видимость hud что такое

HUD в автомобиле – что это такое и как помогает водителю?

Целью работы HUD является максимальное сокращение времени, необходимого на проверку, например, своей текущей скорости, когда водитель не смотрит на дорогу. Нужно помнить, что при скорости 100 км/ч каждую секунду авто проезжает 28 метров. При скорости 140 км/ч речь идет уже о 39 метрах в течение каждой секунды.

Сосредоточение зрения на приборной панели тоже требует времени, потому что нашим глазам нужно немного времени на выполнение этого действия.

Будущее дисплеев HUD Мощный проекционный дисплей в BMW 5 GT

Использование HUD дисплея дает два преимущества. Во-первых, информация выводится в поле зрения водителя – не нужно отрывать глаз от дороги. Во-вторых, отображается только наиболее важная информация.

Разные машины – разная реализация HUD

В части автомобилей он реализован достаточно простым, но эффективным способом, основанным на отображении заданной информации на дополнительном маленьком окошке, устанавливаем между лобовым стеклом и рулем. В более дорогих автомобилях можно встретить дисплеи, отображающие информацию на лобовом стекле.

На практике отображение информации на маленьком стекле дисплея несколько хуже, так как зрение водителя должно сосредоточиться на гораздо ближе расположенной точке. Тем не менее, присутствуют и другие преимущества этого решения, как место, которое находится ближе к линии зрения водителя, а также короткое время, необходимое на проверку интересующей его информации.

HUD в BMW 2 Gran Tourer Основная информация в Audi A7

Самые передовые решения для отображения данных на лобовом стекле, могут отображать информацию в нескольких цветах, что отлично видно на фото. Виртуальное место, где фокусируется зрение водителя, чтобы прочитать эту информацию, находится в нескольких десятков метров перед автомобилем, на проезжей части.

Источник

Что такое HUD (Head-Up Display) в играх?

Заметили тенденцию последних 10-15 лет? Разработчики, создающие ААА-проекты с более-менее фотореалистичной графикой, стремятся минимизировать пользовательский UI-интерфейс на экране. Это способствует максимальному погружению геймера в игровой процесс, особенно если имеется вид от первого лица.

Встречаются и оригинальные решения. Например, в ныне почившей серии Dead Space счётчик патронов располагался непосредственно на оружии, а жизней – в виде энергетической полоски на костюме. Смотрелось потрясающе, но идею редко развивают, ведь продумать подобное – кропотливая работа целой команды. Вообще, что такое HUD в играх?

Если обратиться к терминологии, это часть интерфейса, с точки зрения протагониста и вселенной являющегося дополненной реальностью. Подобное объяснение даётся в Deus Ex Mankind Divided, где Адам Дженсен получает инструкцию от руководства по использованию своих аугментаций.

Расшифровка Heads-Up Display предполагает наличие мини-карты, счётчика HP, уровня опыта, запаса боеприпасов, оставшегося времени (если миссия имеет строгие временные ограничения), реплик персонажей, названий мест действия и т. д.

Интерфейс HUD в играх – это ключевой элемент, влияющий на геймплей?

Безусловно, поскольку легко перегрузить графику, либо сделать перемещение по локациям недостаточно интуитивным. Представьте Dungeon Crawler с прогулками по лабиринтообразным подземельям, где нет ни карты, ни стрелочек. В 90-е это было распространено, а сегодня считается архаизмом.

В высокобюджетных произведениях, ориентированных на массовую аудиторию, без указателя не обойтись. Игрока не считают чрезвычайно умным, да и запускать эти видеоигры могут люди, редко проводящие в виртуальных мирах уйму времени. Исключения вроде Death Stranding, где часть действий требует включить логику, лишь подтверждают правило.

Как минимизировать UI-интерфейс?

Для этого в анимацию героя добавляют дополнительные движения, призванные показать его текущее состояние. Вспомните Resident Evil, где протагонист начинал хромать после нескольких укусов зомби. Можно ли убрать HUD-графику вообще? Запросто, примеров всё больше.

