«История HUD»: от Второй мировой до первой голограммы
Приборная панель автомобиля — источник важной для водителя информации. В ближайшем будущем он рискует потерять свою значимость — на это место уже претендуют HUD дисплеи, о технологии которых мы хотели бы поговорить сегодня.
Все началось с рефлекторных прицелов боевых самолетов. Десятилетия спустя технология получила развитие в гражданской авиации и автомобилестроении.
Данное решение легло в основу одного из продуктов WayRay. Это — AR навигационная система Navion, которая позволяет интегрировать всю важную информацию: маршрут, текущую скорость, POI, — прямо в окружающую реальность.
Изображение Wayray
Разберемся с тем, с чего все начиналось, и как разработки для военной авиации продолжают менять современный гражданский автопром.
Военный период
Как и многие изобретения, которые и по сей день служат нам в быту, технология HUD пришла из военной промышленности. Предками прозрачных дисплеев можно считать рефлекторные прицелы на боевых немецких самолетах времен Второй мировой войны. Технология HUD возникла из необходимости пилотов находить враждебные цели в небе, пользуясь навигационной информацией и не отвлекаясь при этом от полета.
Первые дисплеи решали проблему прицеливания, а после стали отображать детали о скорости передвижения и угле атаки, что стало вехой для военной авиации. В 1942 году изображение с радиолокационного индикатора удалось соединить с проекцией гироскопического прицела на плоской поверхности ветрового стекла, и это привело к рождению проекционного дисплея.
Фото Shawn / CC-BY
HUD остались в боевых самолетах и после Второй мировой. Следующий этап эволюции информационных дисплеев — оснащение британского штурмовика Blackburn Buccaneer встроенным Head-Up Display. Первый полет и практическое применение HUD в воздухе произошло в 1958 году. Снова технология послужила отнюдь не мирным целям: она помогала в наведении ракет и при атаках с малой высоты. Англичане пилотировали Buccaneer в период с 1968 по 1994 года, и все это время важная для пилотов информация выводилась на стекло.
В 60-х годах XX века французский летчик-испытатель Gilbert Klopfstein создал первый современный HUD и стандартизованную систему символов для него. Благодаря этому пилоты смогли без дополнительного обучения пересаживаться за штурвал различных боевых машин. Как и в случае со многими технологиями, унификация вывела использование HUD на новый уровень.
Пассажирская авиация
Выход в мирное небо не стал следующим этапом эволюции HUD, ведь военный период для дисплеев на этом не завершился, и вряд ли это произойдет когда-либо. Технологии проекционных дисплеев и дополненной реальности продолжают эксплуатироваться как в авиации, так и в других аспектах военного дела: солдаты используют аналоги Google Glass для определения целей, и картинка, возникающая перед их глазами, очень напоминает работу HUD в современных автомобилях.
Проекционным дисплеям потребовалось «каких-то» тридцать лет, чтобы найти себе применение в мирном секторе: HUD нашлось место в Boeing 737 только в 90-х годах, хотя самые ранние попытки привить пилотам привычку следить за параметрами полета на экране происходили уже в 70-х. Проецируемая информация помогает взлетать и приземляться, следить за скоростью, высотой и маршрутами не только на массовых пассажирских судах вроде Boeing 737 или Embraer 190, но и на региональных самолетах и даже бизнес-джетах.
Фото Shawn / CC-BY
В пассажирской авиации следующим шагом для HUD, согласно Aviation Today, должно стать комбинирование технологий искусственного и инфракрасного зрения. Системы нового поколения уже состоят из удаленного процессора, который интерпретирует информацию о местоположении самолета и объединяет ее со встроенной базой данных. Полученная картинка передается небольшому проектору, установленному над головой пилота.
Повседневное использование
Хотя эта мысль встретила бы определенный скепсис еще каких-то тридцать лет назад, прозрачные дисплеи вышли в массы благодаря автомобильной промышленности.
