（研究生课程论文）现代汽车设计方法概论论文题目：增强现实技术在汽车上的应用指导老师：黄妙华学院班级：汽研1402班学生姓名：王璇学号：10497214022572014年12月增强现实技术在汽车上的应用王璇(武汉理工大学)摘要：随着人们生活质量不断的提高，汽车技术的不断发展，越来越多的功能被消费者期望应用在现代的汽车上。
而随着信息电子及影像技术的发展，增强现实技术被开发者们应用到汽车上来解决一系列实际问题。
另外，战斗机用的HUD平视显示系统技术也被应用在了汽车上。
这两项投影技术的应用提高了汽车的安全性能也大大的增加了汽车的便捷性。
关键词：投影技术，平视显示，透明车身，安全性Augmented Reality technique applied In CarWang Xuan(WuHan university of technology)Abstract：With the prosperous advanced in quality of life as well as the development of technology in automotive, more and more functions are expected to applied in our cars. Thanks to the development of message , electronics and projection ,the Augmented Reality technique is used to solve series of problems in car. Furthermore, The HUD system is also used on automotive. These applications will improve the safety and convenience of car.Key words：AR, HUD, transparent body, safety.1 增强现实技术增强现实技术（Augmented Reality Technique，简称AR），是在虚拟现实基础上发展起来的新技术，是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的“增强”。
它将计算机生成的虚拟物体或关于真实物体的非几何信息叠加到真实世界的场景之上，实现了对真实世界的增强。
同时，由于用于与真实世界的联系并未被切断，交互方式也就显得更加自然。
2 HUD平视显示2．1 HUD技术起源HUD是平视显示器-（Head Up Display）的简称。
平视显示器（Head Up Display），以下简称HUD，是目前普遍运用在航空器上的飞行辅助仪器。
平视的意思是指飞行员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯。
平视显示器最早出现在军用飞机上，降低飞行员需要低头查看仪表的频率，避免注意力中断以及丧失对状态意识(Situation Awareness）的掌握。
因为HUD的方便性以及能够提高飞行安全，民航机也纷纷跟进安装。
HUD是利用光学反射的原理，将重要的飞行相关资讯投射在一片玻璃上面。
这片玻璃位於座舱前端，高度大致与飞行员的眼睛成水平，投射的文字和影像调整在焦距无限远的距离上面，飞行员透过HUD往前方看的时候，能够轻易的将外界的景象与HUD显示的资料融合在一起。
HUD设计的用意是让飞行员不需要低头查看仪表的显示与资料，始终保持抬头的姿态，降低低头与抬头之间忽略外界环境的快速变化以及眼睛焦距需要不断调整产生的延迟与不适。
HUD投射的资料主要与飞行安全有重要关系，譬如飞行高度，飞行速度，航向，垂直速率变化，飞机倾斜角度等等。
使用于战斗环境时，还会加上目标资料，武器与发射相关资料，预估命中点等等。
这些显示的资料能够根据不同状况而变换。
图1 一种战斗机上使用的HUD平视显示器HUD的基本架构包含两个部分：资料处理与影像显示。
资料处理单元是将飞机上各系统的资料整合处理之後，根据选择的模式转换成预先设定的符号，图形或者是以文字或者是数字的型态输出。
有些产品将讯号处理与影像输出分成两个装置，不过大致上都是类似的工作方式。
影像显示装置就是安装在座舱前方，位于飞行员与座舱罩之间的空间上。
影像显示装置接收来自资料处理装置的资讯，投射在玻璃上面。
显示装置并且附有控制面板，能够调解或者是改变输出的影像。
2．2 HUD技术在汽车中的应用部分汽车业者以类似飞行器中使用的的装置作为行销的手段吸引顾客，不过使用上并不广泛。
但是已经有一些汽车业者，研发出了一种能兼容TPMS(胎压胎温监测)，并能与汽车OBD插口连接的多用型HUD，简称OBD+HUD+TPMS，目的是让那么车上没有原装HUD的车主也可以享受到HUD的科技进步。
图2 捷豹路虎开发的HUD显示系统这是一款正处于开发中的系统，通过HUD抬头显示功能，可以直接将汽车档位，车速，油箱油量反映到仪表盘上，达到以下目的：1.驾驶员不必低头，就可以看到信息，从而避免分散对前方道路的注意力。