В космических песочницах вроде No Man’s Sky и Astroneer отсутствие надписей в моменты прогулок по планетам помогает подчеркнуть, насколько бескрайние космические пространства окружают вас. С другой стороны, попробуйте бегать по квестам в Open World вроде «Ведьмак 3», не имея меток и указателей. Это физически невозможно, если не заучивать местность детально.

Есть исключения и здесь: в первом Assassin’s Creed достопримечательности на карте выстроены не хаотично, а с учётом возможности перемещаться по ней без каких-либо подсказок. Встроенный навигатор необходим в большинстве видеоигр, предполагающих какую-либо нелинейность и свободу перемещения.

Источник

«История HUD»: от Второй мировой до первой голограммы

Приборная панель автомобиля — источник важной для водителя информации. В ближайшем будущем он рискует потерять свою значимость — на это место уже претендуют HUD дисплеи, о технологии которых мы хотели бы поговорить сегодня.

Все началось с рефлекторных прицелов боевых самолетов. Десятилетия спустя технология получила развитие в гражданской авиации и автомобилестроении.

Данное решение легло в основу одного из продуктов WayRay. Это — AR навигационная система Navion, которая позволяет интегрировать всю важную информацию: маршрут, текущую скорость, POI, — прямо в окружающую реальность.

Разберемся с тем, с чего все начиналось, и как разработки для военной авиации продолжают менять современный гражданский автопром.

Военный период

Как и многие изобретения, которые и по сей день служат нам в быту, технология HUD пришла из военной промышленности. Предками прозрачных дисплеев можно считать рефлекторные прицелы на боевых немецких самолетах времен Второй мировой войны. Технология HUD возникла из необходимости пилотов находить враждебные цели в небе, пользуясь навигационной информацией и не отвлекаясь при этом от полета.

Первые дисплеи решали проблему прицеливания, а после стали отображать детали о скорости передвижения и угле атаки, что стало вехой для военной авиации. В 1942 году изображение с радиолокационного индикатора удалось соединить с проекцией гироскопического прицела на плоской поверхности ветрового стекла, и это привело к рождению проекционного дисплея.

Фото Shawn / CC-BY

HUD остались в боевых самолетах и после Второй мировой. Следующий этап эволюции информационных дисплеев — оснащение британского штурмовика Blackburn Buccaneer встроенным Head-Up Display. Первый полет и практическое применение HUD в воздухе произошло в 1958 году. Снова технология послужила отнюдь не мирным целям: она помогала в наведении ракет и при атаках с малой высоты. Англичане пилотировали Buccaneer в период с 1968 по 1994 года, и все это время важная для пилотов информация выводилась на стекло.

В 60-х годах XX века французский летчик-испытатель Gilbert Klopfstein создал первый современный HUD и стандартизованную систему символов для него. Благодаря этому пилоты смогли без дополнительного обучения пересаживаться за штурвал различных боевых машин. Как и в случае со многими технологиями, унификация вывела использование HUD на новый уровень.

Пассажирская авиация

Выход в мирное небо не стал следующим этапом эволюции HUD, ведь военный период для дисплеев на этом не завершился, и вряд ли это произойдет когда-либо. Технологии проекционных дисплеев и дополненной реальности продолжают эксплуатироваться как в авиации, так и в других аспектах военного дела: солдаты используют аналоги Google Glass для определения целей, и картинка, возникающая перед их глазами, очень напоминает работу HUD в современных автомобилях.

Проекционным дисплеям потребовалось «каких-то» тридцать лет, чтобы найти себе применение в мирном секторе: HUD нашлось место в Boeing 737 только в 90-х годах, хотя самые ранние попытки привить пилотам привычку следить за параметрами полета на экране происходили уже в 70-х. Проецируемая информация помогает взлетать и приземляться, следить за скоростью, высотой и маршрутами не только на массовых пассажирских судах вроде Boeing 737 или Embraer 190, но и на региональных самолетах и даже бизнес-джетах.

