【3drpt】透明驾驶舱：增强现实将消除驾驶员盲点，为他们提供全景视野

你沿着公路行驶，路从脚下呼啸而过，前、后、左、右、头顶和脚下，周围的风景都能看到。

我们将这种形式的增强现实称为透明驾驶舱，因为它将使汽车驾驶员感觉像是在驾驶飞机一般——飞机是这种技术可以付诸应用的另一个地方。我们已在测试车辆中使用摄像头、成像软件、投影显示屏和反光表面来实施这种技术。经过如此装备之后，人类能够在依旧欣赏宽敞开阔的马路——的确比之前更加开阔——的同时实现安全驾驶。

若非玻璃结构的强度不及钢铁，玻璃汽车将很有吸引力。照目前来看，金属立柱与车门阻碍了驾驶员的视野。为了让驾驶员看到这些盲点之外的情况，我们将摄像头对准汽车四周，对影像进行处理以配合驾驶员的视角，然后将处理后的影像显示在汽车内部，让车门、后座和底盘消失或淡化至几乎不可见。

你可以使用两种显示系统之一来达到这种效果：一种会自身发光，另一种则反射投影仪的光。自发光显示系统由背光液晶显示屏（LCD）、发光二极管（LED）或有机发光二极管组成，安装于座位、车门及其他内部部件下面。但这种显示系统很难根据不同的形状进行定制。而且座位表面通常覆盖着织物，难以真正适应这种显示系统。因此，我们选择了投影仪系统，汽车内部由特殊材料制成，可以作为屏幕，也可以将屏幕放在其表面。

任何传统的投影系统都无法达到这种效果，其原因显而易见。至少在白天，投射影像的亮度不如车外的真实景象。投射在复杂形状上的影像会发生扭曲，将不得不作出相应的校正。要看清车外3个方向的景象需要立体遮阳板的帮助，而且只有驾驶员能够看到位于恰当角度的影像显示。

但运用新的投影仪系统，我们已解决了所有这些问题。新系统能够沿着它刚刚走过的路线精确地把光反射回去。这样一来，我们就能在恰当的视位将正确的影像直接投射给观察者，但前提是投影仪距离观察者的眼睛足够近。为了满足这一前提，我们可以将投影仪放在观察者的头上或架在车顶，让投影仪能够追踪观察者的运动。

我们的回射投影技术（RPT）使用的屏幕表面覆有一层50微米厚的玻璃珠，这种屏幕能够产生非常强的反射。而且，这种系统针对每只眼睛都使用了一个投影仪，如此一来，使用单一屏幕就能创造出立体效果。不需要任何快门眼镜或任何影院3D设备。

工作原理：投影仪将射出光束对准观察者面前的一面半透明反射镜。光束的一部分继续照亮那块特殊屏幕，屏幕通过半透明反射镜将大部分的光束直接反射进观察者的眼睛里。

由于形成回射涂层的小玻璃珠有效地发挥了作用，反射影像很明亮。当用1勒克斯的光照明时，反射亮度约为500坎德拉/勒克斯/平方米（cd/lx/m2）。用这一数值乘以0.25便为通过半透明反射镜来回反射产生损耗后的最终亮度，约125cd/lx/m2。相比之下，经过类似方法照亮的电影屏幕的反射亮度约为1cd/lx/m2。

换言之，我们的RPT系统的投射亮度至少是普通屏幕的100倍。并且，由于反射是沿着投射轴进行的，所以即便是投射在复杂形状的屏幕上，影像也不会发生扭曲。

这一系统还可以用作一种光学伪装，比如让人消失于背景之中。但这种系统可能不会在军事上使用，因为只有当要进行伪装的人穿着由回射珠覆盖的衣服时，这一小把戏才能成功。而且，观察者也必须通过半透明反射镜进行窥视，同时投影仪的数据来自于伪装人身后的一台摄像机。计算机使用基于图像的绘制技术来计算恰当的角度并将捕捉到的影像转换成能够投射到物体上的影像，然后无缝融于背景之中。这确实是一种有趣的效果。

