شاشة عرض رأسية

شاشة العرض الأمامية ( HUD ) ، ^{[ 1 ]} والمعروفة أيضًا باسم HUD أو نظام التوجيه الأمامي ( HGS ) ، هي أي شاشة شفافة تعرض البيانات دون الحاجة إلى إبعاد نظر المستخدم عن مجال رؤيته المعتاد. ويعود أصل التسمية إلى قدرة الطيار على رؤية المعلومات ورأسه مرفوع للأمام، بدلًا من النظر إلى الأسفل نحو الأجهزة السفلية [ ^{2 ] [ 3 ] .} كما تتميز شاشة العرض الأمامية (HUD) بأن عيني الطيار لا تحتاجان إلى إعادة التركيز لرؤية ما حوله بعد النظر إلى الأجهزة الأقرب بصريًا.

على الرغم من أنها طُورت في البداية للطيران العسكري، إلا أن شاشات العرض الأمامية تُستخدم الآن في الطائرات التجارية والسيارات وغيرها من التطبيقات (المهنية في الغالب).

كانت شاشات العرض الأمامية تقنية تمهيدية للواقع المعزز ، حيث تضمنت مجموعة فرعية من الميزات اللازمة لتجربة الواقع المعزز الكاملة، ولكنها افتقرت إلى التسجيل والتتبع الضروريين بين المحتوى الافتراضي وبيئة المستخدم في العالم الحقيقي. ^{[ 4 ]}

تحتوي شاشة العرض الرأسية النموذجية على ثلاثة مكونات أساسية: وحدة عرض ، ووحدة دمج ، وجهاز كمبيوتر لتوليد الفيديو . ^{[ 5 ]}

تتكون وحدة العرض في شاشة العرض الأمامية النموذجية من مُجمِّع ضوئي : عدسة محدبة أو مرآة مقعرة مزودة بأنبوب أشعة كاثودية أو شاشة عرض ثنائية باعثة للضوء أو شاشة عرض بلورية سائلة في بؤرتها. يُنتج هذا التصميم (المستخدم منذ اختراع المنظار العاكس عام 1900) صورةً يكون فيها الضوء متوازياً ، أي أن نقطة التركيز تُرى وكأنها في اللانهاية.

عادةً ما يكون المُجمِّع عبارة عن قطعة زجاجية مسطحة مائلة ( فاصل شعاع ) تقع مباشرةً أمام المُشاهد، حيث تُعيد توجيه الصورة المُسقطة من جهاز العرض بطريقة تُمكّن من رؤية مجال الرؤية والصورة المُسقطة في اللانهاية في آنٍ واحد. قد تحتوي المُجمِّعات على طبقات طلاء خاصة تعكس الضوء أحادي اللون المُسقط عليها من جهاز العرض، بينما تسمح بمرور جميع أطوال موجات الضوء الأخرى. في بعض التصميمات البصرية، قد تحتوي المُجمِّعات أيضًا على سطح مُنحني لإعادة تركيز الصورة من جهاز العرض.

يوفر الكمبيوتر واجهة بين وحدة العرض الرأسية (أي وحدة العرض) والأنظمة/البيانات المراد عرضها، ويقوم بإنشاء الصور والرموز المراد عرضها بواسطة وحدة العرض.

تطورت شاشات العرض الرأسية من منظار العاكس ، وهي تقنية بصرية خالية من التباين البصري كانت تُستخدم قبل الحرب العالمية الثانية في الطائرات المقاتلة العسكرية . ^{[ 6 ]} أضاف منظار البندقية الجيروسكوبي شبكة تصويب تتحرك بناءً على السرعة ومعدل الدوران لحساب مقدار الرصاصة اللازمة لإصابة الهدف أثناء المناورة.

خلال أوائل أربعينيات القرن العشرين، لاحظت مؤسسة أبحاث الاتصالات (TRE)، المسؤولة عن تطوير الرادار في المملكة المتحدة ، أن طياري المقاتلات الليلية التابعين لسلاح الجو الملكي البريطاني يواجهون صعوبة في الاستجابة للتعليمات الشفهية لمشغل الرادار أثناء اقترابهم من أهدافهم. وقد جربوا إضافة شاشة رادار ثانية للطيار، لكنهم وجدوا صعوبة في رفع نظرهم من الشاشة المضاءة إلى السماء المظلمة لتحديد موقع الهدف. في أكتوبر 1942، نجحوا في دمج صورة أنبوب الرادار مع إسقاط من منظار التصويب الجيروسكوبي القياسي GGS Mk. II على سطح مستوٍ من الزجاج الأمامي، ولاحقًا في منظار التصويب نفسه. ^{[ 7 ]} وكان من أهم التحسينات الانتقال من رادار AI Mk. IV الأصلي إلى رادار AI Mk. VIII بترددات الميكروويف الموجود في مقاتلة دي هافيلاند موسكيتو الليلية . وقد أنتج هذا النظام أفقًا اصطناعيًا سهّل الطيران مع رفع مقدمة الطائرة.