Фото Shawn / CC-BY

В пассажирской авиации следующим шагом для HUD, согласно Aviation Today, должно стать комбинирование технологий искусственного и инфракрасного зрения. Системы нового поколения уже состоят из удаленного процессора, который интерпретирует информацию о местоположении самолета и объединяет ее со встроенной базой данных. Полученная картинка передается небольшому проектору, установленному над головой пилота.

Повседневное использование

Хотя эта мысль встретила бы определенный скепсис еще каких-то тридцать лет назад, прозрачные дисплеи вышли в массы благодаря автомобильной промышленности.

Первопроходцем в использовании HUD на базе серийного автомобиля стала корпорация General Motors с моделью уже прекратившего свое существование бренда Oldsmobile — Cutlass Supreme — в 1988 году. Так принято думать, но правда в том, что в GM экспериментировали с прозрачными дисплеями еще в 60-х годах, то есть это происходило в одно время с первыми полетами Buccaneer с HUD.

Тогда корпорации не боялись обнародовать фотографии концепт-каров. Один из ранних эскизов легендарного Mako Shark II 65-го года содержал настоящее устройство для отображения бортовой информации. В примитивном, но узнаваемом виде. HUD на Mako так и не вышел в свет, как и усовершенствованная версия спортивного купе.

Следующие два десятилетия технология имела мало точек соприкосновения с землей, и массовый потребитель все также не подозревал о ее существовании. HUD промелькнул в футуристическом концепте Pontiac Trans Sport 1986 года, но, как показала история, эта модель стала рядовым минивэном, в котором не нашлось места инновациям.

И вот настал 1988 год. На рынок выпускают обновленный Oldsmobile Cutlass Supreme, тот самый, который использовался для съемок «Смертельного оружия». Кроме непревзойденного стиля того времени, автомобиль обладал вакуумной люминесцентной трубкой и отражающей оптикой, которые вместе были способны спроецировать всю полезную информацию о поездке на ветровое стекло.

Вскоре после этого технология стала распространяться. Ранние модели были монохроматическими. К концу 90-х Corvette уже оснащались HUD с тахометрами и индикатором температуры двигателя. Позже Pontiac принял HUD как стандарт на Bonneville. В 2005 году на базе Cadillac STS был предложен первый в мире четырехцветный HUD.

Долгое время прозрачный экран оставался роскошным бонусом, доступным только в моделях премиум-класса. При этом проецируемая картинка страдала от низкого разрешения и не всегда соответствовала высокой планке. В 2009 году появились исследования о проекционном устройстве, использующем технологию голографической проекции.

В основе таких проекторов лежит жидкий кристалл на кремнии (LCOS) для модуляции лучей красного, зеленого и синего света, что в конечном счете создает полноценное изображение. По прошествии 6 лет Jaguar Land Rover принял их на вооружение для своих автомобилей.

Что дальше?

По данным отчета IHS Automotive, к 2020 году на дорогах появятся более 9 млн транспортных средств с HUD — это обусловлено, в частности, удешевлением реализации HUD-решений. Еще одно направление развития технологии в разрезе автопрома – совершенствование на пути к полноценной дополненной реальности.

Настоящее и будущее WayRay Navion связано со вторым направлением и полагается в этом на голографический комбайнер — зеркало, которое совмещает картинку и изображение реального мира. Такой подход позволяет достичь наибольшего (по сравнению с другими проекционными системами) углового размера изображения и увеличить расстояние до формируемой картинки на дороге. Резкое увеличение углового размера позволяет выводить изображения, совмещенные с реальным миром (аннотации к объектам), и «рисовать» маршрут прямо на дороге.

