Los futuros head-up display en 3D plantean nuevos retos tecnológicos en el automóvil

Los sistemas head-up display (HUD) están experimentando un notable desarrollo, con una creciente complejidad y presencia en un mayor número de modelos y segmentos de vehículos. BMW, uno de los fabricantes que más ha apostado por innovar en esta tecnología, ha presentado en el Consumer Electronics Show (CES) de Las Vegas un nuevo concepto de HUD que apunta hacia el futuro de estos sistemas.

El BMW Panoramic Vision proyecta contenido visible para todos los ocupantes sobre una superficie impresa en negro a lo largo de toda la parte inferior del parabrisas. La información de conducción más relevante se muestra directamente en la línea de visión del conductor, con contenido personalizable y datos de navegación integrados con efecto 3D tanto para el conductor como para los pasajeros.

Diversos estudios demuestran que, con un HUD, el conductor puede recibir y procesar información importante en un segundo, reduciendo a la mitad el tiempo empleado en mover la cabeza, dirigir la vista a una pantalla y enfocar la vista. Además, durante ese segundo, la visión periférica del conductor se mantiene enfocada hacia la carretera; mientras que al desviar la mirada a una pantalla se pierde prácticamente toda la capacidad de recibir información de lo que sucede por delante del vehículo. Esto supone una clara mejora de la seguridad en la conducción.

Los retos de los futuros sistemas HUD

El desafío para los sistemas HUD de próxima generación radica en lograr transmitir más información, integrar alertas de seguridad –como guías que aparezcan cuando circulamos demasiado cerca de otro vehículo– y ampliar la experiencia inmersiva con mayor amplitud y profundidad. Todo ello, con el objetivo de mejorar y hacer más segura la conducción, sin generar efectos contraproducentes como distracciones o pérdida de visibilidad del tráfico real.

Para conseguirlo, las nuevas tecnologías HUD en desarrollo deben alcanzar un delicado equilibrio entre numerosos factores, relacionados con la propia naturaleza de la visión, la capacidad de percepción y asimilación de información humana, además de con la tecnología necesaria para lograr el objetivo.

El Grupo Belron, matriz de Carglass España, ha creado un nuevo grupo de trabajo para abordar los retos relacionados con la instalación de parabrisas con nuevas tecnologías HUD. Este equipo se enfocará en garantizar la calidad de los materiales, optimizar los procesos de instalación, conocer las opiniones de los clientes y desarrollar las mejores prácticas para ofrecer servicios óptimos de HUD.

Desafíos en el campo de visión y la visibilidad

El campo de visión (FOV) de un HUD ideal con realidad aumentada debería cubrir un mínimo de dos carriles (el carril de circulación del vehículo y medio carril a cada lado) para una adecuación eficaz a las situaciones del tráfico y los vehículos y vías circundantes. Considerando un ancho de carril de aproximadamente 3,5 m, el campo de visión horizontal mínimo debería ser de 20°, cuando en los actuales HUD es de solo 10°.

La distancia de imagen virtual (VID) representa la distancia entre la imagen virtual y el ojo humano. Se requieren al menos dos planos de profundidad virtual: un plano cercano a 2-5 metros para presentar información del estado de conducción, como velocidad o nivel de combustible; y un plano virtual a más de 20 metros para mostrar información de navegación y seguridad relacionada con el tráfico real.

El objetivo es que los futuros sistemas HUD ofrezcan múltiples planos de imagen virtual y planos de profundidad variable, para poder proporcionar información virtual que coincida con la profundidad y la distancia de los objetos naturales. También se busca que las distancias a las que aparece la información varíen con la velocidad. Por ejemplo, el 3D AR HUD puede presentar información a 20 metros por delante cuando se circula a 40 km/h en zonas urbanas, y a 80 por delante cuando se circula a 100 km/h en autopistas.

Esto mejora la experiencia de conducción, pues el conductor puede enfocar y desenfocar iconos virtuales de manera natural, como lo haría con objetos reales, creando una experiencia más natural y cómoda.

Por otro lado, el tamaño de la caja ocular en la que se muestra información también debe alcanzar un compromiso: una caja ocular grande "tapa" más, pero evita la pérdida de información de conducción durante el balanceo del vehículo y permite a los conductores ajustar ligeramente su posición de conducción.

Retos en la capacidad de transmitir información

Otro desafío es determinar qué información ofrecer y cómo presentarla al conductor. La cantidad de información disponible es inmensa, pero un exceso de datos, iconos y símbolos que se integran con el entorno podría tener efectos contraproducentes, dificultando la visión general, generando demasiados puntos de enfoque, complicando la asimilación de la información y provocando distracciones.

