隨著汽車智能化趨勢的持續推進，新老造車勢力搶灘布局智能汽車發展。傳統的CHUD和WHUD已經無法滿足智能座艙的交互需求，能為用戶打造沉浸式體驗的AR-HUD成為車企、科技廠商、甚至是資本圈的關注。

雖然HUD技術早已經不是什么新技術，早在10多年前的豪華車上就開始裝備，不過在過去，大部分的車載HUD技術都是以濫竽充數為主，顯示的信息并不多。而隨著技術的發展，AR-HUD開始進入視野。

包括新一代奔馳S級外，紅旗[報價 4S店]E-HS9、大眾ID.4、奧迪Q4 e-tron，長城WEY[報價 4S店] 摩卡、華為問界M5等等配備AR HUD的量產車型，同時也讓華為、蘋果、三星、松下、WayRay等科技企業爭相布局。可以預見，AR-HUD作為未來智能座艙的重要組成部分，將迎來一輪量產爆發潮。

HUD（Head Up Display）是抬頭顯示系統的一種，起初是由戰斗機光學瞄準器技術演化而來，能將車輛信息投射在車輛前擋風玻璃上，這樣駕駛員就不用低頭查看儀表信息，可以將視線一直保持在前方道路上，保證駕駛安全。

其本質是一個汽車電子顯示系統，包括ECU部件，光源像源部件（圖形生成單元PGU），投影光學部件（自由曲面鏡光學系統）和機械殼體。此外，嚴格意義上來說，汽車的擋風玻璃也是HUD的一個核心光學部件。

其中，PGU普遍采用TFT-LCD，個別項目采用DLP投影技術，此外還有極少一部分采用LCOS投影或激光MEMS掃描投影技術。實際上，PGU的顯示面板雖然是HUD的核心部件，但并不是HUD公司的核心技術。HUD一級供應商通常從上游的顯示面板廠商處采購標準顯示面板，通過設計HUD光路得到較好的畫質，配合相應的軟件系統，讓駕駛者能夠獲得最佳用戶體驗。

HUD按實現方法的不同，分為三大類C-HUD（Combiner HUD），W-HUD（windshield HUD），AR-HUD（Augmented Reality-HUD）

C-HUD是將一塊透明的樹脂玻璃放置于儀表上方，從而實現車輛信息的投影。優點是成本低，但缺點也很明顯，不夠美觀且顯示面積通常很小；W-HUD直接使用汽車的擋風玻璃作為顯示屏，將相關信息直接投影到擋風玻璃上，效果會更加立體化，但該系統需要根據擋風玻璃的特性進行單獨匹配和設計，這也直接導致了成本的升高。

而我們今天聊的AR-HUD，則更能代表未來的方向，依舊是將擋風玻璃作為顯示屏，但是會提供更加遠距離的虛擬圖像，并與實景相結合的呈現。借助AR技術的拓展，讓HUD的使用場景有個更多的可能。結合ADAS功能，及時有效的顯示車輛信息以及車輛周邊環境信息，也為實現全面自動駕駛提供了有利條件和重要支撐。

隨著技術的發展，車載HUD從最早只能顯示速度，提醒圖標等基礎信息，漸漸演化到顯示范圍更大，畫面更清晰，可以完全替代儀表盤的階段。

而智能汽車的發展，特別是自動駕駛技術的進步，可以讓駕駛員或者車內乘員的注意力從路上解放出來，對HUD的娛樂功能就提出了更高的要求，也促使HUD向畫面更大，顯示更清晰的方向發展，前文提到的華為HUD就是此路線。

自動駕駛技術發展對HUD提出的另一個要求就是融合。自動駕駛系統要對周邊環境感知后，在建立的虛擬空間中規劃行駛路線。特斯拉人工智能部門總監Andrej Karpathy在2021年的Tesla AI Day上就提出，自動駕駛系統所建立的虛擬空間，需要做到“空間融合”，也就是識別的所有路上物體的位置都要對，以及“時間融合”，也就是不能有延時。