Кроме того, Navion, в отличие от «классических» HUD умеет «управлять» расстоянием до формируемого изображения. Мы называем это «True AR» — он позволяет выводить информацию на стекло таким образом, что она «ложится» на реальные объекты, и пилот не отвлекается от дороги, так как глазу не приходится перефокусироваться на картинку на HUD.

Что касается индустрии в целом, помимо совершенствования технологий отображения существует и тренд к росту функциональности дополненной реальности. Компании, идущие по AR-пути, объединяют HUD с различными датчиками и добавляют на голографический дисплей так называемую «интеллектуальную информацию»: предупреждения о выезде с полосы движения и о риске столкновения с объектами.

Такие разработки уже сложно назвать просто HUD — это полноценные AR-решения, которые создатели первых «прозрачных дисплеев» вряд ли могли себе вообразить. Так технология, десятки лет назад использовавшаяся военными летчиками, стала прародителем разработок, превративших автомобиль в артефакт из «будущего, которое уже наступило».

Источник

Автомобильные HUD в общем и WayRay Navion в частности

Начиная с конца 80-х в машинах подороже начали появляться HUD (Head-up display) – прозрачные дисплеи, которые водитель наблюдает, глядя вперед через лобовое стекло. А еще ранее (незадолго до начала второй мировой войны), в рудиментарном виде – на самолетах, для отображения прицельной марки без параллакса с дальнейшим развитием до современных HUD.

Технологии создания HUD всегда были на острие прогресса: начиная от простых фиксированных прицельных марок из проволоки или нарисованных на стекле, до CRT дисплеев, затем ЖК и наконец DLP и голографических, с лазерной подсветкой. Именно тут, когда стали коммерчески доступны все необходимые компоненты и технологии — появился WayRay со своим продуктом Navion – каких-нибудь 7 лет назад сделать все это было бы просто невозможно: не было ни материалов, ни подходящих лазеров, ни пространственных модуляторов, да и электроника обошлась бы на порядок дороже.

Введение. Зачем вообще нужны HUD?

Собственно, цели и на самолетах и в автомобилях одни и те же: во время управления движущейся техникой каждая миллисекунда отвлечения водителя на вес золота и увеличивает шанс аварии.

Когда водитель переводит взгляд на приборную панель – водителю нужно не только физически повернуть глаза, но и «перефокусироваться» на близко-расположенный предмет, адаптироваться к существенно отличающейся яркости.
HUD привлекают возможностью вывести изображение впереди автомобиля и таким образом радикально уменьшить время отвлечения водителя. А каждая сэкономленная миллисекунда — это жизни водителей и пассажиров.

Классическая реализация HUD и её ограничения

2 основные части HUD – коллиматор и комбайнер. Коллиматор формирует изображение, кажущееся расположенным на некотором удалении. Коллиматор фактически является своего рода большим окуляром.

Комбайнер – в первом приближении полупрозрачное зеркало, совмещающее изображение реального мира и виртуальное изображение, сформированное коллиматором.

В самых примитивных системах коллиматором может быть всего одна линза или одно сферическое зеркало – но качество изображения таких систем уже достаточно плохое, чтобы это можно было заметить глазом при езде в ночное время. Почему в первую очередь в ночное? Зрачок ночью расширяется, и становится видно гораздо больше оптических аберраций. В качестве наглядной демонстрации можно показать изображение прицельной марки в простейшем коллиматорном прицеле (тоже своего рода рудиментарный HUD):

Слева — на F11 («маленький зрачок»), справа — на F2.8 («большой зрачок»):

Следующее очевидное ограничение — угловой размер изображения остается небольшой (порядка 4×2° для автомобильных систем разумного размера) и дистанция до виртуального изображения зачастую также порядка 1.5-2.5м, что все еще заставляет перефокусироваться. Расстояние приходится ограничивать также из-за габаритов — неполная коллимация позволяет сделать систему заметно меньше.

