[論文レビュー] Head-up Displays (HUD) in driving

Marcos Maroto, Enrique Caño+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2018

Human-Automation Interaction and Safety参考文献 13被引用数 10

ひとこと要約

本論文は自動車分野におけるヘッドアップディスプレイ（HUD）を調査し、文脈に応じたマルチモーダルHUDシステムが、適切なタイミングと個人化された情報提供によって運転中の注意散漫を最小限に抑えることで、運転の安全性を向上させると提案している。航空機と自動車におけるHUDの設計を比較評価し、増強現実（AR）とセンサー統合型システムの強調により、速度、ナビゲーション、危険警告などの重要なデータを運転者の視線に直接投影することで、道路から目を逸らす回数を減らす。

ABSTRACT

Head Up Displays (HUDs) were designed originally to present at the usual viewpoints of the pilot the main sensor data during aircraft missions, because of placing instrument information in the forward field of view enhances pilots ability to utilize both instrument and environmental information simultaneously. The first civilian motor vehicle had a monochrome HUD that was released in 1988 by General Motors as a technological improvement of HeadDown Display (HDD) interface, which is commonly used in automobile industry. The HUD reduces the number and duration of the drivers sight deviations from the road, by projecting the required information directly into the drivers line of vision. There are many studies about ways of presenting the information: standard oneearpiece presentation, threedimensional audio presentation, visual only or audiovisual presentation. Results have shown that using a 3D auditory display the time of acquiring targets is approximately 2.2 seconds faster than using a oneearpiece way. Nevertheless, a disadvantage is when the drivers attention unconsciously shifts away from the road and goes focused on processing the information presented by the HUD. By this reason, the time, the way and the channel are important to represent the information on a HUD. A solution is a context aware multimodal proactive recommended system that features personalized content combined with the use of car sensors to determine when the information has to be presented.

研究の動機と目的

• ヘッドアップディスプレイ（HUD）の進化と航空・自動車分野における応用を分析すること。
• 特に運転中の注意散漫と情報過多という点で、HUD設計における核心的な課題を特定すること。
• 運転の負荷を軽減するためのマルチモーダル（視覚、聴覚、触覚）および文脈に応じた情報提示の有効性を評価すること。
• 増強現実、ホログラフィックディスプレイ、ヘルメット統合型システムを含むHUD技術の新たな動向を調査すること。
• 商業的および実験的HUDシステムを評価し、今後の車両における広範な導入可能性を検討すること。

提案手法

• 軍用航空機から民用工業用自動車用途へのHUDの歴史的発展を分析する。
• 自動車用HUDの3つの主要構成要素（コンビナーやプロジェクタ、コンピューティングユニット）を検討する。
• 反応時間と認知的負荷に基づいて、視覚のみ、音声・視覚、3次元音声の異なる情報提示モダリティを評価する。
• 車両のセンサーを活用して最適なタイミングと伝達チャネルを決定する文脈に応じたマルチモーダルで能動的な推薦システムを提唱する。
• 商業用HUD製品（例：Garmin HUD+、サードパーティデバイス）とその技術的仕様をレビューする。
• AR搭載のウィンドウスクリーン、ホログラフィックインターフェース（Aida 2.0）、DigiLens技術を用いたBMWのヘルメットベースHUDプロトタイプなどの今後の発展を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HUDは従来のヘッドダウンディスプレイと比較して、どのように運転中の注意散漫を軽減するか？
• RQ2 リアルタイムの運転状況において、HUD情報の提示に最も効果的な感覚チャネル（視覚、聴覚、マルチモーダル）は何か？
• RQ3 文脈に応じたシステムは、HUD情報の配信タイミングと関連性をどのように改善できるか？
• RQ4 自動車のウィンドウスクリーンに増強現実を統合する際の主な技術的および設計上の課題は何か？
• RQ5 将来のイノベーション（例：ホログラム、ヘルメットHUD）が、個人用および商業用輸送分野におけるHUDの機能をどのように再定義できるか？

主な発見

• 3次元音声提示は、片耳ヘッドフォンの音声提示と比較して、ターゲットの特定時間を約2.2秒短縮し、反応速度が向上する。
• 視覚的注意は、HUDと外部環境の両方に同時に集中させることはできないため、情報の優先順位を慎重に設定する必要がある。
• サードパーティ製のHUDデバイスは、通常、速度や速度制限といった基本的なデータのみを表示しており、モノクロで表示されることが多く、視認性と効果性に制限がある。
• 商業用HUD、例えばGarmin HUD+は、スマートフォンとの統合により、ターンバイターンのナビゲーション、速度制限アラート、到着予想時刻などの詳細なナビゲーション情報を提供する。
• 今後の自動車用HUDは、GPS、センサー、リアルタイムデータと統合された増強現実を統合し、危険警告やナビゲーションの目印をウィンドウスクリーンに直接投影することが期待される。
• BMWのヘルメットベースHUDプロトタイプは、DigiLens技術を用いて、色分けされたプログラマブルなデータをライダーの視野に直接投影し、モーターサイクル用にGoogle Glass 2.0を模倣している。