Первопроходцем в использовании HUD на базе серийного автомобиля стала корпорация General Motors с моделью уже прекратившего свое существование бренда Oldsmobile — Cutlass Supreme — в 1988 году. Так принято думать, но правда в том, что в GM экспериментировали с прозрачными дисплеями еще в 60-х годах, то есть это происходило в одно время с первыми полетами Buccaneer с HUD.
Тогда корпорации не боялись обнародовать фотографии концепт-каров. Один из ранних эскизов легендарного Mako Shark II 65-го года содержал настоящее устройство для отображения бортовой информации. В примитивном, но узнаваемом виде. HUD на Mako так и не вышел в свет, как и усовершенствованная версия спортивного купе.
Следующие два десятилетия технология имела мало точек соприкосновения с землей, и массовый потребитель все также не подозревал о ее существовании. HUD промелькнул в футуристическом концепте Pontiac Trans Sport 1986 года, но, как показала история, эта модель стала рядовым минивэном, в котором не нашлось места инновациям.
И вот настал 1988 год. На рынок выпускают обновленный Oldsmobile Cutlass Supreme, тот самый, который использовался для съемок «Смертельного оружия». Кроме непревзойденного стиля того времени, автомобиль обладал вакуумной люминесцентной трубкой и отражающей оптикой, которые вместе были способны спроецировать всю полезную информацию о поездке на ветровое стекло.
Вскоре после этого технология стала распространяться. Ранние модели были монохроматическими. К концу 90-х Corvette уже оснащались HUD с тахометрами и индикатором температуры двигателя. Позже Pontiac принял HUD как стандарт на Bonneville. В 2005 году на базе Cadillac STS был предложен первый в мире четырехцветный HUD.
Долгое время прозрачный экран оставался роскошным бонусом, доступным только в моделях премиум-класса. При этом проецируемая картинка страдала от низкого разрешения и не всегда соответствовала высокой планке. В 2009 году появились исследования о проекционном устройстве, использующем технологию голографической проекции.
В основе таких проекторов лежит жидкий кристалл на кремнии (LCOS) для модуляции лучей красного, зеленого и синего света, что в конечном счете создает полноценное изображение. По прошествии 6 лет Jaguar Land Rover принял их на вооружение для своих автомобилей.
Что дальше?
По данным отчета IHS Automotive, к 2020 году на дорогах появятся более 9 млн транспортных средств с HUD — это обусловлено, в частности, удешевлением реализации HUD-решений. Еще одно направление развития технологии в разрезе автопрома — совершенствование на пути к полноценной дополненной реальности.
Настоящее и будущее WayRay Navion связано со вторым направлением и полагается в этом на голографический комбайнер — зеркало, которое совмещает картинку и изображение реального мира. Такой подход позволяет достичь наибольшего (по сравнению с другими проекционными системами) углового размера изображения и увеличить расстояние до формируемой картинки на дороге. Резкое увеличение углового размера позволяет выводить изображения, совмещенные с реальным миром (аннотации к объектам), и «рисовать» маршрут прямо на дороге.
Кроме того, Navion, в отличие от «классических» HUD умеет «управлять» расстоянием до формируемого изображения. Мы называем это «True AR» — он позволяет выводить информацию на стекло таким образом, что она «ложится» на реальные объекты, и пилот не отвлекается от дороги, так как глазу не приходится перефокусироваться на картинку на HUD.
Что касается индустрии в целом, помимо совершенствования технологий отображения существует и тренд к росту функциональности дополненной реальности. Компании, идущие по AR-пути, объединяют HUD с различными датчиками и добавляют на голографический дисплей так называемую «интеллектуальную информацию»: предупреждения о выезде с полосы движения и о риске столкновения с объектами.
Такие разработки уже сложно назвать просто HUD — это полноценные AR-решения, которые создатели первых «прозрачных дисплеев» вряд ли могли себе вообразить. Так технология, десятки лет назад использовавшаяся военными летчиками, стала прародителем разработок, превративших автомобиль в артефакт из «будущего, которое уже наступило».