في عام 1955، أجرى مكتب الأبحاث والتطوير البحري التابع للبحرية الأمريكية بعض الأبحاث باستخدام نموذج أولي لوحدة عرض المعلومات على الزجاج الأمامي (HUD) مع عصا تحكم جانبية، وذلك في محاولة لتخفيف عبء قيادة الطائرات النفاثة الحديثة وتبسيط أجهزة القياس أثناء الطيران. ورغم أن أبحاثهم لم تُدمج في أي طائرة في ذلك الوقت، إلا أن النموذج الأولي البسيط لوحدة عرض المعلومات على الزجاج الأمامي (HUD) الذي بنوه كان يحوي جميع ميزات وحدات عرض المعلومات على الزجاج الأمامي (HUD) الحديثة اليوم. ^{[ 8 ]}

ثم طورت البحرية الملكية تقنية شاشة العرض الأمامية (HUD) في طائرة بوكانير ، التي حلّق نموذجها الأولي لأول مرة في 30 أبريل 1958. صُممت الطائرة للتحليق على ارتفاعات منخفضة جدًا بسرعات عالية جدًا وإسقاط القنابل في اشتباكات لا تتجاوز ثوانٍ معدودة. ونتيجة لذلك، لم يكن لدى الطيار وقت لرفع نظره عن أجهزة القياس إلى منظار القنابل. أدى هذا إلى ظهور مفهوم "منظار الضربة" الذي يجمع بين الارتفاع وسرعة الطائرة ومنظار المدفع/القنابل في شاشة عرض واحدة تشبه منظار المدفع. وشهدت هذه التقنية منافسة شديدة بين مؤيدي تصميم شاشة العرض الأمامية الجديد ومؤيدي منظار المدفع الكهروميكانيكي القديم، حيث وُصفت شاشة العرض الأمامية بأنها خيار جذري، بل ومتهور.

رعى فرع القوات الجوية التابع لوزارة الدفاع البريطانية تطوير نظام الرؤية الهجومية. صممت المؤسسة الملكية للطائرات (RAE) الجهاز، ويمكن تتبع أول استخدام لمصطلح "شاشة العرض الأمامية" إلى ذلك الوقت. ^{[ 9 ]} قامت شركة رانك سينتل بتصنيع وحدات الإنتاج ، وتم دمج النظام لأول مرة عام 1958. استحوذت شركة إليوت لأتمتة الطيران على أعمال سينتل في مجال شاشات العرض الأمامية ، وتم تصنيع شاشة بوكانير الأمامية وتطويرها، وصولاً إلى  الإصدار الثالث (Mark III) بإجمالي 375 نظامًا. وقد أطلق عليها سلاح البحرية الملكية لقب "التركيب والتشغيل"، وظلت في الخدمة لما يقرب من 25 عامًا. وبذلك، تُعد شركة بي إيه إي سيستمز ، بصفتها الوريثة لشركة إليوت عبر شركة جي إي سي-ماركوني للإلكترونيات، صاحبة الفضل في امتلاك أول شاشة عرض أمامية في الخدمة العملياتية في العالم. ^{[ 10 ]} كان هناك إصدار مشابه استبدل أوضاع القصف بأوضاع الهجوم الصاروخي كجزء من نظام AIRPASS HUD الذي تم تركيبه على طائرة English Electric Lightning من عام 1959.

في المملكة المتحدة، لوحظ سريعًا تحسن ملحوظ في مهارات الطيارين الذين يستخدمون أجهزة التصويب الجديدة. عند هذه النقطة، توسعت وظيفة شاشة العرض الأمامية (HUD) لتشمل القيادة العامة، بالإضافة إلى توجيه الأسلحة. في ستينيات القرن الماضي، ابتكر الطيار الفرنسي التجريبي جيلبرت كلوبفشتاين أول شاشة عرض أمامية حديثة ونظامًا موحدًا لرموزها، بحيث لا يحتاج الطيارون إلا إلى تعلم نظام واحد، ما يسهل عليهم الانتقال بين الطائرات. طُوّرت شاشة العرض الأمامية الحديثة المستخدمة في عمليات الهبوط الآلي عام ١٩٧٥. ^{[ ١١ ]} كان كلوبفشتاين رائدًا في استخدام تقنية شاشة العرض الأمامية في الطائرات المقاتلة والمروحيات العسكرية ، بهدف تركيز بيانات الطيران الأساسية ضمن مجال رؤية الطيار. سعى هذا النهج إلى زيادة كفاءة مسح الطيار وتقليل تشتت انتباهه وكثرة المعلومات .

ثم توسع استخدام شاشات العرض الأمامية (HUD) ليشمل مجالات أخرى غير الطائرات العسكرية. ففي سبعينيات القرن العشرين، تم إدخال هذه الشاشات إلى الطيران التجاري، وفي عام 1988، أصبحت سيارة أولدزموبيل كاتلاس سوبريم أول سيارة إنتاجية مزودة بشاشة عرض أمامية.

