增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在汽車和汽車維修服務(wù)上的應(yīng)用（二）

許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張貴明，金夢濤

2.4 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）的“透明座艙”技術(shù)

當(dāng)駕車馳騁在高速公路上，從頭頂?shù)奈邓{(lán)天空到腳底閃爍而過的分道線，從左邊椰樹碧海到右邊成熟社區(qū)，當(dāng)傳統(tǒng)汽車帶給駕乘人員的視野限制——車門、窗邊、車頂和地板，在駕乘人員回頭的1 s時(shí)間，車身后座、地板與車身統(tǒng)統(tǒng)消失不見，都不復(fù)存在，駕乘人員感覺自由如飛鳥，車外景象一覽無余。這種基于AR的“透明座艙”技術(shù)能給駕乘人員帶來一種開飛機(jī)的感覺。顯而易見，如果汽車采用玻璃制作的話，則很容易達(dá)到上述效果，但玻璃卻不具備鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。為實(shí)現(xiàn)上述效果，可在車身周邊裝備多臺攝像機(jī)，實(shí)時(shí)進(jìn)行圖像處理，以匹配駕駛?cè)艘暯?，然后將圖像顯示在內(nèi)飾上，這樣，車門、后座乃至地板便可“消失不見”，車輛就能“通體透明”。但傳統(tǒng)投影系統(tǒng)并不適合，一是投影機(jī)的亮度問題，一般投影機(jī)的亮度根本無法與室外光線相比；二是“幕布”形狀問題，車輛內(nèi)飾擁有無比復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，投影圖像按其嚴(yán)格校正幾乎是不可能的；三是要想以3D方式觀看車外景象，頭戴式實(shí)景顯示系統(tǒng)不可或缺，這也就意味著只有駕駛?cè)瞬拍堋跋硎堋边@等待遇。現(xiàn)在，有研究人員用一種將光線嚴(yán)格反射回發(fā)光點(diǎn)且亮度極高的材料——微型珠狀涂裝的軟性回射材料（圖12），解決了上述問題。這樣只需針對駕駛?cè)说囊暯侨バＵ龍D像，然后盡量以駕駛?cè)搜劬楣庠磳D像投射至“幕布”（反射材料）上即可。做到這一點(diǎn)，在早期實(shí)驗(yàn)階段，只需把投影機(jī)戴在駕駛?cè)祟^上，或者裝置在車頂并追蹤駕駛?cè)祟^部的位置即可。

圖12 微型珠狀涂裝的軟性回射材料反射路徑嚴(yán)格指向光源

這項(xiàng)回射投影技術(shù)（簡稱RPT）將圖像投射到50 μm玻璃珠涂裝的軟性材料上，從而得到亮度極高的反射圖像。更加精密的是，雙眼分別配備一臺投影機(jī)，這樣就可以在同一屏幕（后座）上獲取立體效果。具體的工作原理是：如圖13所示，在觀察者面前設(shè)置一面半透鏡，投影機(jī)將圖像投射到半透鏡上，大部分光線被反射到屏幕（如后排座椅）上形成圖像；而因半透鏡具備半透明的特性，駕駛?cè)丝芍苯油高^該鏡看到顯示在后排座椅上的圖像（其實(shí)是微珠材料通過半透鏡將光線原向反射回駕駛?cè)说难劬Γ?/p>

RPT系統(tǒng)之所以具有極高的顯示亮度，主要得益于其微珠反射涂裝具有極高的反射率。當(dāng)光源亮度為1勒克斯時(shí)，其反射亮度約為500 cd/lx/m2（坎德拉每勒克斯每平米）。即使算上半透鏡第1次的反射率和第2次的透過率，將該值乘以0.25，其亮度依然高達(dá)125 cd/lx/m2，該亮度是什么概念呢？大家熟知的電影屏幕的反射亮度僅約為1 cd/lx/m2，也就是說RPT系統(tǒng)的顯示亮度是電影屏幕亮度的100多倍，且PRT系統(tǒng)的圖像顯示并不會因異型屏幕而失真，因?yàn)樗械墓饩€都是嚴(yán)格向觀察者的眼睛回射的。

圖13 RPT倒車影像系統(tǒng)全景觀察“蹲在車后的男孩”