Небольшой угловой размер изображения означает, что нормально отобразить можно только очень небольшой объем информации – скорость, тип следующего маневра и расстояние до него – вот, пожалуй, и все. Классическая схема реализации HUD с большими коллиматорами, зеркалами и комбайнерами – занимает довольно большой объем и потому может быть установлена только на заводе. Все это оставляет пространство для следующего шага по улучшению HUD.

Обзор существующих технологий

Плоский комбайнер:
Классическая «самолетная» схема – коллиматор с линзами большого диаметра формирует изображение «вдали». Это изображение отражаясь от плоского полупрозрачного комбайнера — совмещается с окружающей действительностью и наблюдается пилотом. Главные недостатки – перед пилотом огромные куски стекла, оптика больших габаритов = все это очень тяжело и дорого.

Источник: Wikipedia — PZL TS-11 Iskra

Поверхность лобового стекла как комбайнер:
По этой схеме сделаны HUD в большинстве автомобилей, оснащенных такой системой на заводе. Здесь коллиматор имеет зеркальные элементы, а вместо комбайнера – специальное покрытие на лобовом стекле, чтобы отражение было только от одной его поверхности (в противном случае будет видно двоение изображения).

Среди недостатков такой схемы – схема должна компенсировать фактическую кривизну лобового стекла, достаточно большие габариты и все еще достаточно скромные угловые размеры формируемого изображения (порядка 4×2°).

Источник: Denso

Такая система в частности стоит и в некоторых моделях BMW, и с подачи журналистов — нас с ней теперь любят сравнивать. Основные отличия: угловой размер изображения (у этой классической системы он существенно меньше), расстояние до виртуального изображения (2.5м против наших 10м и более), изображение существенно ниже дороги, и не позволяет отрисовывать элементы дополненной реальности т.е. навигация по-старинке, схематической стрелочкой маневра и расстоянием до него — turn-by-turn навигация (такой режим конечно есть и у нас, если кому-то он покажется привычнее).

Дополнительный сферический комбайнер:
Пытаясь уйти от непредсказуемости формы лобового стекла, и при этом выиграв что-то по габаритам – первое что приходит на ум – заставить комбайнер быть частью коллиматора, т.е. выполнять часть оптической работы по формированию изображения вдали, а не только отражать свет. В самом простом случае – достаточно коллиматор сделать сферическим (или если чуть сложнее — внеосевым сегментом параболоида).

Так (может быть будут) сделаны aftermarket продукты Navdy, Пионер, и новое поколение встраиваемых на заводе систем Bosch.

Главная проблема тут – водителю теперь нужно смотреть через 2 стекла + уменьшающееся фокусное расстояние (при тех же габаритах) не позволяет иметь большое угловое поле.

Источник: ee-times.com, Bosch

Без коллиматора (изображение «вблизи»):
Самые примитивные системы: фактически это экран, наблюдаемый в отражении лобового стекла. Если на стекло не наклеить отражающую пленку – изображение будет двоиться (т.к. отражение будет и от передней, и от задней поверхности лобового стекла).

Эта система состоит из недостатков чуть более чем полностью: угловой размер изображения крошечный, яркость изображения – недостаточна для поездок днем (т.к. стекло отражает от 5% само по себе и до

25% с пленкой с пропорциональным снижением прозрачности). Изображение остается «вблизи» — глазу все равно придется перефокусироваться при переводе взгляда.

Впрочем, есть и большое достоинство — такие системы дешевле и проще всего. Из самых известных примеров – продукты Garmin, и просто телефоны, который кладут экраном вверх:

Источник: techradar.com

Наконец подход WayRay Navion — голографический комбайнер:
В Navion часть оптической системы вынесена непосредственно на лобовое стекло автомобиля, и реализована в виде голографического оптического элемента. Это позволяет выжать по максимуму все, что возможно из габаритных ограничений автомобиля – и дает самый большой угловой размер изображения, который только возможен в проекционных системах при тех же заданных габаритах. По площади формируемое изображение получается от 4 до 10 раз больше, чем в классических HUD. Также из-за того, что система не так сильно страдает от ограничения габаритов — мы можем выводить изображение на бОльшем расстоянии (в классических HUD очень часто лучи коллимируются не полностью — расстояние до изображение получается порядка 2.5 метров).

