随着汽车智能化趋势的持续推进，新老造车势力抢滩布局智能汽车发展。传统的CHUD和WHUD已经无法满足智能座舱的交互需求，能为用户打造沉浸式体验的AR-HUD成为车企、科技厂商、甚至是资本圈的关注。

　　虽然HUD技术早已经不是什么新技术，早在10多年前的豪华车上就开始装备，不过在过去，大部分的车载HUD技术都是以滥竽充数为主，显示的信息并不多。而随着技术的发展，AR-HUD开始进入视野。

　　包括新一代奔驰S级(配置|询价)外，红旗E-HS9、大众ID.4、奥迪Q4 e-tron，长城WEY 摩卡、华为问界M5等等配备AR HUD的量产车型，同时也让华为、苹果、三星、松下、WayRay等科技企业争相布局。可以预见，AR-HUD作为未来智能座舱的重要组成部分，将迎来一轮量产爆发潮。

　　HUD（Head Up Display）是抬头显示系统的一种，起初是由战斗机光学瞄准器技术演化而来，能将车辆信息投射在车辆前挡风玻璃上，这样驾驶员就不用低头查看仪表信息，可以将视线一直保持在前方道路上，保证驾驶安全。

　　其本质是一个汽车电子显示系统，包括ECU部件，光源像源部件（图形生成单元PGU），投影光学部件（自由曲面镜光学系统）和机械壳体。此外，严格意义上来说，汽车的挡风玻璃也是HUD的一个核心光学部件。

　　其中，PGU普遍采用TFT-LCD，个别项目采用DLP投影技术，此外还有极少一部分采用LCOS投影或激光MEMS扫描投影技术。实际上，PGU的显示面板虽然是HUD的核心部件，但并不是HUD公司的核心技术。HUD一级供应商通常从上游的显示面板厂商处采购标准显示面板，通过设计HUD光路得到较好的画质，配合相应的软件系统，让驾驶者能够获得最佳用户体验。

　　HUD按实现方法的不同，分为三大类C-HUD（Combiner HUD），W-HUD（windshield HUD），AR-HUD（Augmented Reality-HUD）

　　C-HUD是将一块透明的树脂玻璃放置于仪表上方，从而实现车辆信息的投影。优点是成本低，但缺点也很明显，不够美观且显示面积通常很小；W-HUD直接使用汽车的挡风玻璃作为显示屏，将相关信息直接投影到挡风玻璃上，效果会更加立体化，但该系统需要根据挡风玻璃的特性进行单独匹配和设计，这也直接导致了成本的升高。

　　而我们今天聊的AR-HUD，则更能代表未来的方向，依旧是将挡风玻璃作为显示屏，但是会提供更加远距离的虚拟图像，并与实景相结合的呈现。借助AR技术的拓展，让HUD的使用场景有个更多的可能。结合ADAS功能，及时有效的显示车辆信息以及车辆周边环境信息，也为实现全面自动驾驶提供了有利条件和重要支撑。

　　随着技术的发展，车载HUD从最早只能显示速度，提醒图标等基础信息，渐渐演化到显示范围更大，画面更清晰，可以完全替代仪表盘的阶段。

　　而智能汽车的发展，特别是自动驾驶技术的进步，可以让驾驶员或者车内乘员的注意力从路上解放出来，对HUD的娱乐功能就提出了更高的要求，也促使HUD向画面更大，显示更清晰的方向发展，前文提到的华为HUD就是此路线。

　　自动驾驶技术发展对HUD提出的另一个要求就是融合。自动驾驶系统要对周边环境感知后，在建立的虚拟空间中规划行驶路线。特斯拉人工智能部门总监Andrej Karpathy在2021年的Tesla AI Day上就提出，自动驾驶系统所建立的虚拟空间，需要做到“空间融合”，也就是识别的所有路上物体的位置都要对，以及“时间融合”，也就是不能有延时。

　　自动驾驶系统所建立的虚拟空间通常都会在车上大屏上显示出来供驾驶员监管。但是，当驾驶员视线脱离道路时也就失去了监管的意义，因此在HUD上实现虚拟信息和显示世界的融合就成了最佳的解决方案，也就催生出了AR-HUD。

　　而AR-HUD要想实现真正的AR显示效果，不仅需要对现实世界进行精准感知，还需要实时、准确呈现数字化的虚像，并与实景道路环境进行融合，可以说感知技术、显示技术、融合技术三个缺一不可。

　　感知技术是为了实现虚拟信息和真实场景的无缝叠加，要求对周围道路实景环境进行精确实时地感知，生成真实世界的三维坐标信息。

　　显示技术是基于物理空间的感知结果和三维光场显示技术，借助融合技术、算法和计算机图形技术，实时计算、渲染生成任何需要被投射到真实世界内的虚拟对象。

　　融合技术则是虚实融合是AR-HUD技术的重中之重，不仅需要实现真实世界与AR-HUD虚拟成像在位置（空间坐标）上的融合，还需要做到毫秒级的延迟控制（时间坐标），才能将数字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的使用体验效果。

