行業動態丨一文讀懂汽車AR-HUD交互設計及用戶體驗趨勢

HUD（Head Up Display，平視顯示器）是從戰斗機應用過渡向車載的光學投影技術，是為了幫助飛機駕駛員減輕認知負荷，提高其態勢感知能力的應用。汽車傳感器和高級駕駛員輔助系統（ADAS）功能集成在一起時，能使駕駛員更輕松地檢測到威脅或警告，從而更快地采取行動。

隨著光學、AR、圖像識別等技術不斷突破，AR-HUD以一種更加自然的圖像處理方式呈現在駕駛員前方，AR-HUD允許這些圖像表示真實世界，并提供更多有用的信息，例如導航，威脅識別等。

1.AR-HUD的界面元素和布局特征

眾多主機廠如BMW，凱迪拉克等開始將AR-HUD引入到量產車型中，很多前后裝初創企業例如Navyd和Wayray也研發了多款AR-HUD車載設備。

將信息直接顯示在真實道路上是AR HUD的重要特點，實現這一特性需要通過前視攝像頭對前方的道路情況進行解析建模，得到對象的位置、距離、大小；再把HUD需要顯示的信息精準的投影到對應的位置，讓人眼、HUD顯示面、真實道路在一條視線上，才能達到足夠沉浸的AR體驗，而這還需要強大的運算能力。

當前主流的AR-HUD產品基本上都包含了如下的信息功能：當下車速、ACC自適應巡航輔助、車距警告、變道提示、環境行人警告、車道偏離預警、前車預警，它們在導航信息的呈現方式上并不完全一樣。

雖然界面還是用轉向箭頭的方式向駕駛者展示車輛下一個行進軌跡變化，但是轉向或者變道箭頭會完全貼合實際的道路形狀，并且不同產品將這些信息的成像距離控制在視線前相同位置。

Wayray對導航信息的設計展示則更為創新和多元，摒棄了從二維導航界面中移植來的視線正中央虛擬箭頭，而是用虛擬元素制造的彎曲車道貼在現實路況上，從而模擬出駕駛員的行徑軌跡。這些產品的界面視覺元素都用了紅、黃、藍、綠這些高飽和顏色，并且符合顏色語義，例如紅色代表警示性符號。

關于AR-HUD車載信息系統界面設計的信息選擇和信息架構，學術界的研究側重在AR-HUD車載信息系統界面與駕駛用戶信息感知和處理的匹配上。

在Michon的經典駕駛模型中，駕駛任務被分為三種級別。一是維持汽車正常行駛的操作，即一般控制任務；二是為維持汽車安全行駛，并且根據交通規則和行車環境，與其他車輛或行人進行安全交互的任務，所謂機動控制任務；三是例如路線規劃這類需要駕駛員推理和構思的策略任務。

這三級任務在駕駛過程的重要度隨依次遞增，并且交替產生、相互關聯、共同作用使駕駛行為處在安全、穩定的范圍內。

AR在駕駛決策階段更強烈地影響視覺注意力的分配。當AR趨于呈現技術任務相關線索時，AR-HUD優化駕駛行為，一個有效的AR-HUD系統應該只提供突出的或優先的信息，這些信息與執行該技術任務直接相關，一個非針對技術任務的AR-HUD會降低視覺注意力的分配，反而導致在需要駕駛員進行任務前的決策分心。

2.AR-HUD的人因學設計準則

盡管不同的AR-HUD供應商風格迥異且目標群體不盡相同，但駕駛者行車時的需求并沒有太大的變化，我們在整個AR-HUD設計時應考慮駕駛員的人因學問題。

「 數據可視化 」

當使用圖形而不是數字來展示速度和速度限制時，駕駛者更容易識別和理解。

smart —— 速度與當前的速度限制有關，且可視化

大眾 —— 抽象的圖形代表速度和速度限制之間的關系

雷克薩斯 —— 速度被可視化成一條直線，當超速時，直線變黃且車速線變粗

汽車儀表盤上，很多icon很難讓人理解。這是因為以前的儀表盤是斷碼屏，文字的顯示較難，但最近幾年，液晶顯示屏在汽車上被廣泛應用，設計儀表盤的UI時，文字位置不再是一個問題，另外，在數據可視化的同時，適當增加清晰的文字說明可以有效降低用戶的學習成本。

沒有文字說明，駕駛者很難明白某些特定功能圖標含義

「 冗余信息的不同展現方式 」

HUD可以容納儀表盤內容以外的其他信息，但這些信息應該用不同的圖形展現，且設計時需注意充分利用車窗顯示空間。

特斯拉 —— 特斯拉HUD展示儀表盤時速部分的簡化版

「 不展示無意義的內容 」

在不同場景下，車窗顯示中的內容可能不同，但都必須是非常重要的信息。顯然，大量的信息和裝飾物會將重要的信息掩埋在其中，導致重要的信息不能被快速、有效的識別。

smart —— 導航提示僅在轉向時出現，需要長時間顯示的信息沒有被設計在HUD視覺界面

「 模糊狀態下仍有辨識度」

HUD的視覺設計必須保證具有最大的對比度和清晰度，理想的HUD即使模糊不清，但仍然具有可讀性。與電影院昏暗的環境和純色幕布不同，HUD投影的幕布是車窗，而車窗后的世界是復雜多變的，有時甚至有強烈的陽光直射車窗，這也使得HUD設計充滿諸多限制。