開始時(shí)，研究人員將該微珠屏幕貼在乘員側(cè)車門及儀表盤上，只用一套攝像機(jī)和裝在天花板上的投影機(jī)，即使在未曾針對駕駛?cè)搜鄄肯鄬ξ恢眠M(jìn)行校準(zhǔn)的情況下，該系統(tǒng)依然讓駕駛?cè)饲逦髁说亍翱赐浮绷塑囬T。此后研究人員使用一臺豐田普銳斯車的后座設(shè)計(jì)了更進(jìn)階的實(shí)驗(yàn)，用以取代傳統(tǒng)的倒車影像。該實(shí)驗(yàn)依然配備單臺投影機(jī)，不同的是投影機(jī)裝置了6支等亮度的投影鏡頭，多鏡頭設(shè)計(jì)使得駕駛?cè)说念^部活動無需被跟蹤；全景顯示的效果非常直觀，且半透鏡設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)可靠性極佳，即使后座載有乘客，駕駛?cè)艘廊荒軌蚩吹杰嚭笳系K物。

2.5 Harman（哈曼國際工業(yè)公司）的AR智能車輛解決方案（LIVS）

Harman（哈曼國際工業(yè)公司）在改裝的克萊斯勒Pacifica中展示了其AR智能車輛解決方案（LIVS）的概念（圖14），利用傳感器檢測，給周圍車輛添加標(biāo)記，讓駕駛?cè)酥榔涫欠裥枰铀倩蛑苿?，并在交叉路上繪制街道標(biāo)志，使駕駛?cè)瞬挥脼榱瞬榭磳?dǎo)航或指示牌而分心。盡管Harman在其AR系統(tǒng)上顯示的大部分信息都來自汽車的傳感器，但路牌等信息將依靠GPS信號準(zhǔn)確提示出信息，Harman正在將該系統(tǒng)投影在平視顯示器中，以便駕駛?cè)烁菀卓吹狡湫畔ⅰ?/p>

圖14 Harman（哈曼國際工業(yè)公司）的AR智能車輛解決方案（LIVS）

2.6 大陸的融合了車道偏離警告和自適應(yīng)巡航控制顯示的AR-HUD

與傳統(tǒng)的HUD相同，大陸的AR-HUD（圖15）同樣會顯示車輛的基本數(shù)據(jù)（包括車速、當(dāng)?shù)叵匏俚龋?，但其一方面融合了車道偏離警告和自適應(yīng)巡航控制（ACC）系統(tǒng)的顯示，另一方面能夠?qū)?dǎo)航路線和實(shí)時(shí)路況進(jìn)行高精度顯示，以引導(dǎo)駕駛?cè)烁鶕?jù)路線進(jìn)行轉(zhuǎn)彎、變道。上述信息都會被投射到風(fēng)窗玻璃上。

圖15 大陸的融合了車道偏離警告和自適應(yīng)巡航控制顯示的AR-HUD

常規(guī)的車道偏離警告大多是通過聲音警告或座椅振動來提醒駕駛?cè)恕Ｔ贏R-HUD上，如果車輛超過了道路的中間線或要靠近路肩，則會在車道線邊緣的位置顯示出一排紅色的“貓眼”（圖16），以告訴駕駛?cè)塑囕v已經(jīng)超出了車道范圍，并且HUD上的道路符號也會把相應(yīng)的一側(cè)變成紅色來顯示，而當(dāng)將車輛轉(zhuǎn)回到車道時(shí)，這些提示便會消失。

圖16 在車道線邊緣的位置顯示出一排紅色的“貓眼”

當(dāng)ACC功能被激活時(shí)，駕駛?cè)四軌蚩吹秸胺杰囕v的后部有一道虛擬的弧線（圖17），表示攝像頭和雷達(dá)正在監(jiān)控這輛車來確定這輛車的位置和適應(yīng)它的速度。當(dāng)車輛之間的距離改變時(shí)，HUD上的藍(lán)色條表明車輛處在安全的跟車距離之內(nèi)，而當(dāng)紅色的三角符號出現(xiàn)時(shí)，則表明兩車之間的距離過近，將會有危險(xiǎn)。

圖17 正前方車輛的后部有一道虛擬的弧線

如果說前兩項(xiàng)功能只是對于這兩項(xiàng)主動安全技術(shù)的額外顯示，那么導(dǎo)航路線指示功能則完全是另外一個(gè)概念。當(dāng)車輛接近路線的下一個(gè)需要轉(zhuǎn)彎的路口時(shí)，AR-HUD上會顯示出一排的箭頭（圖18），看上去像是附在道路的表面上，這些箭頭會指導(dǎo)駕駛?cè)藨?yīng)在何處轉(zhuǎn)彎，當(dāng)轉(zhuǎn)過彎后，箭頭便會消失。有了該功能后，完全不需要低頭去看導(dǎo)航，因?yàn)闆]有提示時(shí)只需繼續(xù)直行即可，而當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，藍(lán)色的小箭頭能保證駕駛?cè)瞬诲e(cuò)過相應(yīng)的路口。

