基于AR技术的汽车HUD技术研究.docx

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1、基于AR技术的汽车HUD技术研究摘要本次论文研究了虚拟现实技术结合前期所学车辆工程专业知识，研究增强现实技术结合前期所学车辆工程专业知识，对车辆HUD（抬头显示）的实现方法进行研究。对虚拟现实实现引擎进行研究选取，而后研究将AR技术导入HUD应用的方法。HUD增强现实的实现路径进行研究，最终完善用AR方式实现HUD的方法论，主要完成研究增强现实理论（包括理论，数字化优化方法）。对比HUD技术的产生发展。使用虚拟现实引擎，并根据虚拟现实技术学习增强现实实现方法。将AR技术与HUD技术进行结合。产生新的HUD技术实现方法，掌握AR版HUD技术实现路径。最后总结了方法形成论文，进行了后续展望。关键词

2、：车辆导航；增强现实；抬头显示；AR-HUD导航RESEARCHONAUTOMOTIVEHUDTECHNO1OGYBASEDONARTECHNO1OGYAbstractThispaperstudiesthevirtua1rea1itytechno1ogycombinedwiththevehic1eengineeringprofessiona1know1edge1earnedinthepreviousperiod,andtheaugmentedrea1itytechno1ogycombinedwiththevehic1eengineeringprofessiona1know1edge1earne

3、dinthepreviousperiod,tostudytherea1izationmethodofthevehic1eHUD(head-updisp1ay).Researchandse1ectthevirtua1rea1ityimp1ementationengine,andthenstudythemethodofimportingARtechno1ogyintoHUDapp1ication.Carryoutresearchontherea1izationpathofHUDaugmentedrea1ity,andfina11yimprovethemethodo1ogyofrea1izingHU

4、DbyAR,main1ycomp1etetheresearchonaugmentedrea1itytheory(inc1udingtheory,digita1optimizationmethod).Contrastthegenerationanddeve1opmentofHUDtechno1ogy.Useavirtua1rea1ityengineandIeamhowtoimp1ementaugmentedrea1itybasedonvirtua1rea1itytechno1ogy.CombineARtechno1ogywithHUDtechno1ogy.GeneratenewHUDtechno

5、1ogyimp1ementationmethods,andmastertheARversionofHUDtechno1ogyimp1ementationpath.Fina11y,themethodissummarizedandthepaperisformed,andthefo11ow-upprospectismade.Keywords：Vehic1enavigation；Augmentedrea1ity；Head-updisp1ay；AR-HUDnavigatio1绪论1-31.1 本课题的目的及意义1-31.2 国内外研究现状1-41.2 .1国内研究1-41.3 .2国外技术研究1-51.

6、3 本课题的研究内容1-72相关技术基础2-82.1 相机成像模型与参数标定2-82.1.1 理想透视模型一小孔成像模型2-82.2AR-HUD系统成像模型2-92.3AR-HUD的虚实注册2-102.4AR-HUD等效虚像面的标定2-112.5本章小结2-133AR技术的汽车HUD特征应用研究3-143.1AR-HUD的界面元素和布局特征3-153.2AR-HUD的人因学设计准则3-163.2.1数据可视化3-163.2.2冗余信息的不同展现方式3-163.2.3不展示无意义的内容3-173.2.4模糊状态下仍有辨识度3-173.2.5警告信号的产生，必须有过渡3-173. 3AR-HUD的

7、交互设计3-173. 3.1色彩设计3-174. 3.2空间感知与动效设计3-185. 3.3信息布局设计3-183.4本章小结3-194车载AR-HUD的AR系统设计研究4-204. 1AR导航系统功能需求分析4-205. 2AR导航系统软件框架设计4-20参考文献4-22致谢错误!未定义书签。1绪论1.1 本课题的目的及意义AR（AugmentedRea1ity）：强化现实是一个崭新的人机互动信息技术，使用这么一个信息技术，就能模仿真正的现场景观它就是互动和思考为特征的电脑高级人机界面。用户不但可能透过虚拟现实操作系统体会到在客观自然物理世间中所亲身经历的身临其境的真切感性，而且还能冲破空

8、气、时光以及其他客观界限，体会到在实际世间中所没法亲自经过的感觉。AugmentedRea1ity（中文翻成增强实境），由于这种名词最近在网络经常出现的比较多，AugmentedRea1ity也可算作Virtua1Rea1ity虚幻实境当中的一个，但是略微有所不同的是，VirtUa1Rea1ity是创造一个全新的虚拟世界出来，而AUgmentedReaIity则是强调虚实结合AR把虚拟的图像和文字讯息与现实生活景物结合在一起,从去年开始,很多AR应用已经在Android和iPhone智能手机上纷纷亮相，呈现效果让大家惊艳不已，甚至有评论网站直指，这已是2019最热的Web趋势之一。图11自动现

9、实增强技术实际应用将自动虚拟现实强化科技（AR）与平视显示器（HUD）糅合于一身，令HUD抬头展示的信息内容更形象化、立一体化，可在轿车前风挡上直观展示更多与驾车相关的信息内容（比如导航的转向/车道变更箭头），并透过3D全息图来提醒步行和其他行车等风险（像电子游戏中的锁定般），以协助驾驶者更佳地聚集注意力在行车和认识道路上。所以为了展示出不同的车辆，就必须AR-HUD和一般的HUD有所不同，它表现出的影像并不是静止的焦点，会随着路面状况和车外物体的运动而及时跟进，在设计独特的前风挡上精准地投影出相应的信息点，是未来10年汽车驾驶交互方面的前沿技术。对于汽车的安全应用具有比较深刻的背景意义。1.

