HUD（Head Up Display，平視顯示器）是從戰(zhàn)斗機(jī)應(yīng)用過渡向車載的光學(xué)投影技術(shù)，是為了幫助飛機(jī)駕駛員減輕認(rèn)知負(fù)荷，提高其態(tài)勢(shì)感知能力的應(yīng)用。汽車傳感器和高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）功能集成在一起時(shí)，能使駕駛員更輕松地檢測(cè)到威脅或警告，從而更快地采取行動(dòng)。

隨著光學(xué)、AR、圖像識(shí)別等技術(shù)不斷突破，AR-HUD以一種更加自然的圖像處理方式呈現(xiàn)在駕駛員前方，AR-HUD允許這些圖像表示真實(shí)世界，并提供更多有用的信息，例如導(dǎo)航，威脅識(shí)別等。

1.AR-HUD的界面元素和布局特征

眾多主機(jī)廠如BMW，凱迪拉克等開始將AR-HUD引入到量產(chǎn)車型中，很多前后裝初創(chuàng)企業(yè)例如Navyd和Wayray也研發(fā)了多款A(yù)R-HUD車載設(shè)備。

將信息直接顯示在真實(shí)道路上是AR HUD的重要特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)這一特性需要通過前視攝像頭對(duì)前方的道路情況進(jìn)行解析建模，得到對(duì)象的位置、距離、大??；再把HUD需要顯示的信息精準(zhǔn)的投影到對(duì)應(yīng)的位置，讓人眼、HUD顯示面、真實(shí)道路在一條視線上，才能達(dá)到足夠沉浸的AR體驗(yàn)，而這還需要強(qiáng)大的運(yùn)算能力。

當(dāng)前主流的AR-HUD產(chǎn)品基本上都包含了如下的信息功能：當(dāng)下車速、ACC自適應(yīng)巡航輔助、車距警告、變道提示、環(huán)境行人警告、車道偏離預(yù)警、前車預(yù)警，它們?cè)趯?dǎo)航信息的呈現(xiàn)方式上并不完全一樣。

雖然界面還是用轉(zhuǎn)向箭頭的方式向駕駛者展示車輛下一個(gè)行進(jìn)軌跡變化，但是轉(zhuǎn)向或者變道箭頭會(huì)完全貼合實(shí)際的道路形狀，并且不同產(chǎn)品將這些信息的成像距離控制在視線前相同位置。

Wayray對(duì)導(dǎo)航信息的設(shè)計(jì)展示則更為創(chuàng)新和多元，摒棄了從二維導(dǎo)航界面中移植來的視線正中央虛擬箭頭，而是用虛擬元素制造的彎曲車道貼在現(xiàn)實(shí)路況上，從而模擬出駕駛員的行徑軌跡。這些產(chǎn)品的界面視覺元素都用了紅、黃、藍(lán)、綠這些高飽和顏色，并且符合顏色語義，例如紅色代表警示性符號(hào)。

關(guān)于AR-HUD車載信息系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)的信息選擇和信息架構(gòu)，學(xué)術(shù)界的研究側(cè)重在AR-HUD車載信息系統(tǒng)界面與駕駛用戶信息感知和處理的匹配上。

在Michon的經(jīng)典駕駛模型中，駕駛?cè)蝿?wù)被分為三種級(jí)別。一是維持汽車正常行駛的操作，即一般控制任務(wù)；二是為維持汽車安全行駛，并且根據(jù)交通規(guī)則和行車環(huán)境，與其他車輛或行人進(jìn)行安全交互的任務(wù)，所謂機(jī)動(dòng)控制任務(wù)；三是例如路線規(guī)劃這類需要駕駛員推理和構(gòu)思的策略任務(wù)。

這三級(jí)任務(wù)在駕駛過程的重要度隨依次遞增，并且交替產(chǎn)生、相互關(guān)聯(lián)、共同作用使駕駛行為處在安全、穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

AR在駕駛決策階段更強(qiáng)烈地影響視覺注意力的分配。當(dāng)AR趨于呈現(xiàn)技術(shù)任務(wù)相關(guān)線索時(shí)，AR-HUD優(yōu)化駕駛行為，一個(gè)有效的AR-HUD系統(tǒng)應(yīng)該只提供突出的或優(yōu)先的信息，這些信息與執(zhí)行該技術(shù)任務(wù)直接相關(guān)，一個(gè)非針對(duì)技術(shù)任務(wù)的AR-HUD會(huì)降低視覺注意力的分配，反而導(dǎo)致在需要駕駛員進(jìn)行任務(wù)前的決策分心。

2.AR-HUD的人因?qū)W設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

盡管不同的AR-HUD供應(yīng)商風(fēng)格迥異且目標(biāo)群體不盡相同，但駕駛者行車時(shí)的需求并沒有太大的變化，我們?cè)谡麄€(gè)AR-HUD設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮駕駛員的人因?qū)W問題。

