增强现实技术及其在汽车和汽车维修服务上的应用（二）

许昌职业技术学院 张贵明，金梦涛

2.4 基于增强现实（AR）的“透明座舱”技术

当驾车驰骋在高速公路上，从头顶的蔚蓝天空到脚底闪烁而过的分道线，从左边椰树碧海到右边成熟社区，当传统汽车带给驾乘人员的视野限制——车门、窗边、车顶和地板，在驾乘人员回头的1 s时间，车身后座、地板与车身统统消失不见，都不复存在，驾乘人员感觉自由如飞鸟，车外景象一览无余。这种基于AR的“透明座舱”技术能给驾乘人员带来一种开飞机的感觉。显而易见，如果汽车采用玻璃制作的话，则很容易达到上述效果，但玻璃却不具备钢结构的强度。为实现上述效果，可在车身周边装备多台摄像机，实时进行图像处理，以匹配驾驶人视角，然后将图像显示在内饰上，这样，车门、后座乃至地板便可“消失不见”，车辆就能“通体透明”。但传统投影系统并不适合，一是投影机的亮度问题，一般投影机的亮度根本无法与室外光线相比；二是“幕布”形状问题，车辆内饰拥有无比复杂的结构，投影图像按其严格校正几乎是不可能的；三是要想以3D方式观看车外景象，头戴式实景显示系统不可或缺，这也就意味着只有驾驶人才能“享受”这等待遇。现在，有研究人员用一种将光线严格反射回发光点且亮度极高的材料——微型珠状涂装的软性回射材料（图12），解决了上述问题。这样只需针对驾驶人的视角去校正图像，然后尽量以驾驶人眼睛为光源将图像投射至“幕布”（反射材料）上即可。做到这一点，在早期实验阶段，只需把投影机戴在驾驶人头上，或者装置在车顶并追踪驾驶人头部的位置即可。

图12 微型珠状涂装的软性回射材料反射路径严格指向光源

这项回射投影技术（简称RPT）将图像投射到50 µm玻璃珠涂装的软性材料上，从而得到亮度极高的反射图像。更加精密的是，双眼分别配备一台投影机，这样就可以在同一屏幕（后座）上获取立体效果。具体的工作原理是：如图13所示，在观察者面前设置一面半透镜，投影机将图像投射到半透镜上，大部分光线被反射到屏幕（如后排座椅）上形成图像；而因半透镜具备半透明的特性，驾驶人可直接透过该镜看到显示在后排座椅上的图像（其实是微珠材料通过半透镜将光线原向反射回驾驶人的眼睛）。

RPT系统之所以具有极高的显示亮度，主要得益于其微珠反射涂装具有极高的反射率。当光源亮度为1勒克斯时，其反射亮度约为500 cd/lx/m2（坎德拉每勒克斯每平米）。即使算上半透镜第1次的反射率和第2次的透过率，将该值乘以0.25，其亮度依然高达125 cd/lx/m2，该亮度是什么概念呢？大家熟知的电影屏幕的反射亮度仅约为1 cd/lx/m2，也就是说RPT系统的显示亮度是电影屏幕亮度的100多倍，且PRT系统的图像显示并不会因异型屏幕而失真，因为所有的光线都是严格向观察者的眼睛回射的。

图13 RPT倒车影像系统全景观察“蹲在车后的男孩”

开始时，研究人员将该微珠屏幕贴在乘员侧车门及仪表盘上，只用一套摄像机和装在天花板上的投影机，即使在未曾针对驾驶人眼部相对位置进行校准的情况下，该系统依然让驾驶人清晰明了地“看透”了车门。此后研究人员使用一台丰田普锐斯车的后座设计了更进阶的实验，用以取代传统的倒车影像。该实验依然配备单台投影机，不同的是投影机装置了6支等亮度的投影镜头，多镜头设计使得驾驶人的头部活动无需被跟踪；全景显示的效果非常直观，且半透镜设计使得系统可靠性极佳，即使后座载有乘客，驾驶人依然能够看到车后障碍物。

2.5 Harman（哈曼国际工业公司）的AR智能车辆解决方案（LIVS）

Harman（哈曼国际工业公司）在改装的克莱斯勒Pacifica中展示了其AR智能车辆解决方案（LIVS）的概念（图14），利用传感器检测，给周围车辆添加标记，让驾驶人知道其是否需要加速或制动，并在交叉路上绘制街道标志，使驾驶人不用为了查看导航或指示牌而分心。尽管Harman在其AR系统上显示的大部分信息都来自汽车的传感器，但路牌等信息将依靠GPS信号准确提示出信息，Harman正在将该系统投影在平视显示器中，以便驾驶人更容易看到其信息。