自動駕駛系統所建立的虛擬空間通常都會在車上大屏上顯示出來供駕駛員監管。但是，當駕駛員視線脫離道路時也就失去了監管的意義，因此在HUD上實現虛擬信息和顯示世界的融合就成了最佳的解決方案，也就催生出了AR-HUD。

而AR-HUD要想實現真正的AR顯示效果，不僅需要對現實世界進行精準感知，還需要實時、準確呈現數字化的虛像，并與實景道路環境進行融合，可以說感知技術、顯示技術、融合技術三個缺一不可。

感知技術是為了實現虛擬信息和真實場景的無縫疊加，要求對周圍道路實景環境進行精確實時地感知，生成真實世界的三維坐標信息。

顯示技術是基于物理空間的感知結果和三維光場顯示技術，借助融合技術、算法和計算機圖形技術，實時計算、渲染生成任何需要被投射到真實世界內的虛擬對象。

融合技術則是虛實融合是AR-HUD技術的重中之重，不僅需要實現真實世界與AR-HUD虛擬成像在位置（空間坐標）上的融合，還需要做到毫秒級的延遲控制（時間坐標），才能將數字虛擬世界與真實世界精確融合，融合的精準度直接決定了AR-HUD的使用體驗效果。

當然，同樣是AR-HUD也會有不同的顯示邏輯，比如奔馳S級與大眾ID。系列。全新一代奔馳S級與大眾ID.4（ID.4 X和ID.4 CROZZ）是比較早期搭載AR-HUD功能的車型，他們在功能上有著類似的作用，就連“輔助手段”都比較一致，但兩臺車在實際體驗中的感受卻像是兩個極端。

二者均是將導航功能融合到HUD顯示器當中，在拐彎并線等需要提示的路況下，顯示器上會在前方道路上用箭頭標示出方向等信息，同時，常規的車速及報警信息也會整合其中，但問題是實際的顯示效果。

奔馳S級的問題在于畫面太過花哨、艷麗，豐富的提示動態稍微有些眼花繚亂的感覺，存在一定程度的分散注意力；而ID.4的問題正好相反，在晴朗天氣下，即便將HUD的亮度調至最高，也經常會出現無法清晰顯示的尷尬。一個太清晰、一個太不清晰，這兩個“先行者”的最終效果都不是很令人滿意。

不過，在“輔助手段”上，二者也有著相同的做法，比如，提高車內氛圍燈的亮度，讓你在白天也能清晰看到。目的當然不是增強其白天的裝飾性，而是為氛圍燈注入了一部分功能性。

而大眾ID.4在前方擋下沿的一條貫穿式LED燈帶，在換擋、轉彎及出現一些行車碰撞風險時，會以不同顏色、不同動態的方式去點亮燈帶，來強化對駕駛員的提示功能；奔馳S級也一樣，后方來車恰巧碰到拉動車內門把手時，也會通過閃爍氛圍燈+提示音等方式增強提醒。

這明顯是車內交互手段的新探索，通過“聲、光、電”的新融合，讓電氣化、智能化的車廂不再只通過“點按、滑動”玻璃屏的方式來控制，讓諸多豐富的功能不再局限于方向盤前方的儀表盤內。

AR-HUD作為下一代人機交互的新技術，大部分主機廠搭載尋求最好的顯示邏輯，而部分科技廠商也在發力AR-HUD，目前，蘋果、三星、松下、WayRay、哈曼等都在對AR-HUD進行研究。比如光場AR-HUD、帶眼球追蹤AR-HUD等。

在2022年的CES上，松下推出了一套具有眼球追蹤專利的AR-HUD 2.0系統。據了解，通過這項功能可以將AR圖像更精確地聚焦到駕駛員眼前的現實世界，提高駕駛員視野中圖像的真實程度和臨場感。

