日常行車過程中，駕駛員在高度關(guān)注前方道路和后視鏡的同時，往往需要不時分神處理大量其他信息，比如導(dǎo)航界面、車載娛樂系統(tǒng)及中控面板等，這類視覺次任務(wù)常常和駕駛主任務(wù)產(chǎn)生視覺通道資源的競爭，使司機(jī)產(chǎn)生疲勞感從而影響駕駛安全。
傳統(tǒng)的車載信息系統(tǒng)一般需要駕駛員低頭進(jìn)行觸摸或按鈕操作，一方面干擾了駕駛員瞭望前方的時間，另一方面局限于二維屏幕的導(dǎo)航界面有很多體驗上的局限性和不流暢存在：比如在交叉路口等復(fù)雜駕駛場景，駕駛員仍然需要通過觸屏才能與系統(tǒng)進(jìn)行交互；在高架路或車庫等三維空間，二維的導(dǎo)航地圖常常“上下不分”，駕駛員無法直觀獲得三維的導(dǎo)航體驗。這些體驗的不足使得HUD平視顯示技術(shù)進(jìn)入人們的實現(xiàn)，他是實現(xiàn)二維導(dǎo)航向三維立體實景轉(zhuǎn)移的第一步。
HUD（Head-Up Display，平視顯示器）最早應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)，后來由于其出色的輔助視覺和安全性能被引入汽車，平視顯示技術(shù)將逐步承擔(dān)儀表臺的功能，減少駕駛員因低頭查看儀表而導(dǎo)致視線從前方道路的偏離，從而減少視覺、動作以及認(rèn)知資源的占用量。據(jù)統(tǒng)計，抬頭顯示技術(shù)可以降低 25%的車輛碰撞①。
圖 1平視顯示技術(shù)效果圖
車載平視顯示器的光和顏色由高強(qiáng)度發(fā)光二極管（LED）提供，通過儀表盤后面的四組鏡片進(jìn)行反射，將光源圖像投射到汽車前擋風(fēng)擋玻璃上，從而直接將信息顯示在駕駛員前方視野中。這些 LED 位于屏幕下方，將圖像向上投射到一系列鏡子上，給人一種圖像漂浮在道路前方的印象，因而HUD又被稱為懸浮的“儀表盤”。
1-虛擬圖形 2-擋風(fēng)玻璃上的反射 3-LED 4-光學(xué)反射系統(tǒng)
HUD的界面設(shè)計應(yīng)該滿足以下原則：第一，嚴(yán)格控制同一時間顯示的信息的內(nèi)容和數(shù)量，劃分信息的優(yōu)先級，優(yōu)先顯示與安全駕駛直接相關(guān)的信息，盡量減少投影到前擋風(fēng)玻璃上的信息的數(shù)量；第二，天氣、路況等因素都會影響駕駛員對系統(tǒng)交互界面信息的識別，因而在設(shè)計過程中，應(yīng)該綜合考慮天氣環(huán)境、視野條件等因素的影響；第三，界面的視覺符號需要簡單易理解，大小比例合適，語意簡短，避免產(chǎn)生歧義，使界面的設(shè)計符合駕駛員的心理認(rèn)知，避免引起駕駛員更多的認(rèn)知負(fù)荷；第四，界面視覺符號的色彩和亮度需要考慮駕駛環(huán)境的變化對可見度的影響，以實現(xiàn)有效的警示效果。
車用HUD一般可以顯示如下信息：速度計、轉(zhuǎn)向燈、導(dǎo)航方向、離下一個轉(zhuǎn)彎的距離以及下一出口或轉(zhuǎn)彎的街道名稱，可以實現(xiàn)3D 顯示定速巡航（自動車速保持）以及巡航速度控制，如果有自動車距巡航控制，還會顯示和前車的距離。除此之外還有儀表檢查或引擎故障顯示、運動轎車手動模式、前檔位和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、電話號碼以及當(dāng)前接入的電話的人名、當(dāng)前收聽的廣播頻率及節(jié)目名稱等。HUD可以實現(xiàn)行人防碰撞，前車防碰撞，十字路口防側(cè)撞，導(dǎo)航指示等輔助駕駛功能的展示。在交互方式方面，HUD可以實現(xiàn)視覺顯示、語音交互、手勢交互②等功能。
隨著汽車市場的發(fā)展，汽車 HUD 也根據(jù)市場需求發(fā)展出了幾種不同的類型，目前主要可分為擋風(fēng)玻璃 HUD（Windshield HUD，WHUD）、組合型 HUD（Combiner HUD，CHUD）和增強(qiáng)顯示HUD（AR-HUD）。其中WHUD和AR-HUD是利用汽車前擋風(fēng)玻璃把虛像光線反射到駕駛員眼睛中，CHUD是利用一塊透明玻璃板反射虛像到駕駛員眼睛中，透明玻璃板正對駕駛員放置于汽車前擋風(fēng)玻璃與儀表臺之間。其中把虛像反射到駕駛員眼睛中的汽車前擋風(fēng)玻璃或者透明玻璃板叫做汽車 HUD 的組合器，其作用是使駕駛員能夠同時看到虛像與車外環(huán)境③。三種類型HUD的技術(shù)與功能優(yōu)缺點對比如下表1：
平視顯示器技術(shù)目前仍處于研發(fā)與應(yīng)用的早期階段，HUD 的發(fā)展仍面臨諸多技術(shù)難點。第一，圖像焦點到眼睛的距離仍然很短，這一參數(shù)極大的限制著HUD 的顯示效果。第二，溫升控制。HUD 一般布置在儀表的前方，完全暴露在太陽光下，因此HUD 雖然在駕駛艙內(nèi)使用，但也經(jīng)受著高溫環(huán)境的考驗。
未來HUD的研發(fā)將有以下幾大趨勢：第一，HUD 將不斷由C-HUD、W-HUD 向AR-HUD發(fā)展，AR-HUD可以追蹤人眼位置，引入補(bǔ)償算法將導(dǎo)航信息與地面結(jié)合；第二，基于波導(dǎo)技術(shù)的AR-HUD 其空間容量具有較大裝車優(yōu)勢④，未來有望實現(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用有源全息波導(dǎo)技術(shù)；第三，單一處理器是HUD 的技術(shù)趨向，具備強(qiáng)大計算能力的單一處理器支持一芯多屏，實現(xiàn)“中控液晶儀表+HUD+其他功能”的融合體驗。隨著人機(jī)工程、工業(yè)設(shè)計、交互設(shè)計等學(xué)科的不斷發(fā)展，HUD的設(shè)計要旨必然隨之發(fā)生變化。例如，在自動駕駛的情景下，HUD將不再需要出現(xiàn)在前擋風(fēng)玻璃上，可能轉(zhuǎn)變?yōu)樽谎诱钩龅囊粔K半透明玻璃；具備手勢、語音甚至腦電波交互等功能。
①周曉.AR-HUD輔助駕駛系統(tǒng)對駕駛行為影響的研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2018(05)
②劉雙廣.對汽車HUD的交互設(shè)計研究[J].中國包裝,2018(06):56-58
③黃興洲.車載平視顯示系統(tǒng)光學(xué)模組技術(shù)研究[D].北京:中國科學(xué)院大學(xué),2019(06)
④齊濤,邵麗青.車載HUD的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析[J].汽車縱橫,2019(11):54-57
