元宇宙是科幻作家史蒂文森最早在1992年創(chuàng)作的小說《雪崩》中提出的概念，過去在VR/AR專業(yè)領(lǐng)域都不一定有太多人知道，而隨著張一鳴以90億元人民幣收購國內(nèi)市占率最高的VR一體機(jī)公司Pico之后，這個(gè)概念突然變得家喻戶曉起來。并非空穴來風(fēng)，這種表象的背后是相關(guān)技術(shù)已走向成熟，巨頭發(fā)現(xiàn)了新的增長點(diǎn)的時(shí)候想要表達(dá)的底層邏輯。
與此同時(shí)，在德國慕尼黑的國際汽車及智慧出行博覽會(huì)上，華為展示了另一種AR，即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示（AR-HUD）方案，向業(yè)界表明，其已具備了小體積、大畫幅、超高清的關(guān)鍵能力。HUD這一領(lǐng)域過去幾乎完全由國外大廠壟斷，如今國內(nèi)廠商正借助AR-HUD新技術(shù)的更新?lián)Q代，彎道超越國際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，有望拿到另一張“元宇宙”的入場(chǎng)券。
即將爆紅的AR-HUD到底是神馬東西
HUD與VR/AR領(lǐng)域常用的HMD兩個(gè)英文縮寫就差一個(gè)字母，這對(duì)孿生兄弟的全稱也十分接近。HMD在VR/AR里面是頭戴式顯示器（Head Mounted Display）的意思，簡稱頭顯，就是我們常見的“VR一體機(jī)”、“AR眼鏡”等等。而HUD全稱是抬頭顯示（Head Up Display），這種顯示則不用戴任何設(shè)備，只需要你抬頭就能看見。
早在1962 年，休斯飛機(jī)公司推出名為Electrocular頭戴式單目顯示器，可將視頻信號(hào)反射到透明目鏡中，隨后就被集成到了現(xiàn)代直升機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)的駕駛艙中，我們知道戰(zhàn)斗機(jī)飛行員，讀儀表盤的功夫，會(huì)錯(cuò)過最佳射擊或躲避機(jī)會(huì)，當(dāng)飛行員在頭顯中看到相關(guān)設(shè)備的信號(hào)，就可以迅速做出反應(yīng)。HUD與HMD同樣早期被運(yùn)用在航空器上，它會(huì)把重要讀數(shù)轉(zhuǎn)化成為光信號(hào)投射在飛機(jī)的擋風(fēng)玻璃上，在不用戴頭盔的時(shí)候，飛行員操作起來更加靈活。
美國上世紀(jì)八九十年代F/A-18大黃蜂戰(zhàn)斗機(jī)上的HUD 來源：Wikipedia
到了1988年，通用汽車公司率先將 HUD 技術(shù)應(yīng)用到了汽車上。雖然開車不能與開戰(zhàn)斗機(jī)同日而語，但對(duì)于不熟悉汽車操作、交通規(guī)則、路況的時(shí)候，同樣需要提示，比如高速公路的下一個(gè)出口。我們看到現(xiàn)在智能汽車盡管把顯示屏做得很大，有非常詳盡的地圖導(dǎo)航，但開車的時(shí)候只要頭一低，不管看一眼實(shí)時(shí)導(dǎo)航，還是看一眼實(shí)時(shí)車速，都是很不安全的。
你是否還記得在科幻電影《鋼鐵俠》中，托尼·史塔克的機(jī)甲頭盔會(huì)實(shí)時(shí)反饋外部信息，輔助其操作，將虛擬圖像疊加在現(xiàn)實(shí)物體上。我們希望你注意到一個(gè)細(xì)節(jié)，那些視覺聚焦點(diǎn)是“長”在物體上的，這才能體現(xiàn)出AR的能力。很多人會(huì)認(rèn)為史塔克只是融合了一塊屏幕在頭盔里，如果在眼前單純放一塊屏幕，實(shí)際上你會(huì)不斷地改變注視的焦距，一邊看眼前的讀數(shù)，一邊又要對(duì)付現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的對(duì)手，這就會(huì)讓人眼不斷地調(diào)焦，既耽誤了反應(yīng)時(shí)間，而且會(huì)讓人感覺非常疲勞。這也是當(dāng)前HUD的主流版本W(wǎng)-HUD最大的缺點(diǎn)，不能疊加虛實(shí)物體。