盡管UI已經模糊不清，但重要信息，比如車速過快仍然可以識別

「 警告信息的出現需要有過渡」

警告信息要讓駕駛員有一個接受過程，而不是非常突兀的顯示出來。比如為了強調車速限制或其他交通規則而突然出現的警告信息。的確，在駕駛者沒有建立“速度上升會導致某些問題”這一預期時，突然彈出警告信息是很突兀甚至冒昧的做法，很容易引起駕駛員緊張，容易引起不必要的交通事故。

因此在HUD設計中提供一個過渡順暢的動畫也許一個解決方案，比如隨著車速的上升，提示信息從相對緩和的提醒慢慢過渡到嚴重的警告會更加友好。

3.AR-HUD的交互設計

從設計角度來說，AR-HUD也會包含復雜的視覺信息：亮度要素、圖形要素、色彩要素、布局因素、信息量的擁擠程度等。其中，AR-HUD 的交互設計直接影響著駕駛安全和車內乘坐體驗。

「 色彩設計」

選擇合適的顏色作為提示和警報，并結合文本和其他視覺元素對于設計一個良好的人機界面時非常關鍵。目前現有的幾款AR-HUD的顏色方案中，藍、綠色為主色居多，紅、黃搭配作為輔助色，顯示信息提示居多，當然，如果主機廠品牌識別色引入到AR-HUD的色系中也沒有問題，主機廠可以定義AR-HUD的關鍵色系。

AR-HUD 很容易車外環境影響，外界環境的光線強度、天氣狀況等情況直接影響AR-HUD的交互設計。較高的亮度對比條件下，用戶更傾向于選擇不同的顏色組合，而在較低的亮度對比條件下，亮度對比要比色彩組合對視覺感知具有更重要的作用。

界面設計中顏色設計搭配中，要充分考慮當前自然環境下的主色彩，并采用對比度較高的圖形色塊（半透明）來展示關鍵信息，并保證圖形色塊不會與其他圖形或文字重疊，更不能遮擋視線。

「 空間感知與動效設計」

用戶總是希望能夠獲取盡可能多的深度信息，來對交互界面產生與現實世界類似的真實感。視覺引導可以通過尺寸大小、色彩亮度的變化 、空間透視以及位置方向上的組織自然地表現視覺元素之間的關系 ， 塑造不同界面元素的視覺重量，來構建清晰的視覺層次 。

在AR-HUD人機交互界面中，設計元素的明暗變化成為判斷對象遠近的依據。利用光與影的變化、空中透視產生立體效果，與環境三維視圖實時貼合，在視覺形成有一定的立體感、三維感引導性動態視覺元素。

在動效設計中，所有的動態效果都為駕駛過程中的信息傳達服務，要在駕駛安全的前提下設計，炫技的炫酷和科技感動效并不一定對駕駛員安全有利，如果提示信息從相對緩和的提醒慢慢過渡到嚴重的警告會對駕駛員更加友好，平滑過渡的動效也更容易降低駕駛過程中的認知負荷和緊張狀態。

「 信息布局設計」

希克定律描述了用戶做決定所需的時長，增加選擇的數量將增加人們做出決策的反應時間，如果分布信息過多，注意力受到干擾，認知負擔會加重。

駕駛員一次在視覺上可以感知 5 到 9 個項目，而這個數量也包含了視野內其他除了AR-HUD本身的視覺元素，因此在設計AR-HUD人機交互界面時，合理的界面信息的布局和數量對減少駕駛負荷起著重要作用，AR-HUD實時呈現的主要設計元素數量最好保持在1-3個以內，呈現最關鍵信息的設計元素（或視覺元素組）數量最好只有一個。

最快的獲取關鍵駕駛車輛信息是AR-HUD界面布局的出發點，使用過程中不需要駕駛員思考就能獲取信息是最佳的設計。

2級以上的層級關系不適宜在AR-HUD中呈現出來，頁面的信息展示簡約直接、信息主次分明，沒有多余的信息展示，只有用戶最關注的信息在界面上，這樣才能提高駕駛者的信息獲取效率，也做到了盡量不破壞環境與界面的融合，更適合AR-HUD的界面設計。

4.汽車AR-HUD設計案例

總結：

從技術角度看，AR-HUD需要解決重影、清晰度、環境融合度等問題，光學成像和投影技術及系統算力等因素也限制了AR-HUD的顯示效果和體驗，加上光學模塊和硬件體積龐大，不利于在汽車內的設計和布置，導致目前AR-HUD仍有很大的優化空間。

AR-HUD與駕駛員推理和構思的策略任務直接相關，未來的AR-HUD交互設計及用戶體驗將會很大程度上影響駕駛安全，炫技的動態特效**和過分的追求視覺設計上的設計美學對駕駛安全不一定有利，AR-HUD在大規模量產之前，HMI設計師仍需要努力，要時刻記得—我們在為“駕駛安全”而設計！