Это резкое увеличение углового размера изображения – позволяет выводить изображения, совмещенные с реальным миром: аннотации к объектам, и самое главное – нарисовать маршрут движения непосредственно на дороге, чтобы сделать навигацию максимально естественной.

Это уже не фантастика, и с лета 2015 года вовсю тестируется на улицах России и Европы. Впрочем, от рабочего прототипа до серийного продукта – объем работ очень большой, так что купить Navion пока еще нельзя.

Из других особенностей – Navion также может управлять расстоянием до формируемого изображения. Варианты использования этой возможности мы также сейчас отрабатываем на дороге.

Прототип 2016 года сделали летом, чуть больше 1300 деталей:

При отладке в офисе — выглядит так:

А на дороге:

В массы пойдет версия 2017 года — она будет несколько меньше по габаритам и технологичнее в производстве.

Несколько часто задаваемых вопросов:

Для начала кратко о компании. Сейчас в WayRay работает более 80 человек. БОльшая часть работает в главном офисе разработки — в Москве. Также есть отделения в США, Швейцарии и Китае. За свою историю существования компания привлекла более 10 млн долларов инвестиций. У нас полная вертикаль разработки: от механики, оптики, электроники и драйверов до софта верхнего уровня под Android, дизайна (да и ролики вроде этого кому-то надо делать). Есть своё опытное производство, где на ЧПУ станках мы производим физические прототипы быстрее Китая

3 года назад, в 2013 году — была только идея, и было непонятно как её вообще можно реализовать (и можно ли).
В 2014 — получили первые голографические оптические элементы, и проверили работоспособность идеи на стационарных стендах. Когда стало понятно, что это может работать — скорость работы и количество людей начало расти экспоненциально.
В 2015 — разработали и собрали 2 итерации прототипа на колесах, открыли свою голографическую лабораторию и цех опытного производства.
В 2016 — резко уменьшили размеры, и система существенно приблизилась к тому, как мы её видим в коммерческой эксплуатации. Также началась активная работа напрямую с автопроизводителями. Перешли от модулей к полностью своей электронике, способной запускать нашу же сборку Android.

А не будут ли случайно ваши стрелочки закрывать окружающий мир и мешать водителю?
Любые проекционные системы в принципе не могут ничего закрыть по определению — они не могут сделать мир за стеклом темнее. Т.е. любые элементы интерфейса в любом случае остаются прозрачными. Этот принцип сразу «раскрывает» обман фотографий всяких инновационных проекционных часов, у которых есть магические проекторы черного цвета.

А мне не нравится как двигаются стрелочки в вашем прошлогоднем прототипе
На то он и прошлогодний. Итерации в софте идут гораздо быстрее, чем железо, и мы постоянно пробуем разные варианты реализации интерфейса. Есть конечно и классический режим, с информацией о маневрах.

Резиденты Сколково? Пилите небось?
WayRay за более чем 3 года своего существования государственных денег не получала, так что пилить было нечего. Тем не менее, от Сколково у нас налоговые льготы (что позволяет, например, не переживая платить белые зарплаты) и недавно нам наконец удалось воспользоваться таможенной льготой – импортировать Фурье-спектрометр с компенсацией существенной части таможенных расходов (хотя это уже не такие большие деньги). Также мы работаем и с центром интеллектуальной собственности Сколково — патентные исследования и подача заявок.

Когда Navion можно будет купить?
По плану – в 2017 году.

Надеюсь эта статья была вам интересна, и будет повод продолжить. Задавайте вопросы – и мы попробуем ответить, если не распнут за разглашение коммерческой тайны 🙂

Источник