我們知道，你更想要的是游戲《極品飛車》那種，在前擋風(fēng)玻璃的虛擬顯示，能夠與你目視的前方對(duì)齊，將光信號(hào)投射在前方物體上、道路上，這也是AR-HUD一亮相就比較驚艷的原因。它的原理是這樣，想想初中學(xué)過的光學(xué)反射，當(dāng)投影機(jī)光源發(fā)出了圖像，它并不直接投射到眼睛里，而是通過多個(gè)折疊鏡的三次反射，最后，射出的圖像在擋風(fēng)玻璃上未完全成像，人眼可以自動(dòng)將其延長線聚焦在遠(yuǎn)處，這時(shí)駕駛員在前方兩米甚至更遠(yuǎn)的地方就看到了一個(gè)虛像，這樣我們就把虛實(shí)疊加在了一起。
AR-HUD原理，來源：大陸集團(tuán)官網(wǎng)
今年的國際消費(fèi)電子展（CES）上，松下集團(tuán)展示了最新的HUD系統(tǒng)，它并不局限于顯示汽車儀表數(shù)據(jù)、導(dǎo)航等一些基本信息，松下的想法是把擋風(fēng)玻璃變成一個(gè)視頻游戲界面。松下汽車總裁兼松下智能移動(dòng)執(zhí)行董事 Scott Kirchner 表示，松下的 AR HUD 系統(tǒng)一方面可以將人工智能驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵信息投射到駕駛員的視線中，比如路上行人、其他車輛等，未來進(jìn)入自動(dòng)駕駛時(shí)代，我們還可以為乘客提供娛樂體驗(yàn)、額外舒適度和保障。
來源： 松下集團(tuán)Panasonic
在AR-HUD的世界里，當(dāng)車輛進(jìn)入到自動(dòng)駕駛階段，汽車的所有玻璃似乎都能成為信息、娛樂和廣告的載體，司機(jī)的雙手就被解放出來了。就好比影片《碟中諜4》中，阿湯哥駕駛著寶馬概念車Vision Efficient Dynamics，其前擋風(fēng)玻璃隨時(shí)可以載入導(dǎo)航地圖，界面還能移動(dòng)切換。后來，來自倫敦的導(dǎo)演Keiichi Matsuda創(chuàng)作的科幻短片《超現(xiàn)實(shí)》把這一想象更是發(fā)揮到了極致，在公交車?yán)?，充滿了各色廣告、周邊商店的打折信息，車輛行進(jìn)還會(huì)發(fā)生變化，而且不需要借助任何設(shè)備，抬頭即所見。
碟中諜4劇照 來源： IMDB
松下預(yù)計(jì)，它們炫酷的AR HUD產(chǎn)品將被集成到 2024 年的車型中。而奔馳S級(jí)、大眾 ID4、奧迪 Q4 e-tron現(xiàn)在就已經(jīng)搭載上了AR-HUD技術(shù)，其中“2021 款 ID.4 CROZZ 曜夜首發(fā)兩驅(qū)版”在汽車之家的報(bào)價(jià)只需人民幣24.29 萬元，曾經(jīng)在科幻影片中的未來變得觸手可及。
奔馳S級(jí)汽車實(shí)景，來源： TopGear 極速志
HUD步入增長“快車道”
HUD商業(yè)化發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，C-HUD 階段、W-HUD 階段和 AR-HUD 階段，目前處在W-HUD向AR-HUD演變的過程中。與有些產(chǎn)品不同，HUD的新舊更替問題較少，在之前的發(fā)展階段中，HUD的市場(chǎng)滲透率極低，直到2010年，HUD的前裝滲透率僅為1.3%，到2019年才緩慢增長到8.5%，國內(nèi)更低一些，到2019年才只有2.1%。
根據(jù)國際汽車制造商協(xié)會(huì)（OICA）以及專注于汽車、TMT、新能源領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)佐思產(chǎn)研提供的數(shù)據(jù)，2019-2025年E，全球前裝HUD滲透率由8.5%上升至22%，而國內(nèi)HUD的滲透率從2019年的2.1%，有望在2025年提升到30%。根據(jù)中汽協(xié)、頭豹研究院的最新數(shù)據(jù)，國內(nèi)前裝HUD的市場(chǎng)規(guī)模將在2025年E達(dá)到75億元人民幣，另據(jù)中汽協(xié)、高工數(shù)據(jù)、天風(fēng)證券的測(cè)算， 這一市場(chǎng)規(guī)模將在2024年E就能達(dá)到108.7億元人民幣。