「 數(shù)據(jù)可視化 」

當(dāng)使用圖形而不是數(shù)字來展示速度和速度限制時(shí)，駕駛者更容易識(shí)別和理解。

smart —— 速度與當(dāng)前的速度限制有關(guān)，且可視化

大眾 —— 抽象的圖形代表速度和速度限制之間的關(guān)系

雷克薩斯 —— 速度被可視化成一條直線，當(dāng)超速時(shí)，直線變黃且車速線變粗

汽車儀表盤上，很多icon很難讓人理解。這是因?yàn)橐郧暗膬x表盤是斷碼屏，文字的顯示較難，但最近幾年，液晶顯示屏在汽車上被廣泛應(yīng)用，設(shè)計(jì)儀表盤的UI時(shí)，文字位置不再是一個(gè)問題，另外，在數(shù)據(jù)可視化的同時(shí)，適當(dāng)增加清晰的文字說明可以有效降低用戶的學(xué)習(xí)成本。

沒有文字說明，駕駛者很難明白某些特定功能圖標(biāo)含義

「 冗余信息的不同展現(xiàn)方式 」

HUD可以容納儀表盤內(nèi)容以外的其他信息，但這些信息應(yīng)該用不同的圖形展現(xiàn)，且設(shè)計(jì)時(shí)需注意充分利用車窗顯示空間。

特斯拉 —— 特斯拉HUD展示儀表盤時(shí)速部分的簡化版

「 不展示無意義的內(nèi)容 」

在不同場景下，車窗顯示中的內(nèi)容可能不同，但都必須是非常重要的信息。顯然，大量的信息和裝飾物會(huì)將重要的信息掩埋在其中，導(dǎo)致重要的信息不能被快速、有效的識(shí)別。

smart —— 導(dǎo)航提示僅在轉(zhuǎn)向時(shí)出現(xiàn)，需要長時(shí)間顯示的信息沒有被設(shè)計(jì)在HUD視覺界面

「 模糊狀態(tài)下仍有辨識(shí)度」

HUD的視覺設(shè)計(jì)必須保證具有最大的對(duì)比度和清晰度，理想的HUD即使模糊不清，但仍然具有可讀性。與電影院昏暗的環(huán)境和純色幕布不同，HUD投影的幕布是車窗，而車窗后的世界是復(fù)雜多變的，有時(shí)甚至有強(qiáng)烈的陽光直射車窗，這也使得HUD設(shè)計(jì)充滿諸多限制。

盡管UI已經(jīng)模糊不清，但重要信息，比如車速過快仍然可以識(shí)別

「 警告信息的出現(xiàn)需要有過渡」

警告信息要讓駕駛員有一個(gè)接受過程，而不是非常突兀的顯示出來。比如為了強(qiáng)調(diào)車速限制或其他交通規(guī)則而突然出現(xiàn)的警告信息。的確，在駕駛者沒有建立“速度上升會(huì)導(dǎo)致某些問題”這一預(yù)期時(shí)，突然彈出警告信息是很突兀甚至冒昧的做法，很容易引起駕駛員緊張，容易引起不必要的交通事故。

因此在HUD設(shè)計(jì)中提供一個(gè)過渡順暢的動(dòng)畫也許一個(gè)解決方案，比如隨著車速的上升，提示信息從相對(duì)緩和的提醒慢慢過渡到嚴(yán)重的警告會(huì)更加友好。

3.AR-HUD的交互設(shè)計(jì)

從設(shè)計(jì)角度來說，AR-HUD也會(huì)包含復(fù)雜的視覺信息：亮度要素、圖形要素、色彩要素、布局因素、信息量的擁擠程度等。其中，AR-HUD 的交互設(shè)計(jì)直接影響著駕駛安全和車內(nèi)乘坐體驗(yàn)。

「 色彩設(shè)計(jì)」

選擇合適的顏色作為提示和警報(bào)，并結(jié)合文本和其他視覺元素對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)良好的人機(jī)界面時(shí)非常關(guān)鍵。目前現(xiàn)有的幾款A(yù)R-HUD的顏色方案中，藍(lán)、綠色為主色居多，紅、黃搭配作為輔助色，顯示信息提示居多，當(dāng)然，如果主機(jī)廠品牌識(shí)別色引入到AR-HUD的色系中也沒有問題，主機(jī)廠可以定義AR-HUD的關(guān)鍵色系。

AR-HUD 很容易車外環(huán)境影響，外界環(huán)境的光線強(qiáng)度、天氣狀況等情況直接影響AR-HUD的交互設(shè)計(jì)。較高的亮度對(duì)比條件下，用戶更傾向于選擇不同的顏色組合，而在較低的亮度對(duì)比條件下，亮度對(duì)比要比色彩組合對(duì)視覺感知具有更重要的作用。