RPT系统还可能用于捕捉来自X射线机器或核磁共振成像（MRI）的数据，将其绘制成图像，然后放在进行手术的病人的身上。这对于通过人体“钥匙孔”进行的微创手术将特别有用。通过叠加超声波数据，投影仪还能实时显示人体的内部器官。

在工厂里，技能娴熟的工匠可以戴一双用回射材料制成的手套。这样，显示微小物件——例如电路测试中涉及的那些元器件——的图像就能投射到手套上，否则那些微小物件可能会被工匠的手遮挡住。我们的透视技术具有巨大的使用潜力。

到目前为止，我们描述了只适用于一个人的系统。但我们没有理由不给车内的所有人都装备上这套设备。实际上，在同一块屏幕上投射多个影像也非常有可能。

要这样做，你可以给每个人发一部投影仪和配套的半透明反射镜，让他们戴在头上或安装于头顶上方。另一种方法就是制作一面3D自动立体显示屏，利用由一组RPT投影仪创造的大量视角来产生立体全息影像。为了使运动动作像电影摇摄一样流畅，你将需要几十个投影仪。然而，商业上可用的投影仪都大而笨重，很难将它们紧密地排在一起，故而它们创造的各个视角必定不同。当查看产生的3D立体影像时，影像将是从一个角度晃晃悠悠蹦到下一个角度而非平稳地移动。

因此，我们制定了一个应对方案，包括一部投影仪、一组透镜阵列、一面半透明反光镜和一块回射屏。还准备了另一块透镜以确保阵列中的每块透镜都能得到同样良好的照明。投射光在场透镜上形成了影像。阵列中的每块透镜都作为单独的投影仪发挥着作用，为了使其投射区域能够重叠，要把它们排放在一起。因而，阵列中透镜的数量与投射源数量相同，也与视角的数量相同。

我们在一辆汽车里实施了我们基本的单观察者系统，把回射器屏幕安装在车门和仪表盘上。在最初的实验中，我们只用了一个摄像头，并将投影仪固定在车顶，就在驾驶员的头顶上。尽管我们还没有校正影像让其准确反映驾驶员的眼睛和摄像头之间的距离，但这种简易系统已足以使盲点消失不见，让汽车的结构几乎成为透明。此外，即便在白天，显示影像也亮到足以可见。

接下来，我们针对丰田普锐斯制作了一套装置，让后座变得几乎透明，这样一来，驾驶员在倒车时便能看到车后的所有事物。在这项应用中，投影系统由1部投影仪和6块透镜组成，它们能让驾驶员很自然地行动，而不用再让系统跟踪驾驶员的头部运动。其结果便是产生了一个全景视野，与现在的将后视摄像头的输出影像发送至安装在仪表盘上的显示屏的反直觉系统不同，驾驶员可以直观地使用这一视野。目前，我们正与多家汽车制造商和汽车电子公司合作，将我们的概念变成一个商业化系统。

除了让汽车更安全、让驾驶更愉快之外，这一技术还可应用于飞机的驾驶舱，让机舱地板在着陆时变得透明，让飞行员能够把跑道尽收眼底。在游艇上，通过让墙壁隐形，这一技术可以为无窗房间展现外部风景。那样的话，即使最里面的船舱也能拥有虚拟舷窗。它还可以用于办公楼，为每个小隔间里的职员提供宽阔的绝佳视野。

有了我们的RPT系统，这些形式的增强现实便立刻具有了实用性。随着工程师们不断改良有机发光二极管（OLED）等主动显示技术，令其更加明亮并操控它们以适应复杂的表面，我们的技术可能会发现更加广阔的用武之地——无论何地，只要是需要透视物体的地方。

作者: Susumu Tachi, Masahiko Inami , Yuji Uema