　　当然，同样是AR-HUD也会有不同的显示逻辑，比如奔驰S级与大众ID。系列。全新一代奔驰S级与大众ID.4（ID.4 X(配置|询价)和ID.4 CROZZ(配置|询价)）是比较早期搭载AR-HUD功能的车型，他们在功能上有着类似的作用，就连“辅助手段”都比较一致，但两台车在实际体验中的感受却像是两个极端。

　　二者均是将导航功能融合到HUD显示器当中，在拐弯并线等需要提示的路况下，显示器上会在前方道路上用箭头标示出方向等信息，同时，常规的车速及报警信息也会整合其中，但问题是实际的显示效果。

　　奔驰S级的问题在于画面太过花哨、艳丽，丰富的提示动态稍微有些眼花缭乱的感觉，存在一定程度的分散注意力；而ID.4的问题正好相反，在晴朗天气下，即便将HUD的亮度调至最高，也经常会出现无法清晰显示的尴尬。一个太清晰、一个太不清晰，这两个“先行者”的最终效果都不是很令人满意。

　　不过，在“辅助手段”上，二者也有着相同的做法，比如，提高车内氛围灯的亮度，让你在白天也能清晰看到。目的当然不是增强其白天的装饰性，而是为氛围灯注入了一部分功能性。

　　而大众ID.4在前方挡下沿的一条贯穿式LED灯带，在换挡、转弯及出现一些行车碰撞风险时，会以不同颜色、不同动态的方式去点亮灯带，来强化对驾驶员的提示功能；奔驰S级也一样，后方来车恰巧碰到拉动车内门把手时，也会通过闪烁氛围灯+提示音等方式增强提醒。

　　这明显是车内交互手段的新探索，通过“声、光、电”的新融合，让电气化、智能化的车厢不再只通过“点按、滑动”玻璃屏的方式来控制，让诸多丰富的功能不再局限于方向盘前方的仪表盘内。

　　AR-HUD作为下一代人机交互的新技术，大部分主机厂搭载寻求最好的显示逻辑，而部分科技厂商也在发力AR-HUD，目前，苹果、三星、松下、WayRay、哈曼等都在对AR-HUD进行研究。比如光场AR-HUD、带眼球追踪AR-HUD等。

　　在2022年的CES上，松下推出了一套具有眼球追踪专利的AR-HUD 2.0系统。据了解，通过这项功能可以将AR图像更精确地聚焦到驾驶员眼前的现实世界，提高驾驶员视野中图像的真实程度和临场感。

　　根据松下的介绍，这套AR-HUD 2.0系统基于ETS技术开发，由AR-HUD和光学器件封装在一起的红外摄像头实现，无需独立的面向驾驶员的摄像头。通过ETS技术识别驾驶员的头部位置和头部运动，可以动态调整以及补偿视野中的图像，亦即是说驾驶员无需移动头部和改变视线，就能看到准确、清晰、高分辨率的看到在AR-HUD中叠加显示的图标。

　　值得一提的是，这套AR-HUD 2.0系统最远可以在10m的距离内投射大图像，还能够识别汽车前方的物体并通过在 HUD 中显示警报来警告驾驶员。此外，这套系统还支持驾驶员监控功能，如疲劳监测和分心监测等。

　　在AR-HUD领域，华为在软件层面先行，其AR地图导航此前以已经亮相，基于华为河图，实现每平方公里40亿三维信息点，1：1 还原真实世界，并于2020年5月底，覆盖上海内环120平方公里，2020年底覆盖一线城市100+顶级景区及1000家顶级商圈。

　　同时，华为自主研发的鸿蒙操作系统也支持AR/VR，并且其基于AR视觉体验的华为Cyberverse空间计算平台，具备3D高精地图、全场景空间、强环境理解、虚实融合渲染等四项核心能力。

　　华为在AR-HUD 底层的核心系统、软件和数据能力方面亦具有较为深厚的沉淀。为实现PGU自主，摆脱德州仪器DMD芯片限制，华为在AR-HUD领 域中采用LCoS成像方案。并已在2021年HI发布会上重磅发布自己基于LCoS的AR-HUD产品，提供13°x5°大视角，即在前方7.5米位置呈现70寸大画幅显示区域。并可实现高达100PPD的全高清视觉显示。在不影响驾驶员视线的前提下，AR-HUD在下沿区域显示仪表信息辅助安全驾驶，还可按需提供贴合路面、覆盖多车道的AR安全导航信息，例如在三叉路口可轻松自如地实现精确导航。夜视/雨雾增强提示功能可精准显示前方及周边车辆和行人，当极端环境下视线不佳时，可有效提升驾驶安全。

　　虽然AR-HUD已经进入2.0时代，松下、华为、苹果等科技厂商都拿出了自己的在AR-HUD上的成果，但去年年底横空出世的光场AR-HUD似乎有望成为未来的主流方案。