另據(jù)中金的研究，在需求、供給、產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)三大驅(qū)動(dòng)力的共同作用下，我國HUD市場(chǎng)自2020年出現(xiàn)拐點(diǎn)，前裝搭載量同比翻倍增長至58萬臺(tái)；2021年上半年，前裝HUD搭載率從2019年的1.3％提升至5.0％，其中W-HUD方案占據(jù)主流，比重約為87％，不過這半年國內(nèi)AR-HUD搭載量已突破5,000臺(tái)，增速十分明顯。從今年消費(fèi)者行為調(diào)查來看，消費(fèi)者對(duì)HUD的接受度與興趣度也在顯著提高，以蔚來ES6為例，根據(jù)高工汽車的數(shù)據(jù)，該車型消費(fèi)者對(duì)HUD的選裝率約為50％。
成本下降是HUD搭載量提速的重要原因。根據(jù)乘聯(lián)會(huì)、佐思產(chǎn)研的數(shù)據(jù)，W-HUD的平均價(jià)格已由2019年的人民幣2,000元下降至今年的1,800元，預(yù)計(jì)到2025年將進(jìn)一步下降到1,466元， 這兩年還相對(duì)高昂的AR-HUD的平均價(jià)格，也會(huì)從現(xiàn)在的4500元/臺(tái)，逐年下滑3％，未來幾年將會(huì)逐步取代W-HUD。
來源： 蓋世汽車研究院
價(jià)格降低另一個(gè)好處，就是近幾年搭載了HUD的中低端車型也在持續(xù)增加，如此可以惠及更多的使用人群。根據(jù)汽車之家的數(shù)據(jù)，三年前還沒有一種搭載HUD20萬以下的車型，到2021年20萬元以下搭載HUD的車型已多達(dá)17種。
對(duì)于現(xiàn)在日新月異的自動(dòng)駕駛技術(shù)而言，AR-HUD與ADAS的結(jié)合能起到相輔相成的作用。我們從圖表中可以看出，自動(dòng)駕駛技術(shù)能夠提供駕駛員前方物體的相關(guān)數(shù)據(jù)分析，如相距距離、物體特征、盲區(qū)監(jiān)測(cè)、碰撞預(yù)警等，可以豐富HUD的顯示內(nèi)容。另一方面，AR-HUD可以直觀的形式通過前擋風(fēng)玻璃傳達(dá)給駕駛員，駕駛員可以及時(shí)或提前作出反應(yīng)，讓自動(dòng)駕駛變得更安全。
2020年ADAS細(xì)分功能滲透率，來源： 賽迪顧問、頭豹研究院
除了安全性的剛需以外，當(dāng)L3到L4自動(dòng)駕駛躍升的過程中，逐漸解放了雙手的駕駛員開始追求更多的舒適度和娛樂性，人們開始延展汽車場(chǎng)景作為“第三空間”。狹小的手機(jī)屏幕顯然不能做到很好的匹配，這時(shí)需要有更大、更便捷、更有趣的屏幕，AR-HUD便成為其中不二選擇。同時(shí)也給各汽車電子廠商，甚至互聯(lián)網(wǎng)廠商創(chuàng)造了一個(gè)新端口的機(jī)會(huì)，他們將考慮如何將信息內(nèi)容在汽車屏幕中變得易讀、易用、易交互。
國產(chǎn)化HUD方興未艾
長期以來，HUD全球市場(chǎng)由前六大 HUD 廠商占據(jù)行業(yè) 97%的市場(chǎng)份額，集中度很高。這六家分別為日本精機(jī)、德國的大陸集團(tuán)、日本電裝、美國的偉世通、德國的博世、日本的矢崎，沒有一家中國公司。而且在中國市場(chǎng)，起初也是由這幾家公司把持，直到2020年，國內(nèi)HUD市場(chǎng)占有率排名前三的公司分別為日本精機(jī)（33.3%）、大陸集團(tuán)（27%）、日本電裝（20%），再加上臺(tái)灣地區(qū)的怡利（9.2%），總占比接近90%，其余才是中國境內(nèi)公司。
據(jù)高工智能汽車數(shù)據(jù)，2021年上半年日本電裝、日本精機(jī)和大陸集團(tuán)三大頭部HUD廠商在中國市場(chǎng)的總份額從2019年的90％下降至68％，而同期的國產(chǎn)廠商華陽集團(tuán)從2020年的2%一躍到14.4%，排名第三。
來源： 高工智能汽車研究院