根據松下的介紹，這套AR-HUD 2.0系統基于ETS技術開發，由AR-HUD和光學器件封裝在一起的紅外攝像頭實現，無需獨立的面向駕駛員的攝像頭。通過ETS技術識別駕駛員的頭部位置和頭部運動，可以動態調整以及補償視野中的圖像，亦即是說駕駛員無需移動頭部和改變視線，就能看到準確、清晰、高分辨率的看到在AR-HUD中疊加顯示的圖標。

值得一提的是，這套AR-HUD 2.0系統最遠可以在10m的距離內投射大圖像，還能夠識別汽車前方的物體并通過在 HUD 中顯示警報來警告駕駛員。此外，這套系統還支持駕駛員監控功能，如疲勞監測和分心監測等。

在AR-HUD領域，華為在軟件層面先行，其AR地圖導航此前以已經亮相，基于華為河圖，實現每平方公里40億三維信息點，1：1 還原真實世界，并于2020年5月底，覆蓋上海內環120平方公里，2020年底覆蓋一線城市100+頂級景區及1000家頂級商圈。

同時，華為自主研發的鴻蒙操作系統也支持AR/VR，并且其基于AR視覺體驗的華為Cyberverse空間計算平臺，具備3D高精地圖、全場景空間、強環境理解、虛實融合渲染等四項核心能力。

華為在AR-HUD 底層的核心系統、軟件和數據能力方面亦具有較為深厚的沉淀。為實現PGU自主，擺脫德州儀器DMD芯片限制，華為在AR-HUD領 域中采用LCoS成像方案。并已在2021年HI發布會上重磅發布自己基于LCoS的AR-HUD產品，提供13°x5°大視角，即在前方7.5米位置呈現70寸大畫幅顯示區域。并可實現高達100PPD的全高清視覺顯示。在不影響駕駛員視線的前提下，AR-HUD在下沿區域顯示儀表信息輔助安全駕駛，還可按需提供貼合路面、覆蓋多車道的AR安全導航信息，例如在三叉路口可輕松自如地實現精確導航。夜視/雨霧增強提示功能可精準顯示前方及周邊車輛和行人，當極端環境下視線不佳時，可有效提升駕駛安全。

雖然AR-HUD已經進入2.0時代，松下、華為、蘋果等科技廠商都拿出了自己的在AR-HUD上的成果，但去年年底橫空出世的光場AR-HUD似乎有望成為未來的主流方案。

目前，市場上所量產的AR-HUD，與光場AR-HUD存在本質上的不同。現在市場中的AR-HUD產品，在功能和效果上都退而求其次，采用了基于普通WHUD硬件基礎上進行開發、再疊加2D或3D UI動畫的形式，把畫面投射到視線前方7到10米左右（個別車型4.5米或10+米），根據車輛的位置，實時播放導航、ADAS等動畫和UI圖標。而目前國內外市場上自稱或被稱作AR-HUD的產品，并沒有達到技術意義上的增強現實顯示效果。

盡管奔馳S級、大眾、奧迪等眾多國內外主機廠也陸續推出了帶有AR-HUD功能的量產車型，但因供應商的技術限制，基本都放棄了最初虛擬和實景完美融合的“AR-HUD”技術構想，而是基于普通W-HUD硬件基礎上進行開發的一種新形式，其功能和效果上都要落后于光場AR-HUD。

與C-HUD和W-HUD最大的不同之處在于，AR-HUD擁有更大的視場角和更遠的成像距離，傳統的W-HUD虛像距離基本上在2.5米左右，而AR-HUD的虛像距離至少能達到7.5米；W-HUD 則是 4°x2° -10°x2.5° ，而 AR-HUD 最少能顯示17°x6.5°的視角，可以讓駕駛員幾乎不用低頭看，低頭的角度調整到 1° 以內，這兩點也正好是影響用戶體驗的關鍵因素，光場AR-HUD的出現能最大程度地降低汽車的安全隱患。