圖18 AR-HUD上會顯示出一排的箭頭

AR-HUD上之所以能顯示出上述圖像，是因?yàn)槠鋵⒉煌愋偷臄?shù)據(jù)和圖形分層投射（圖19）到風(fēng)窗玻璃上，就像在駕駛?cè)嗣媲坝?個(gè)投射面，其中一個(gè)顯示基本信息，另外一個(gè)顯示ADAS和導(dǎo)航相關(guān)信息，分別有2個(gè)元件進(jìn)行圖像生成。

圖19 分層圖像投射（近端的基礎(chǔ)信息與遠(yuǎn)端的道路指示）

2.7 寶馬公司的汽車專用AR眼鏡

寶馬聯(lián)合高通推出了一款專為駕駛?cè)伺鋫涞?AR 眼鏡（圖20，眼鏡上有個(gè)按鈕，該按鈕也是個(gè)觸控板，對眼鏡的操作都在這里），帶上這款A(yù)R眼鏡，駕駛?cè)嗽陂_車時(shí)可以看到導(dǎo)航數(shù)據(jù)、行駛速度、限速提示、岔口信息等。駕駛?cè)嗽陂_車經(jīng)過喜歡的餐廳、服裝店時(shí)，AR眼鏡里的虛擬屏幕還會有相應(yīng)提醒；用戶收到的手機(jī)短信也會在眼前的虛擬屏幕上顯示。此外，汽車周邊的信息也可以顯示在眼鏡上。整個(gè)行車過程中，駕駛?cè)酥恍鑼Ｗ⒀矍暗囊粋€(gè)屏幕便可以在安全駕駛的同時(shí)，處理各種事情。它還配備了“透視”功能（圖21），駕駛?cè)四芡ㄟ^眼鏡直接看到被車身遮擋的障礙物、行人和其他機(jī)動車。

圖20 寶馬公司的汽車專用AR眼鏡

圖21 寶馬公司的汽車專用AR眼鏡的“透視”功能

2.8 寶馬汽車制造過程AR技術(shù)的應(yīng)用

寶馬已經(jīng)在汽車制造過程中使用了AR技術(shù)，通過AR眼鏡可以提供配件安裝位置顯示、細(xì)節(jié)放大及細(xì)節(jié)檢查等，從而極大地避免了生產(chǎn)過程中的操作失誤。

3 AR技術(shù)在汽車售后領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 寶馬汽車維修AR眼鏡

目前，由于許多電動和電子元件的出現(xiàn)，汽車結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜性，汽車維修也顯得十分困難，要求汽車維修技術(shù)人員應(yīng)具備較高的維修技能。而應(yīng)用AR技術(shù)，能為汽車維修技術(shù)人員提供完整的維修指令（包括修復(fù)過程及需要使用的工具等一整套維修服務(wù)），從而簡化了汽車維修工作。

寶馬推出了一款專用汽車維修AR眼鏡，該款眼鏡能夠指導(dǎo)汽車維修工進(jìn)行車輛維修（圖22）。當(dāng)維修工戴著這款眼鏡查看汽車發(fā)動機(jī)時(shí)，在原本的現(xiàn)實(shí)畫面之上會顯示出一幅3D彩色圖像。戴上這款眼鏡去診斷發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的故障時(shí)，會一步步詳細(xì)地指導(dǎo)佩戴者將故障排除。每個(gè)步驟中，相關(guān)的發(fā)動機(jī)部分會在畫面上被凸顯出來變得醒目，圖像的左上角會出現(xiàn)一個(gè)書面的指示；另外，該款眼鏡還有配套的耳機(jī)，會同時(shí)將這些指示信息大聲地讀出來；眼鏡前的圖像中會通過播放3D動畫的方式去演示如何拆卸相關(guān)部件，包括該擰哪個(gè)螺栓、如何把故障部件卸下取出、該使用哪些工具，甚至連往哪個(gè)方向擰螺栓都說得很清楚。為了防止操作者弄混，顯示中還會給不同的工具編號，以確定不會弄錯(cuò)。根據(jù)系統(tǒng)中存儲的故障代碼，AR眼鏡便可以對車輛進(jìn)行故障診斷并給出維修建議。維修工佩戴該AR眼鏡后，AR眼鏡會在維修工視野上疊加彩色的三維立體圖像指示維修工要施工的部位、需要使用的工具及需要進(jìn)行的維修操作。寶馬汽車維修AR眼鏡在汽車維修領(lǐng)域可謂是創(chuàng)新之舉，引領(lǐng)著汽車維修行業(yè)的潮流。