華陽集團(tuán)是總部位于廣東惠州的上市公司，成立于1993年，致力于成為國內(nèi)外領(lǐng)先的汽車電子產(chǎn)品及其零部件的系統(tǒng)供應(yīng)商。集團(tuán)業(yè)務(wù)板塊涵蓋汽車電子、精密壓鑄、精密電子部件以及LED照明等，近年來重點(diǎn)圍繞汽車電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、輕量化進(jìn)行產(chǎn)品布局，擁有包括HUD在內(nèi)的智能座艙、智能駕駛和智能網(wǎng)聯(lián)等領(lǐng)域較為全面的汽車電子產(chǎn)品線。
華陽集團(tuán)從 2012 年開始布局 HUD 業(yè)務(wù)，每年堅(jiān)持研發(fā)投入，研發(fā)總投入已經(jīng)超過8000萬元。目前已形成涵蓋光學(xué)、軟件、結(jié)構(gòu)及電子等多學(xué)科的HUD研發(fā)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)的加速發(fā)展，其HUD 業(yè)務(wù)前期積累的技術(shù)、產(chǎn)品和市場(chǎng)已經(jīng)臨近一個(gè)爆發(fā)點(diǎn)。今年上半年華陽的飛躍直接受益于它全面服務(wù)的長城汽車搭載HUD的加速，以及長城汽車本身在銷售上的豐收。后者在汽車市場(chǎng)整體下滑的情況下，上半年累計(jì)銷量達(dá)61.82萬輛，同比增加56.47%，最近一年長城汽車的股價(jià)翻了7倍。
華陽AR-HUD增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)式抬頭顯示器演示，來源： 汽車之家
與華陽同屬Tier1梯隊(duì)，成立于2015年的江蘇澤景電子在今年2月份宣布完成人民幣1.5億元C輪融資之后，8月又完成了順為資本領(lǐng)投的3億元C+輪融資，它在全球首創(chuàng)了基于DLP技術(shù)的雙畫面AR-HUD量產(chǎn)解決方案，并與蔚來汽車、吉利汽車、長安汽車、長城汽車、奇瑞汽車、北汽新能源和大眾等企業(yè)簽訂了10多個(gè)量產(chǎn)和研發(fā)合同。
華泰證券去年預(yù)測(cè)，若國產(chǎn)化率從6%提升至11%，中資HUD集成企業(yè)5年在該業(yè)務(wù)領(lǐng)域的年化營收增速有望達(dá)到64%，根據(jù) Wind 一致預(yù)期，三年預(yù)測(cè)年化營收增速為27%。從去年到今年不到2年時(shí)間，我們實(shí)際看到的增速已經(jīng)高于預(yù)期。
國內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司FUTURUS的第四代樣車AR-HUD 在汽車擋風(fēng)玻璃前顯示重要信息，來源： FUTURUS
國內(nèi)大多數(shù)廠商起步較晚，在C-HUD時(shí)代的龍頭幾乎很少有國產(chǎn)的身影，在W-HUD時(shí)代國產(chǎn)開始起步，但外資龍頭近乎壟斷，在 AR-HUD 的技術(shù)換代背景下，國內(nèi)外差距正逐漸縮小。華陽多媒體電子有限公司總經(jīng)理助理張環(huán)宇表示，國內(nèi)外廠商在AR-HUD研發(fā)和推廣上，基本處于同一起跑線，因此技術(shù)差距很小。
投影單元（PGU）是HUD的核心壁壘。目前 HUD 使用的投影技術(shù)主要有 TFT-LCD 投影、DLP 投影、MEMS 激光掃描投影和 LCOS 投影四種。其中TFT-LCD（Thin Film Transistor，薄膜晶體管）投影技術(shù)是當(dāng)前最主流的 HUD 投影技術(shù)方案，包括國產(chǎn)技術(shù)都比較成熟，成本也較低，多應(yīng)用于 W-HUD 產(chǎn)品中。2020年，TFT-LCD的中國產(chǎn)能占全球總產(chǎn)能的54%。
而AR-HUD的理想投影技術(shù)是DLP（Digital Light Processing，數(shù)字光處理技術(shù)），它通過集成50-130萬個(gè)超微型鏡片的DMD芯片，將光源反射至投影鏡頭形成圖像，這樣不僅具有高亮度、高對(duì)比度和高分辨率等優(yōu)點(diǎn)，而且成像距離VID達(dá)到5米以上，可以滿足AR-HUD的要求。像上述的華陽集團(tuán)、澤景電子采用的就是DLP方案。另外兩種對(duì)AR-HUD量產(chǎn)來說各有優(yōu)缺點(diǎn)，也有國內(nèi)廠商如華為、水晶光電、銳思華創(chuàng)、一數(shù)科技在積極研發(fā)之中。
