[논문 리뷰] Head-up Displays (HUD) in driving

Marcos Maroto, Enrique Caño외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 03. 22.

Human-Automation Interaction and Safety참고 문헌 13인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 자동차 환경에서 헤드업 디스플레이(HUD)를 조사하며, 상황 인지형 다중 모odal HUD 시스템이 시각적 주의 분산을 최소화하고 적시에 개인화된 정보를 제공함으로써 운전 안전성을 향상시킬 수 있다고 제안한다. 항공기 및 차량에서의 HUD 설계를 평가하며, 증강현실과 센서 통합 시스템을 강조하여 속도, 내비게이션, 위험 경고와 같은 핵심 데이터를 운전자의 시선에 직접 투사함으로써 도로에서의 시선 이탈을 줄인다.

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.

연구 동기 및 목표

• 헤드업 디스플레이(HUD)의 발전사와 자동차 및 비행기 분야에서의 응용을 분석하기.
• 운전사의 주의 산산이 흩어지는 것과 정보 과부하 문제와 같은 HUD 설계의 핵심 과제를 특정하기.
• 다중 모달(시각, 청각, 촉각) 및 상황 인지형 정보 제시 방식이 운전사의 작업 부담을 줄이는 데 얼마나 효과적인지 평가하기.
• 증강현실, 홀로그램 디스플레이, 헬멧 통합 시스템을 포함한 HUD 기술의 신규 트렌드 탐색하기.
• 상용 및 실험용 HUD 시스템을 평가하고 향후 차량에 광범위하게 도입될 잠재력을 분석하기.

제안 방법

• 군용 항공기에서 민간 자동차 용도로의 HUD 발전 역사를 분석한다.
• 자동차 HUD의 세 가지 핵심 구성 요소인 커비너, 프로젝터, 컴퓨팅 유닛을 검토한다.
• 반응 시간과 인지 부하를 기준으로 시각 전용, 청각-시각, 3D 청각 방식의 정보 제시 방식을 평가한다.
• 차량 센서를 활용해 정보 전달의 최적 시기와 채널을 결정하는 상황 인지형 다중 모달 프로액티브 추천 시스템을 제안한다.
• 상용 HUD 제품(예: Garmin HUD+, 제3자 기기)과 그 기술 사양을 검토한다.
• 증강현실 기반의 투명 창문, 홀로그램 인터페이스(Aida 2.0), DigiLens 기술을 사용한 BMW의 헬멧 기반 HUD 등 미래 기술 개발을 탐색한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존의 머리 아래 디스플레이에 비해 HUD는 운전사의 주의 산만을 어떻게 줄일 수 있는가?
• RQ2 실시간 운전 상황에서 HUD 정보를 제시하는 데 가장 효과적인 감각 채널(시각, 청각, 다중 모달)은 무엇인가?
• RQ3 상황 인지형 시스템은 정보 전달의 시기와 관련성을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 자동차 윈도우에 증강현실을 통합하는 데 있어 핵심적인 기술적 및 설계 과제는 무엇인가?
• RQ5 향후 혁신(예: 홀로그램, 헬멧 HUD)은 개인 및 상업 교통 분야의 HUD 功能을 어떻게 재정의할 수 있는가?

주요 결과

• 3D 청각 제시 방식은 한쪽 헤드폰에 비해 목표물 확보 시간을 약 2.2초 감소시켜 반응 속도를 향상시킨다.
• 시각적 주의는 동시에 HUD와 외부 환경에 모두 집중될 수 없음을 시사하며, 이는 정보 우선순위 설정의 중요성을 강조한다.
• 제3자 HUD 기기는 일반적으로 속도와 속도 제한과 같은 기본 데이터만 표시하며, 흔히 흑백으로 제한되어 시각적 매력도와 효과성도 떨어진다.
• 상용 HUD 제품인 Garmin HUD+는 스마트폰 연동을 통해 터널별 안내, 속도 제한 경고, 도착 예상 시간 등 상세한 내비게이션 조언을 제공한다.
• 향후 자동차 HUD는 GPS, 센서, 실시간 데이터와 함께 증강현실을 통합해 위험 경고 및 내비게이션 조언을 직접 윈도우에 투사할 것으로 예상된다.
• BMW의 헬멧 기반 HUD 프로토타입은 DigiLens 기술을 사용해 색상이 있는 프로그래밍 가능한 데이터를 직접 운전자의 시야에 투사하며, 오픈소스 기반의 Google Glass 2.0을 모터사이클용으로 재현한다.