　　目前，市场上所量产的AR-HUD，与光场AR-HUD存在本质上的不同。现在市场中的AR-HUD产品，在功能和效果上都退而求其次，采用了基于普通WHUD硬件基础上进行开发、再叠加2D或3D UI动画的形式，把画面投射到视线前方7到10米左右（个别车型4.5米或10+米），根据车辆的位置，实时播放导航、ADAS等动画和UI图标。而目前国内外市场上自称或被称作AR-HUD的产品，并没有达到技术意义上的增强现实显示效果。

　　尽管奔驰S级、大众、奥迪等众多国内外主机厂也陆续推出了带有AR-HUD功能的量产车型，但因供应商的技术限制，基本都放弃了最初虚拟和实景完美融合的“AR-HUD”技术构想，而是基于普通W-HUD硬件基础上进行开发的一种新形式，其功能和效果上都要落后于光场AR-HUD。

　　与C-HUD和W-HUD最大的不同之处在于，AR-HUD拥有更大的视场角和更远的成像距离，传统的W-HUD虚像距离基本上在2.5米左右，而AR-HUD的虚像距离至少能达到7.5米；W-HUD 则是 4°x2° -10°x2.5° ，而 AR-HUD 最少能显示17°x6.5°的视角，可以让驾驶员几乎不用低头看，低头的角度调整到 1° 以内，这两点也正好是影响用户体验的关键因素，光场AR-HUD的出现能最大程度地降低汽车的安全隐患。

　　光场AR-HUD可以将AR虚拟成像和道路实景完美融合，在不影响驾驶安全的前提下为用户创造更多价值，这也是很多科技厂商，包括车企发力光场AR-HUD的关键所在。从技术层面出发，光场AR-HUD是HUD发展的新里程，同时也是AR-HUD真正意义上的落地，是多年的技术积累带来了使用上的新体验。

　　从应用上讲，光场AR-HUD是展现智能汽车智能化程度的重要配置的彻底升级。近年来，随着智能汽车概念的不断成熟，智能化逐渐成为汽车，特别是新能源汽车上的标配，随着这种趋势的增强，光场AR-HUD能成为新的重要卖点。

　　目前全球范围内拥有光场AR-HUD这项显示技术的公司寥寥无几，总部位于苏黎世的全息增强现实创业公司Wayray宣称其Deep Reality Display技术可以实现在不同距离上投射虚拟信息，实现真正的“True AR”。 目前Wayray仅凭借 “True AR”的概念就已经收到了阿里巴巴，保时捷，现代汽车等巨头合计1.4亿美元的融资，可见市场对真正AR-HUD技术未来的期待。

　　而在国内AR-HUD领域中，也仅是FUTURUS研发出了基于3D光场的“真AR HUD”光学系统。FUTURUS独家光场AR-HUD系统可以实现HUD画面虚像从4米到无穷远的连续变焦，可以真正实现光学级别的虚拟和实景道路的完美融合。目前，FUTURUS已经成功完成了3D光场AR HUD实车硬件的三代迭代，系统已经实际路测优化了3年之久。有消息称，该公司会在2022年的北京车展上会发布其AR-HUD产品。

　　目前，FUTURUS已经成功完成了3D光场AR HUD实车硬件的三代迭代，改装实车已经实际路测优化了3年之久，系统、算法和软件迭代了上百个版本，能够很好地匹配L2、L3、L4级别辅助驾驶要求。

　　此外，科技巨头苹果也将AR-HUD作为颠覆汽车的秘密武器之一。2021年美国专利商标局授予了苹果公司一项泰坦项目专利：光场抬头显示器。其专利内容显示，苹果汽车上的HUD“可以是一个光场显示器，它产生的光场输出允许观看者观察平视显示器上的三维内容。光场显示单元的阵列和相应的透镜可用于将光场输出导向观看者。透镜可以将显示单元的重叠光场输出引向观看者，从而在车窗上形成一个放大的无缝光场观看区。”

　　显然，AR-HUD将会成为一个独立的赛道，其发展潜力巨大，但是也要面对许多问题，关于限制AR-HUD的问题。首先是成本，豪华品牌车型HUD选配价格介于6000-19000元之间，而AR-HUD的价格会更贵。其次是占用空间问题，多级发射技术因为结构原因，为了追求更广的FOV角度，导致AR-HUD的体积甚至可达15L。在中控台内部挖出15L的空间并不容易。

　　还有就是适配问题，HUD成像位置为前挡风玻璃，挡风玻璃为自由曲面，为了形成不失真的图像，一方面需要对挡风玻璃进行适当优化设计，另一方面要求HUD中的光学部分发出非常精确的图像。再加上一些开发成本、研发周期、盈利要求等等因素，HUD尤其是AR-HUD向下普及的工作还需要时间。

　　AR-HUD产品是未来智能汽车的发展趋势，而现阶段大量用户对AR-HUD产品同样也抱有更多的期待。可以预见，智能汽车这个未来生活“第三空间”将不再局限于车内这个物理空间本身，在自动驾驶技术日渐成熟的情境下，依托于AR-HUD技术，智能汽车能实现人、车、环境的互联互通，这一车载AR元宇宙蕴藏着极大的想象和发展空间。