光場AR-HUD可以將AR虛擬成像和道路實景完美融合，在不影響駕駛安全的前提下為用戶創造更多價值，這也是很多科技廠商，包括車企發力光場AR-HUD的關鍵所在。從技術層面出發，光場AR-HUD是HUD發展的新里程，同時也是AR-HUD真正意義上的落地，是多年的技術積累帶來了使用上的新體驗。

從應用上講，光場AR-HUD是展現智能汽車智能化程度的重要配置的徹底升級。近年來，隨著智能汽車概念的不斷成熟，智能化逐漸成為汽車，特別是新能源汽車上的標配，隨著這種趨勢的增強，光場AR-HUD能成為新的重要賣點。

目前全球范圍內擁有光場AR-HUD這項顯示技術的公司寥寥無幾，總部位于蘇黎世的全息增強現實創業公司Wayray宣稱其Deep Reality Display技術可以實現在不同距離上投射虛擬信息，實現真正的“True AR”。 目前Wayray僅憑借 “True AR”的概念就已經收到了阿里巴巴，保時捷，現代汽車等巨頭合計1.4億美元的融資，可見市場對真正AR-HUD技術未來的期待。

而在國內AR-HUD領域中，也僅是FUTURUS研發出了基于3D光場的“真AR HUD”光學系統。FUTURUS獨家光場AR-HUD系統可以實現HUD畫面虛像從4米到無窮遠的連續變焦，可以真正實現光學級別的虛擬和實景道路的完美融合。目前，FUTURUS已經成功完成了3D光場AR HUD實車硬件的三代迭代，系統已經實際路測優化了3年之久。有消息稱，該公司會在2022年的北京車展上會發布其AR-HUD產品。

目前，FUTURUS已經成功完成了3D光場AR HUD實車硬件的三代迭代，改裝實車已經實際路測優化了3年之久，系統、算法和軟件迭代了上百個版本，能夠很好地匹配L2、L3、L4級別輔助駕駛要求。

此外，科技巨頭蘋果也將AR-HUD作為顛覆汽車的秘密武器之一。2021年美國專利商標局授予了蘋果公司一項泰坦項目專利：光場抬頭顯示器。其專利內容顯示，蘋果汽車上的HUD“可以是一個光場顯示器，它產生的光場輸出允許觀看者觀察平視顯示器上的三維內容。光場顯示單元的陣列和相應的透鏡可用于將光場輸出導向觀看者。透鏡可以將顯示單元的重疊光場輸出引向觀看者，從而在車窗上形成一個放大的無縫光場觀看區。”

顯然，AR-HUD將會成為一個獨立的賽道，其發展潛力巨大，但是也要面對許多問題，關于限制AR-HUD的問題。首先是成本，豪華品牌車型HUD選配價格介于6000-19000元之間，而AR-HUD的價格會更貴。其次是占用空間問題，多級發射技術因為結構原因，為了追求更廣的FOV角度，導致AR-HUD的體積甚至可達15L。在中控臺內部挖出15L的空間并不容易。

還有就是適配問題，HUD成像位置為前擋風玻璃，擋風玻璃為自由曲面，為了形成不失真的圖像，一方面需要對擋風玻璃進行適當優化設計，另一方面要求HUD中的光學部分發出非常精確的圖像。再加上一些開發成本、研發周期、盈利要求等等因素，HUD尤其是AR-HUD向下普及的工作還需要時間。

AR-HUD產品是未來智能汽車的發展趨勢，而現階段大量用戶對AR-HUD產品同樣也抱有更多的期待。可以預見，智能汽車這個未來生活“第三空間”將不再局限于車內這個物理空間本身，在自動駕駛技術日漸成熟的情境下，依托于AR-HUD技術，智能汽車能實現人、車、環境的互聯互通，這一車載AR元宇宙蘊藏著極大的想象和發展空間。

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