图14 Harman（哈曼国际工业公司）的AR智能车辆解决方案（LIVS）

2.6 大陆的融合了车道偏离警告和自适应巡航控制显示的AR-HUD

与传统的HUD相同，大陆的AR-HUD（图15）同样会显示车辆的基本数据（包括车速、当地限速等），但其一方面融合了车道偏离警告和自适应巡航控制（ACC）系统的显示，另一方面能够将导航路线和实时路况进行高精度显示，以引导驾驶人根据路线进行转弯、变道。上述信息都会被投射到风窗玻璃上。

图15 大陆的融合了车道偏离警告和自适应巡航控制显示的AR-HUD

常规的车道偏离警告大多是通过声音警告或座椅振动来提醒驾驶人。在AR-HUD上，如果车辆超过了道路的中间线或要靠近路肩，则会在车道线边缘的位置显示出一排红色的“猫眼”（图16），以告诉驾驶人车辆已经超出了车道范围，并且HUD上的道路符号也会把相应的一侧变成红色来显示，而当将车辆转回到车道时，这些提示便会消失。

图16 在车道线边缘的位置显示出一排红色的“猫眼”

当ACC功能被激活时，驾驶人能够看到正前方车辆的后部有一道虚拟的弧线（图17），表示摄像头和雷达正在监控这辆车来确定这辆车的位置和适应它的速度。当车辆之间的距离改变时，HUD上的蓝色条表明车辆处在安全的跟车距离之内，而当红色的三角符号出现时，则表明两车之间的距离过近，将会有危险。

图17 正前方车辆的后部有一道虚拟的弧线

如果说前两项功能只是对于这两项主动安全技术的额外显示，那么导航路线指示功能则完全是另外一个概念。当车辆接近路线的下一个需要转弯的路口时，AR-HUD上会显示出一排的箭头（图18），看上去像是附在道路的表面上，这些箭头会指导驾驶人应在何处转弯，当转过弯后，箭头便会消失。有了该功能后，完全不需要低头去看导航，因为没有提示时只需继续直行即可，而当需要转弯时，蓝色的小箭头能保证驾驶人不错过相应的路口。

图18 AR-HUD上会显示出一排的箭头

AR-HUD上之所以能显示出上述图像，是因为其将不同类型的数据和图形分层投射（图19）到风窗玻璃上，就像在驾驶人面前有2个投射面，其中一个显示基本信息，另外一个显示ADAS和导航相关信息，分别有2个元件进行图像生成。

图19 分层图像投射（近端的基础信息与远端的道路指示）

2.7 宝马公司的汽车专用AR眼镜

宝马联合高通推出了一款专为驾驶人配备的 AR 眼镜（图20，眼镜上有个按钮，该按钮也是个触控板，对眼镜的操作都在这里），带上这款AR眼镜，驾驶人在开车时可以看到导航数据、行驶速度、限速提示、岔口信息等。驾驶人在开车经过喜欢的餐厅、服装店时，AR眼镜里的虚拟屏幕还会有相应提醒；用户收到的手机短信也会在眼前的虚拟屏幕上显示。此外，汽车周边的信息也可以显示在眼镜上。整个行车过程中，驾驶人只需专注眼前的一个屏幕便可以在安全驾驶的同时，处理各种事情。它还配备了“透视”功能（图21），驾驶人能通过眼镜直接看到被车身遮挡的障碍物、行人和其他机动车。

图20 宝马公司的汽车专用AR眼镜

图21 宝马公司的汽车专用AR眼镜的“透视”功能

2.8 宝马汽车制造过程AR技术的应用

宝马已经在汽车制造过程中使用了AR技术，通过AR眼镜可以提供配件安装位置显示、细节放大及细节检查等，从而极大地避免了生产过程中的操作失误。

3 AR技术在汽车售后领域的应用

3.1 宝马汽车维修AR眼镜

目前，由于许多电动和电子元件的出现，汽车结构变得更加复杂性，汽车维修也显得十分困难，要求汽车维修技术人员应具备较高的维修技能。而应用AR技术，能为汽车维修技术人员提供完整的维修指令（包括修复过程及需要使用的工具等一整套维修服务），从而简化了汽车维修工作。