10、2 国内外研究现状1.2.1 国内研究HUD(HeadUpDisp1ay)抬头显示器，核心技术基本原理：透过控制处理模块将车辆仪表盘、中控信息或车体运行信息、车况信息等传送至投影模块，先产生影像，之后再透过必要的光传感反射或折射投影在驾驶者视野前方特定的显示器屏上，最后反映到驾驶者眼前。HUD最初是使用于航空器上的空中辅助装置，让驾驶员不需低头就可以发现他所要求的关键航空信息，从而大大减少低头看仪表操作的次数，并防止因视线停顿而错失对航空状况的把握。HUD在轿车上的应用普及也正是出于同样的目的，为防止司机低头看仪表，而忽略了对车辆在行驶过程中突发事故的研判，从而降低了事故发生概率。二零二一年西

11、安理工大学冯阳教授研究了嵌入式Android的汽车HUD系统开发和研究，设计学院研究增强了现实技术在车辆产品设计方面的理论和实际运用情况。本文根据对国外增强现实技术实践运用的解读，初步探究了增强现实技术在汽车产品设计中的具体应用类型，及其开发难度，并对应用案例进行了具体分析。最后总结出汽车产品设计在实现时需注意的要点，为后续设计研究者提供了必要的借鉴。二零二零年，湖南大学杜培芳教授根据线性人机交互特点的无人租赁车人机交互界面设计研发，以智能网联的车辆人机交互用户界面为研发对象，分别从互动通道、显示设备和操控方式等方面，对车辆的人机交互方式展开了分析讨论，对目前高等院校、科研机构和企业中有关车辆

12、人机交互接口方面的研究成果，作出了简要总结。在此基础上,调查人员发现目前的汽车人机互动手段越来越多样化，更多的汽车人机接口产品设计更偏向于将视觉、听觉、触觉等多种感觉方式加以融合，安全性、拟人化也逐渐成为汽车人机接口产品设计的主要考量因素。中国矿业大学教授李坤刚的基于环境传感的车内HUD与安全确认系统接口设计，将有望成为未来汽车仪表显示器科技的趋势。由于抬头显示器是通过投影的方式形成虚像，对其成像质量和距离等关键参数的测量相对困难，目前国内尚无针对车载抬头显示系统测量评价的标准出台。本文就近年来国内外关于抬头显示系统成像参数检测方法的技术发展进行了综述，并对未来的发展进行了展望。集美大学航海学

13、院刘津宇教授的平视显示器技术在中国民用航空中的应用研究成果，为协助舰船驾驶者迅速掌握舰船避碰信号及其航程中的其他重要物标信号，通过运用增强现实抬头显示器技术和增强现实信息投影算法，通过分析驾驶者、目标舰船以及本艇挡风玻璃三者之间的空间关联，构建了从海上会遇舰船到投影设备屏幕位置，及其与人目几何投影关联的数学模型，并提供了一个基于AR-HUD技术的辅助瞭望系统框架。采用了计算机模拟，建立出本船与另外二条目标舰船会遇局面，并按照驾驶员所观察的方位，投影对应避碰信号。模拟成果也证明了，AR-HUD技术在舰船执勤与辅助瞭望中有较强的适应性。武汉理工大学艺术与产品设计学院研究发现，随着HUD逐步进入了提

14、高车辆可靠性的行列，HUD的适用范围也从高档轿车到中低端汽车都得到广泛应用，各厂家也为了其产品设计而投入更多成本。文章试图从用户视角入手剖析需求，找到切入点，重点研究HUD的视觉交互设计，语言互动产品设计和手势互动设计，并研究当前关于HUD的发展趋势走向，以及对未来HUD在智能汽车上的运用与转型。贵州高校机器工程学院的汽车抬头表示系统（HUD）人机接口，主要是进行驾驶者和汽车及其外部环境之间的信息通讯，其界面设计和行车安全联系直接有关13。通过对页面的总体布置与功能分区，确定了各个类别信息内容在页面中的展现方式，并对页面信息内容的展现样式、表现颜色和显示方式作出了设计。重庆邮电大学教授认为，车

15、载导航功能在汽车行车过程中非常关键。当前的汽车引导软件包括了汽车导航与手机引导等，但二者或多或少地都会影响驾驶者的注意力，并威胁行车安全性，提供了更为精准直接的汽车导航与诱导效果。所以，车载的AR-HUD引导技术将成为下一代汽车导航科技发展的必然趋势。为达到更加精准直接的引导，文章中根据采用多源信息整合的AR-HUD系统导航功能中的gps定位引导模式和计算方式进行了深入研究，并根据目前单一来源的汽车导航功能中面临着汽车导航信息不全面更新不便捷、普通的汽车导航信息不完整无法导出、汽车导航定位精度不足，以及视野监测系统出现了漏检错检等实际提问。并根据ADAS的视野感知系统、安卓手机引导、车机导航系

16、统、汽车车身控制系统、汽车摄像机等的信号，建立了一个采用多源信息整合的AR-HUD引导体系框架。1.2.2 国外技术研究美国学者KimTaekSoo教授结合人因工效学原理和设计学方法，以动态、复杂的行车情景下情境认知信号传递关系及其变化规律为理论基础，以用户的实际行车信息需要为驱动力，通过明晰化的自适应安全确认信息分类和权重，研究能够增强司机情境意识的主动交互手段、遵循驾驶员感知规则的HUD辅助行车人机交互界面。首先，在基础理论研究部分，开展了计算机情景认知技术和人的情景感知过程研究，从用户情景、驾驶情景和环境情景的交互三要素，建立了基于人一计算机一环境的驾驶情景信号传递关系模型。经过对车载HUD的用户界面设计信息类别、优先权、信息内容、布置、表现形式等问题加以解构和剖析，总结了协助驾驭汽