽车产业，中国车市已经成为智能汽车当下最活跃的“试验场”。不断冒出的新技术、新概念，刺激着中国年轻消费者的购买欲，也刺激着汽车厂商大胆使用新技术和新概念包装车型、推向市场。

吴博士认为：“汽车智能化的比拼主要集中在两个方面，一个是自动驾驶，另一个是智能座舱。在未来移动出行生态里，自动驾驶将成为底层的技术架构，汽车的驾驶功能将会逐渐弱化，汽车厂商之间也会慢慢同质化，就像手机行业现在的发展态势一样。而AR HUD对于智能座舱而言是一项革命性的产品，把智能座舱的发展提到了前所未有的高度。未来五年或者更长的时间内，被市场所接受的智能座舱将变成主流标杆，这也是主机厂在当下抢先布局的机会所在。”

有观点认为，当完全自动驾驶实现以后，越来越多的场景可以由智能系统来独立完成，只需要在触发某些条件时，交给人接管。到那时，AR HUD 的作用体现在哪里？ 吴博士的回答是：“在自动驾驶逐渐升阶的过程中，我觉得无论再怎么变革， HUD 肯定是不可或缺的。因为自动驾驶越是进步，人与车之间的信任焦虑就越会被放大。自动驾驶对驾驶者而言是一个黑盒子，很难做到无条件的相信，这时候AR HUD可以作为实时显示系统状态的可视化媒介，设计一些阈值，一旦超过这个阈值，就该让人接管了。这其实对驾驶者的心理建设是非常重要的，在人和系统之间建立连接，也在这个智能系统可视化的过程中，增强人与系统的信任。”

当完全自动驾驶实现之后，车窗也依然是人在车内与外界交流的天然渠道，以挡风玻璃作为载体的AR HUD，无论是打造沉浸式交互驾驶体验还是提供POI信息推荐，重要的是让人不被困在车和屏幕中。吴博士最后总结道，“我们要做的，就是让每一辆车成为连接数字世界和现实世界的全新窗口”。