華為的入局或?yàn)镠UD國產(chǎn)化替代繼續(xù)加碼。我們知道DLP的專利在美國德州儀器，而華為采用的LCOS 投影技術(shù)就好比手機(jī)界的安卓，在此基礎(chǔ)上結(jié)合華為的優(yōu)勢(shì)再開發(fā)。此次在慕尼黑博覽會(huì)上展出的華為AR-HUD產(chǎn)品，體積僅10L，超越了市場(chǎng)上大多數(shù)的20L，它提供13°x5°大視角，即在前方7.5米位置呈現(xiàn)70寸大畫幅顯示區(qū)域，并可實(shí)現(xiàn)高達(dá)100PPD的全高清視覺顯示。
華為光應(yīng)用領(lǐng)域總裁黃志勇表示：“華為AR-HUD采用創(chuàng)新的ODP光顯示引擎和空間光學(xué)技術(shù)，打破了傳統(tǒng)介質(zhì)局限，開創(chuàng)安全駕乘新體驗(yàn)。下一階段，AR-HUD將朝著更大畫幅、更高清晰度、裸眼3D等方向發(fā)展，構(gòu)筑前所未有的超級(jí)視界。”
HUD產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D，來源： 各公司官網(wǎng)、智能汽車俱樂部、東方證券研究所
除了PGD以外，產(chǎn)業(yè)鏈其他部分的國產(chǎn)化替代程度還有些參差不齊：
01.在成像部分，整體依舊處于成長期，難以與國際頂尖企業(yè)抗衡。其中，LED光源主要來源于德國的歐司朗和日美的史坦利；而在投影機(jī)芯片領(lǐng)域，全球僅有德州儀器與愛普生具備自主生產(chǎn)的能力。
02.光學(xué)鏡面方面，行業(yè)技術(shù)壁壘高，盡管國產(chǎn)技術(shù)在逐漸成熟，像舜宇、靈犀微光，但仍與Waveoptics這樣的國際企業(yè)有所差距。
03.擋風(fēng)玻璃方面，目前福耀是主要的前擋風(fēng)玻璃供應(yīng)商， 其研發(fā)出新的納米膜玻璃已經(jīng)開始在比亞迪漢車型運(yùn)用。
04.軟件方面，我們可以從上圖中可以看到，國內(nèi)的高德、百度、四維圖新等地圖廠商紛紛入局，以及斑馬智行提供的操作系統(tǒng)、解決方案也把HUD涵蓋進(jìn)去。
實(shí)際上，目前以VR/AR為主體的狹義元宇宙產(chǎn)業(yè)鏈與HUD有不少重合的地方，包括芯片、光學(xué)元件、成像和顯示技術(shù)等等，發(fā)展到第三階段的AR-HUD也可以理解為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在汽車上的一種應(yīng)用。如今人們對(duì)AR-HUD的期待，背后還反映出對(duì)沉浸世界的向往，當(dāng)折疊鏡經(jīng)過三次反射，將虛像打到5米以外的時(shí)候，實(shí)際上就在XY軸之外加入了一個(gè)Z軸，用戶體驗(yàn)不再局限在平面，而是浸入到三維空間里，這是手機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)者再怎么努力也做不到的。AR-HUD也許是在VR/AR設(shè)備全面普及之前，率先被更多用戶感知到的日常應(yīng)用。
華為輪值董事長胡厚崑在2021中關(guān)村論壇全體會(huì)議上表示，最近被熱議的元宇宙概念，其實(shí)代表了我們整個(gè)人類社會(huì)對(duì)于虛擬與現(xiàn)實(shí)進(jìn)一步融合的一種期待和向往。在這種高沉浸度、低時(shí)延的數(shù)字世界里，我們要更大程度地去還原，并且構(gòu)建一種超越物理世界的體驗(yàn)，這是一個(gè)充滿想象力的方向。但同時(shí)，也對(duì)我們當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算等技術(shù)，提出了更高的要求。
來源：微信公眾號(hào)“中智觀察”（ID:Hapiweb-soft6）