宝马推出了一款专用汽车维修AR眼镜，该款眼镜能够指导汽车维修工进行车辆维修（图22）。当维修工戴着这款眼镜查看汽车发动机时，在原本的现实画面之上会显示出一幅3D彩色图像。戴上这款眼镜去诊断发动机系统的故障时，会一步步详细地指导佩戴者将故障排除。每个步骤中，相关的发动机部分会在画面上被凸显出来变得醒目，图像的左上角会出现一个书面的指示；另外，该款眼镜还有配套的耳机，会同时将这些指示信息大声地读出来；眼镜前的图像中会通过播放3D动画的方式去演示如何拆卸相关部件，包括该拧哪个螺栓、如何把故障部件卸下取出、该使用哪些工具，甚至连往哪个方向拧螺栓都说得很清楚。为了防止操作者弄混，显示中还会给不同的工具编号，以确定不会弄错。根据系统中存储的故障代码，AR眼镜便可以对车辆进行故障诊断并给出维修建议。维修工佩戴该AR眼镜后，AR眼镜会在维修工视野上叠加彩色的三维立体图像指示维修工要施工的部位、需要使用的工具及需要进行的维修操作。宝马汽车维修AR眼镜在汽车维修领域可谓是创新之举，引领着汽车维修行业的潮流。

图22 宝马汽车公司的AR专用维修眼镜

3.2 现代汽车的AR汽车说明书

现代汽车公司推出了一款APP，借用AR技术取代了传统纸质的用户指南手册。在智能手机或平板上安装专属APP，通过摄像头识别车辆的细节，在屏幕中可以显示汽车相应部位标识的相关信息，如按键的功能（图23）、车辆重点保养部位（图24）等全部可以显示出来，并且还内置有丰富的互动内容让用户能了解如何正确保养车辆（图25）。现代汽车首先为2015款和2016款的Sonata（索纳塔）汽车提供此项服务，随后此项APP也会陆续支持更多现代汽车公司旗下的汽车，提供更方便更直观的方式让消费者最快熟悉汽车，保养好自己的汽车。

图23 显示按键的功能

图24 车辆重点保养部位

图25 正确保养车辆互动演示

3.3 保时捷的“技术实时看（Tech Live Look）”的AR技术

保时捷汽车北美分公司引入了一套名为“技术实时看（Tech Live Look）”的增强现实（AR）技术，旨在通过采用AR眼镜及互联技术提升美国境内保时捷汽车的维修服务水平。Tech Live Look技术于2018年正式提供给保时捷旗下的北美经销商。

Tech Live Look技术采用了增强现实产品方案供应商Atheer公司发布的AiR Enterprise软件平台，采用最新款投影技术，配备高清自动聚焦摄像头，可显示螺栓上的螺纹等精密图像，它还融合了轻量化智能眼镜技术。该款AR眼镜功能强大，配置有照明灯，可在发动机舱及车辆底部等光线较暗的位置发挥灯光照明作用。当洛杉矶的保时捷汽车经销商处的检修技工（service technician）戴上该款专业护目镜后，可通过软件与位于亚特兰大的保时捷技术支持团队实现网络连通，保时捷技术支持团队能够在2200 km之外清楚地看到洛杉矶保时捷汽车经销商处的情况，实现远程实时技术对接。该项“看我所看（see what I see）”视频会议技术可立即通过视频电话访问远程的专业人士，使双方能够快速确定技术问题并妥善解决，采用该技术后可将检修服务的耗时缩短40%。

除实时视频外，Tech Live Look技术还允许技术支持团队进行截图操作或发送技术公告到眼镜的投影面上，供正进行车辆维修的检修技工使用，这比通过发送邮件及图片或通过电话交流复杂技术问题的效率要高得多。

3.4 奔驰开发的用于事故救援的AR技术

梅赛德斯-奔驰2013年便开始在汽车B柱及燃料盖内侧加上了二维码，汽车出事故时，救助人员可用救援辅助应用扫描二维码，从而迅速得知汽车类型等信息。梅赛德斯-奔驰更新后的救援辅助应用，增加了3D图像及AR技术，救援人员可获得更全面、更详尽的汽车信息。通过AR技术，紧急救援人员可看到用不同颜色标志的内部零件（图26），包括救助被困乘客时，切割车辆需注意的主要部位。这款应用可显示燃油管、蓄电池及其他电子零件的位置，从而避免施救时造成二度伤害。此外，该应用还可提供救援卡，卡片上记录了不同车型详细的安全信息，且在不联网的状态下也可以使用，从而确保了救助的及时性。

图26 奔驰开发的用于事故救援的AR技术