El sistema tiene que determinar qué información es más relevante para el conductor en cada momento. Las alertas de seguridad deberían ser prioritarias, independientemente de la configuración seleccionada por el conductor. Del mismo modo, iconos emergentes como, por ejemplo, las flechas que indican el lugar exacto de un destino de navegación o la calle por la que hay que girar, deben aparecer en el momento preciso, sustituyendo a otras informaciones.

Todo ello sin demasiados cambios en el esquema básico de datos e iconos que ve el conductor, lo que también puede generar confusión y distracción.

Es fundamental lograr una óptima categorización de la información, por tamaño, códigos de colores y distancia focal. La separación orgánica en diferentes profundidades de la información virtual puede mejorar la eficacia y la fluidez de la presentación de los datos. Jugar con diferentes enfoques y grados de opacidad, con los mensajes más relevantes nítidamente enfocados y más opacos, y el resto desenfocándose y haciéndose más transparentes en función de su importancia, también puede ser un camino a seguir.

Tecnologías en desarrollo para los futuros HUD

La tecnología que se está desarrollando tiene que cubrir todos estos factores, además de ciertos requerimientos técnicos básicos, como conseguir una elevada luminancia de más de 10000 nits de brillo, una temperatura de funcionamiento de entre -40 y 85 grados centígrados, una vida útil de más de 10.000 horas sin degradación y un bajo consumo de energía. Y todo ello, con unos costes, capacidad de implementación en un vehículo y escalabilidad, que posibiliten su despliegue a gran escala.

Actualmente, los HUD de vehículos emplean principalmente la tecnología de proyección LCD-TFT. Se están desarrollando tecnologías alternativas de procesamiento digital de luz (DLP), holografía generada por ordenador (CGH), MEMS de escaneo láser y microLEDs, que presentan oportunidades prometedoras.

En particular, los sistemas CGH han ganado mucho impulso, con empresas que planean lanzar productos para vehículos en los próximos años. Esta técnica utiliza una fuente de luz coherente, como un láser, lo que proporciona un brillo excepcional y permite proyectar imágenes virtuales tridimensionales sin pérdida de resolución.

Esta tecnología supera la barrera de las pantallas bidimensionales, que construyen la sensación de profundidad mediante algoritmos de procesamiento de imágenes, pero no pueden hacer una reconstrucción continua y variable de la profundidad. Además de conseguirlo, los HUD 3D ofrecen unas distancias más fidedignas, independientemente del ángulo de visión o la posición de la cabeza del conductor.

Qué es un head-up display (HUD)

Un head-up display (HUD) o visualizador frontal es un sistema de visualización que presenta datos en el campo de visión del usuario sin requerir que este desvíe la mirada de su punto de atención habitual.

En el caso de los vehículos, un HUD proyecta información clave de conducción, como la velocidad, las revoluciones del motor, indicaciones de navegación, etc., en el parabrisas o en una pequeña pantalla transparente, permitiendo al conductor mantener la vista en la carretera mientras accede a esos datos.

Los HUD se utilizan en aviones desde hace décadas, especialmente en aviones de combate, donde la información se presenta al piloto sin necesidad de mirar hacia abajo a los instrumentos de la cabina. Esta tecnología se ha ido extendiendo progresivamente a la automoción, inicialmente en vehículos de alta gama y deportivos, y cada vez más a modelos de segmentos medios y compactos.

Los sistemas HUD de automoción actuales suelen utilizar una pequeña pantalla transparente desplegable sobre el salpicadero, en la que se proyecta la información. Las imágenes se generan mediante un proyector LCD-TFT y un sistema de espejos. Los futuros sistemas, como el BMW Panoramic Vision, proyectarán la información directamente sobre una amplia superficie del parabrisas, cubriendo todo el campo visual del conductor.

Ventajas de los sistemas HUD en vehículos

• Mejoran la seguridad, al mantener la atención del conductor en la carretera
• Reducen la fatiga visual y el tiempo de acomodación al alternar la vista entre la carretera y los instrumentos
• Permiten mostrar datos relevantes de forma no intrusiva y en el momento preciso
• Enriquecen la experiencia de conducción con información adicional y alertas de seguridad

Desventajas y limitaciones actuales de los HUD

• Elevado coste, que limita su implementación generalizada
• Posibles reflejos y destellos molestos en determinadas condiciones de luz
• Limitaciones de brillo y contraste de las imágenes proyectadas
• Necesidad de adaptar los parabrisas para una correcta proyección
• Riesgo de saturación de información y posibles distracciones