2.驾驶员不必在观察远方的道路和近处的仪表之间调节眼睛，可避免眼睛的疲劳。
2．3 HUD技术的发展前景随着材料技术，触屏技术及电子信息技术的发展，未来HUD将能集成更多的功能。
例如捷豹路虎正在开发的HUD 显示系统，将不但能显示车速，档位，油箱剩余油量等汽车基本信息，而且能够显示更多其他实用信息。
比如路线导航功能，路况信息等。
随着信息技术及车联网的发展，其他附近车辆的信息也将能反映到前挡风玻璃上，这大大提高了驾驶的便捷性及安全性。
未来的触屏技术也有可能运用到HUD系统中，可以支持驾驶员直接在挡风玻璃上进行一系列的操作。
红外技术也将集成在HUD系统中，这使得之前在漆黑的夜晚中难以被驾驶员发现的安全隐患将被标记出来，大大增加了车辆的安全性。
图3 带有导航车距功能的HUD图4 带有路况及路线选择的HUD3 透明车身技术3．1 透明车身技术产生背景当驾驶员驾驶汽车转向及倒车时，往往会出现视野盲区，无法看到车辆侧前方及汽车后方是否有障碍物，一些疏忽往往会造成财产甚至安全损失。
同时，越野汽车在恶劣的路况上及坡道上行驶时也往往无法得知底盘下的状况，无法选择正确的路线。
为此，设计人员设想利用某种技术能将车身“透明化”，以解决以上的问题。
由此，透明车身的概念即诞生。
3．2 透明车身技术原理一提到增强现实技术，大家首先想到的一定是在游戏或娱乐领域的应用。
其实在其它方面投影技术一样可以为我们的生活带来更多的便利，如果应用到汽车领域，甚至还能挽救我们的生命。
比如最近来自日本庆应义塾大学的研究人员就正在研发一种“透明汽车”的全新概念设计，这个系统就将投影技术进行充分的运用，可以解决司机在驾驶过程中遇到的盲点问题。
无论是车门、车窗、车顶还是底盘，所有关键的信息都可以通过“透明化”的方式呈现在驾驶者的眼前，方便人们进行提前预判避免事故，甚至拯救自己和他人的生命。
这种想法在理论上非常简单。
通过安装在汽车外部的摄像头会记录所有周围的情况，然后通过安装在车门或脚下的投影仪将画面投射到汽车内部，并且给人营造出一种整个车身都是透明的错觉。
其实这项研究虽然理论很简单，但是主要的困难都来自于如何实现。
由于光线的物理特性以及来自汽车内部的设计要求，通过汽车本身的燃料还为整套系统提供电源似乎并不足够影响汽车的动力。
另外还有人担心这套系统可能会过分吸引驾驶员的注意力而导致无法专心看着前方，同样有引发危险的概率。
整个系统要用到一种名叫RPT（反射投影）技术，这是一种全新类型的屏幕。
RPT可以解决许多传统屏幕或投影无法面对的技术性难题。
它由50颗玻璃珠反射来自于同一轴线上的光线，预计会有助于将摄像头所拍摄的画面通过3D立体的形式呈现出来。
另外这种屏幕还可以在任何表面上无障碍投射，所以它可以适应车内的任何布局，包括车门以及座椅等都不会产生影响。
在RPT的基础上加入一个半透明的反射镜就可以解决所有不规则的表面。
图5 丰田普锐斯的透明车身技术原理3．3 透明车身发展现状丰田普锐斯研制的透明车身可以实现车身部分及倒车时车辆尾部“透明”。
其原理如图5所示。
图6 丰田普瑞斯的透明车身技术另外一种技术是路虎的透明车身技术。
路虎透明车身技术变得透明的只有引擎罩部分，而且并不是真正意义上的透明。
它利用摄像头和虚拟现实技术拍下车头下面被遮挡住的部分，然后通过智能车窗显示出来，我们看上去就好像是车子变得透明了一样。
透明舱盖技术与HUD相结合，将路面情况投影到挡风窗上。
这项技术的实现其实很简单，设置在进气格栅处的摄像头拍摄车辆下方的路面，在发动机舱盖透明功能需要开启时，投影机会将摄像头实时收集到的视频像抬头显示一样，投射在驾驶员视野中发动机舱盖的位置。
这样就可以使车辆前部类似“隐形”一般，让驾驶者在车内便可获知前方的地形状况。
同时驾驶者在攀爬陡峭斜坡或通过狭窄空间时，还可以通过透明发动机舱盖技术得知前轮角度、位置、车速、四驱状态在内的多种实用信息。
图7 透明舱盖技术原理虽然目前路虎并未公布透明发动机舱盖技术的开启方法，但我们假设当驾驶员无法准确判断车辆宽度时或启动车辆时没有注意到车头下方有无幼儿或小动物时，结合传统的停车辅助系统，透明发动机舱盖技术可以将盲区的实时画面进行反馈，这样，就可以降低事故的发生几率。
图8 透明舱盖技术效果图4 总结与展望虽然投影技术已经在汽车上得到了相当程度上的应用，并且不断的日趋成熟。
但是还是有许多尚未解决的问题。
例如，一些所谓的透明车身技术的应用十分有限。
因为投影影像效果与光线问题，容易造成视觉误差。
随着材料技术的发展，相信真正的透明材料将会被研发出来并且使用在汽车中。
另外，3D技术的发展也有望应用在HUD平视显示系统及透明车身的投影效果上。
红外技术夜视仪也能集成在HUD 中，使得驾驶员能及时发现夜间行车中出现的不易被发现的障碍物。
由于目前的投影以及显示系统逼真度，使用条件等限制，日后的发展趋向于增强现实感技术。
增强现实感显示器将会带给驾驶者前所未有的体验。