界面設(shè)計(jì)中顏色設(shè)計(jì)搭配中，要充分考慮當(dāng)前自然環(huán)境下的主色彩，并采用對(duì)比度較高的圖形色塊（半透明）來展示關(guān)鍵信息，并保證圖形色塊不會(huì)與其他圖形或文字重疊，更不能遮擋視線。

「 空間感知與動(dòng)效設(shè)計(jì)」

用戶總是希望能夠獲取盡可能多的深度信息，來對(duì)交互界面產(chǎn)生與現(xiàn)實(shí)世界類似的真實(shí)感。視覺引導(dǎo)可以通過尺寸大小、色彩亮度的變化 、空間透視以及位置方向上的組織自然地表現(xiàn)視覺元素之間的關(guān)系 ， 塑造不同界面元素的視覺重量，來構(gòu)建清晰的視覺層次 。

在AR-HUD人機(jī)交互界面中，設(shè)計(jì)元素的明暗變化成為判斷對(duì)象遠(yuǎn)近的依據(jù)。利用光與影的變化、空中透視產(chǎn)生立體效果，與環(huán)境三維視圖實(shí)時(shí)貼合，在視覺形成有一定的立體感、三維感引導(dǎo)性動(dòng)態(tài)視覺元素。

在動(dòng)效設(shè)計(jì)中，所有的動(dòng)態(tài)效果都為駕駛過程中的信息傳達(dá)服務(wù)，要在駕駛安全的前提下設(shè)計(jì)，炫技的炫酷和科技感動(dòng)效并不一定對(duì)駕駛員安全有利，如果提示信息從相對(duì)緩和的提醒慢慢過渡到嚴(yán)重的警告會(huì)對(duì)駕駛員更加友好，平滑過渡的動(dòng)效也更容易降低駕駛過程中的認(rèn)知負(fù)荷和緊張狀態(tài)。

「 信息布局設(shè)計(jì)」

?？硕擅枋隽擞脩糇鰶Q定所需的時(shí)長，增加選擇的數(shù)量將增加人們做出決策的反應(yīng)時(shí)間，如果分布信息過多，注意力受到干擾，認(rèn)知負(fù)擔(dān)會(huì)加重。

駕駛員一次在視覺上可以感知 5 到 9 個(gè)項(xiàng)目，而這個(gè)數(shù)量也包含了視野內(nèi)其他除了AR-HUD本身的視覺元素，因此在設(shè)計(jì)AR-HUD人機(jī)交互界面時(shí)，合理的界面信息的布局和數(shù)量對(duì)減少駕駛負(fù)荷起著重要作用，AR-HUD實(shí)時(shí)呈現(xiàn)的主要設(shè)計(jì)元素?cái)?shù)量最好保持在1-3個(gè)以內(nèi)，呈現(xiàn)最關(guān)鍵信息的設(shè)計(jì)元素（或視覺元素組）數(shù)量最好只有一個(gè)。

最快的獲取關(guān)鍵駕駛車輛信息是AR-HUD界面布局的出發(fā)點(diǎn)，使用過程中不需要駕駛員思考就能獲取信息是最佳的設(shè)計(jì)。

2級(jí)以上的層級(jí)關(guān)系不適宜在AR-HUD中呈現(xiàn)出來，頁面的信息展示簡約直接、信息主次分明，沒有多余的信息展示，只有用戶最關(guān)注的信息在界面上，這樣才能提高駕駛者的信息獲取效率，也做到了盡量不破壞環(huán)境與界面的融合，更適合AR-HUD的界面設(shè)計(jì)。

4.汽車AR-HUD設(shè)計(jì)案例

總結(jié)：

從技術(shù)角度看，AR-HUD需要解決重影、清晰度、環(huán)境融合度等問題，光學(xué)成像和投影技術(shù)及系統(tǒng)算力等因素也限制了AR-HUD的顯示效果和體驗(yàn)，加上光學(xué)模塊和硬件體積龐大，不利于在汽車內(nèi)的設(shè)計(jì)和布置，導(dǎo)致目前AR-HUD仍有很大的優(yōu)化空間。

AR-HUD與駕駛員推理和構(gòu)思的策略任務(wù)直接相關(guān)，未來的AR-HUD交互設(shè)計(jì)及用戶體驗(yàn)將會(huì)很大程度上影響駕駛安全，炫技的動(dòng)態(tài)特效**和過分的追求視覺設(shè)計(jì)上的設(shè)計(jì)美學(xué)對(duì)駕駛安全不一定有利，AR-HUD在大規(guī)模量產(chǎn)之前，HMI設(shè)計(jì)師仍需要努力，要時(shí)刻記得—我們?cè)跒椤榜{駛安全”而設(shè)計(jì)！