增强现实新魔法:车身内饰1秒变透明

  • 发表于: 2014/11/14 06:44:28 来源:车云网

技术研究的突破让增强现实变成了魔术师,只需要驾驶员回头的1秒时间,车身后座、地板与车身统统消失不见。

终有一天,当我们驾车驰骋在高速公路上,从头顶的蔚(A)蓝(P)天(E)空(C)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,当传统汽车带给我们的视野限制——车门,窗边,车顶和地板,都不复存在,我们或自由如那飞鸟,将这世界一览无余。

虽然车云菌并无飞行执照,但这种基于增强现实的“透明座舱”技术还是给驾驶员带来一种开灰机的感觉。列装了摄像机,成像软件(车云菌按:估计是图像拼接及重建算法),投影显示装置以及反射面的实验车,对驾驶者而言可谓1秒变透明,安全性的提高毋庸置疑,而同时贴地飞行的感觉……车云菌只能说,全景天窗什么的简直弱爆了。

显而易见,一台玻璃车子很容易达到这样的要求……然而玻璃不具备钢结构的强度。因此我们常见的车子无法拥有鸟瞰般的全景视野。而为了实现这样的效果,我们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员视角,然后将图像显示在内饰上,然后就是见证奇迹的时刻——车门,后座乃至地板一一消失不见,车子“通体透明”了。

要实现这样的效果,我们有两种思路,要么采用自发光显示,要么投影加反射显示。如果深究一下自发光显示系统,无非是将液晶,LED,抑或有机LED结构安装在座椅,车门以及其它内饰件上。但其中问题不言自喻:汽车内饰件形状复杂,为其定制显示设备并不现实;而座椅一般也会有织物覆盖,直接显示图像实非良策。那么,取而代之,我们选择了投影显示系统,仅仅要求车辆内饰材料可当做屏幕,哪怕是允许屏幕安装其上亦可。

事情并不像想象的那般顺利,传统投影系统并不适合。首先是亮度问题,一般投影机的亮度根本无法与室外光线相比;其次则是“幕布”的形状,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任务;再次,要想以3D方式观看车外景象,头戴式实景显示系统是不可或缺的,这也就意味着只有驾驶员才能“享受”这等待遇。


拥有微型珠状涂装的软性回射材料,反射路径严格指向光源,且亮度极高

现在,有研究团队用一种将光线严格反射回发光点的材料解决该问题。拥有这种材料,只需针对驾驶员视角来校正图像,然后尽量以驾驶员眼睛为光源将图像投射至“屏幕”(反射材料)。可能读者认为做到这一点会很难,而在早期实验阶段,只需把投影机戴在驾驶员头上(车云菌:心灵控制器的节奏么……),或者装置在车顶并追踪驾驶员头部位置即可。


RPT次世代倒车影像系统,全景观察“蹲在车后的男孩”

这项回射投影技术(简称RPT)将图像投射到50微米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。那么现在所有读者都可以明白——快门式眼镜或者其它任何类型的影院装备都不需要了,有双目万事足。

具体的工作原理是这样的: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,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,驾驶员可直接透过该镜看到显示在后排座椅上的图像(车云菌:其实是微珠材料通过半透镜将光线原向反射回驾驶员眼睛)。

RPT系统之所以拥有极高显示亮度,主要得益于其微珠反射涂装之极高反射率。当光源亮度为1勒克斯,该材料反射亮度约为500 cd/lx/㎡(车云菌按:坎德拉每勒克斯每平米)。那么如果我们算上半透镜第一次的反射率和第二次的透过率,将这个值乘以0.25,依然高达125 cd/lx/㎡。如果这个数字太过抽象,我们可以对比电影屏幕,后者反射亮度大概是1 cd/lx/㎡。换言之,RPT系统提供至少百倍于电影屏幕的亮度,此外更加强大的是,图像显示并不因异型屏幕而失真,因为所有光线都是严格向观察者眼睛回射。

开始时,研究团队将该微珠屏幕贴合在副驾车门及仪表盘上,只用一套摄像机和装在天花板上的投影机。即使未曾针对驾驶员眼部相对位置进行校准,该系统依然让我们无比清晰明了的“看透”了车门。此后使用一台丰田普锐斯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员的头部活动无需被跟踪。从视频中可以看到,全景显示的效果非常直观,而且半透镜设计使得系统可靠性极佳,即使后座载有乘客,驾驶者依然能够看到车后障碍物;以至于目前普遍将屏幕装置在中控台的倒车影像系统看起来弱爆了。与整车厂及汽车电子研发机构的合作也已展开,概念产品转化为商业价值已为时不远。

此外,可以想见,该技术的应用场景几乎没有多少局限。如果装置在飞机座舱,驾驶员可以在降落阶段直接俯瞰脚下的跑道。装置在游轮,无窗房间可以获得比有窗房间更好的视野,美景尽揽。即使是办公室也有应用场景,车云菌的小小工位可以变得宽敞无比——一个没有墙的世界。

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