圖22 寶馬汽車公司的AR專用維修眼鏡

3.2 現(xiàn)代汽車的AR汽車說明書

現(xiàn)代汽車公司推出了一款A(yù)PP，借用AR技術(shù)取代了傳統(tǒng)紙質(zhì)的用戶指南手冊。在智能手機(jī)或平板上安裝專屬APP，通過攝像頭識別車輛的細(xì)節(jié)，在屏幕中可以顯示汽車相應(yīng)部位標(biāo)識的相關(guān)信息，如按鍵的功能（圖23）、車輛重點(diǎn)保養(yǎng)部位（圖24）等全部可以顯示出來，并且還內(nèi)置有豐富的互動內(nèi)容讓用戶能了解如何正確保養(yǎng)車輛（圖25）?，F(xiàn)代汽車首先為2015款和2016款的Sonata（索納塔）汽車提供此項(xiàng)服務(wù)，隨后此項(xiàng)APP也會陸續(xù)支持更多現(xiàn)代汽車公司旗下的汽車，提供更方便更直觀的方式讓消費(fèi)者最快熟悉汽車，保養(yǎng)好自己的汽車。

圖23 顯示按鍵的功能

圖24 車輛重點(diǎn)保養(yǎng)部位

圖25 正確保養(yǎng)車輛互動演示

3.3 保時(shí)捷的“技術(shù)實(shí)時(shí)看（Tech Live Look）”的AR技術(shù)

保時(shí)捷汽車北美分公司引入了一套名為“技術(shù)實(shí)時(shí)看（Tech Live Look）”的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，旨在通過采用AR眼鏡及互聯(lián)技術(shù)提升美國境內(nèi)保時(shí)捷汽車的維修服務(wù)水平。Tech Live Look技術(shù)于2018年正式提供給保時(shí)捷旗下的北美經(jīng)銷商。

Tech Live Look技術(shù)采用了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品方案供應(yīng)商Atheer公司發(fā)布的AiR Enterprise軟件平臺，采用最新款投影技術(shù)，配備高清自動聚焦攝像頭，可顯示螺栓上的螺紋等精密圖像，它還融合了輕量化智能眼鏡技術(shù)。該款A(yù)R眼鏡功能強(qiáng)大，配置有照明燈，可在發(fā)動機(jī)艙及車輛底部等光線較暗的位置發(fā)揮燈光照明作用。當(dāng)洛杉磯的保時(shí)捷汽車經(jīng)銷商處的檢修技工（service technician）戴上該款專業(yè)護(hù)目鏡后，可通過軟件與位于亞特蘭大的保時(shí)捷技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連通，保時(shí)捷技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)能夠在2200 km之外清楚地看到洛杉磯保時(shí)捷汽車經(jīng)銷商處的情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)技術(shù)對接。該項(xiàng)“看我所看（see what I see）”視頻會議技術(shù)可立即通過視頻電話訪問遠(yuǎn)程的專業(yè)人士，使雙方能夠快速確定技術(shù)問題并妥善解決，采用該技術(shù)后可將檢修服務(wù)的耗時(shí)縮短40%。

除實(shí)時(shí)視頻外，Tech Live Look技術(shù)還允許技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)進(jìn)行截圖操作或發(fā)送技術(shù)公告到眼鏡的投影面上，供正進(jìn)行車輛維修的檢修技工使用，這比通過發(fā)送郵件及圖片或通過電話交流復(fù)雜技術(shù)問題的效率要高得多。

3.4 奔馳開發(fā)的用于事故救援的AR技術(shù)

梅賽德斯-奔馳2013年便開始在汽車B柱及燃料蓋內(nèi)側(cè)加上了二維碼，汽車出事故時(shí)，救助人員可用救援輔助應(yīng)用掃描二維碼，從而迅速得知汽車類型等信息。梅賽德斯-奔馳更新后的救援輔助應(yīng)用，增加了3D圖像及AR技術(shù)，救援人員可獲得更全面、更詳盡的汽車信息。通過AR技術(shù)，緊急救援人員可看到用不同顏色標(biāo)志的內(nèi)部零件（圖26），包括救助被困乘客時(shí)，切割車輛需注意的主要部位。這款應(yīng)用可顯示燃油管、蓄電池及其他電子零件的位置，從而避免施救時(shí)造成二度傷害。此外，該應(yīng)用還可提供救援卡，卡片上記錄了不同車型詳細(xì)的安全信息，且在不聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)下也可以使用，從而確保了救助的及時(shí)性。

圖26 奔馳開發(fā)的用于事故救援的AR技術(shù)