حتى وقت قريب، كانت طائرات إمبراير 190، وساب 2000، وبوينغ 727، وبوينغ 737 كلاسيك (737-300/400/500)، وطائرات الجيل التالي (سلسلة 737-600/700/800/900) هي الطائرات التجارية الوحيدة المخصصة لنقل الركاب والمجهزة بشاشات عرض رأسية (HUD). إلا أن هذه التقنية أصبحت أكثر شيوعًا في طائرات مثل كانادير آر جيه ، وإيرباص إيه 318 ، والعديد من طائرات رجال الأعمال. وقد أصبحت شاشات العرض الرأسية (HUD) من التجهيزات القياسية في طائرة بوينغ 787. ^{[ 12 ]} كما تخضع عائلات طائرات إيرباص إيه 320، وإيه 330، وإيه 340، وإيه 380 حاليًا لعملية اعتماد شاشات العرض الرأسية (HUD). [ ^{13 ] وقد} أُضيفت شاشات العرض الرأسية (HUD) أيضًا إلى مكوك الفضاء .

هناك عدة عوامل تتفاعل فيما بينها في تصميم شاشة العرض الأمامية (HUD):

• مجال الرؤية (FOV) - ويشير إلى الزاوية (الزوايا) الرأسية والأفقية التي تغطيها عين الطيار، والتي يعرض عندها جهاز دمج المعلومات الرموز المتعلقة بالمنظر الخارجي. يعني مجال الرؤية الضيق أن الرؤية (لمدرج، على سبيل المثال) من خلال جهاز دمج المعلومات قد لا تتضمن سوى معلومات إضافية قليلة تتجاوز حدود بيئة المدرج؛ بينما يسمح مجال الرؤية الواسع برؤية أوسع. بالنسبة لتطبيقات الطيران، تتمثل الفائدة الرئيسية لمجال الرؤية الواسع في أن الطائرة التي تقترب من المدرج في ظل رياح جانبية قد يظل بإمكانها رؤية المدرج من خلال جهاز دمج المعلومات، حتى لو كانت الطائرة موجهة بعيدًا عن عتبة المدرج؛ بينما مع مجال الرؤية الضيق، سيكون المدرج خارج نطاق رؤية جهاز دمج المعلومات، أي خارج مجال رؤية شاشة العرض الأمامية (HUD). نظرًا لأن العينين منفصلتان، تتلقى كل عين صورة مختلفة. يمكن رؤية صورة شاشة العرض الأمامية (HUD) بعين واحدة أو بكلتا العينين، اعتمادًا على القيود التقنية والميزانية في عملية التصميم. تتمثل التوقعات الحديثة في أن ترى كلتا العينين نفس الصورة، وبعبارة أخرى "مجال رؤية ثنائي العينين (FOV)".
• التوازي الضوئي - يتم توازي الصورة المعروضة، مما يجعل أشعة الضوء متوازية. ولأن أشعة الضوء متوازية، تركز عدسة العين البشرية على اللانهاية للحصول على صورة واضحة. تُرى الصور المتوازية على شاشة العرض الأمامية (HUD) وكأنها موجودة عند اللانهاية البصرية أو بالقرب منها . هذا يعني أن عيني الطيار لا تحتاجان إلى إعادة التركيز لرؤية العالم الخارجي وشاشة العرض الأمامية - تبدو الصورة وكأنها "هناك"، متراكبة على العالم الخارجي. هذه الميزة بالغة الأهمية لشاشات العرض الأمامية الفعالة: فعدم الحاجة إلى إعادة التركيز بين المعلومات الرمزية المعروضة على شاشة العرض الأمامية والعالم الخارجي الذي تتراكب عليه هذه المعلومات هو إحدى المزايا الرئيسية لشاشات العرض الأمامية المتوازية. وهذا يمنح شاشات العرض الأمامية أهمية خاصة في المناورات الحساسة للسلامة والوقت، حيث تكون الثواني القليلة التي يحتاجها الطيار لإعادة التركيز داخل قمرة القيادة، ثم العودة إلى الخارج، بالغة الأهمية: على سبيل المثال، في المراحل النهائية من الهبوط. وبالتالي فإن التوجيه هو سمة مميزة أساسية لشاشات العرض الأمامية عالية الأداء، وهو ما يميزها عن الأنظمة ذات الجودة الاستهلاكية التي، على سبيل المثال، تعكس ببساطة المعلومات غير الموجهة من الزجاج الأمامي للسيارة (مما يتسبب في إعادة تركيز السائقين وتحويل انتباههم عن الطريق أمامهم).
• صندوق الرؤية – يُنتج مُجمِّع الضوء أسطوانة من الضوء المتوازي، لذا لا يمكن رؤية الشاشة إلا عندما تكون عينا المُشاهد داخل هذه الأسطوانة، وهي منطقة ثلاثية الأبعاد تُسمى صندوق حركة الرأس أو صندوق الرؤية . عادةً ما تكون أبعاد صناديق الرؤية في شاشات العرض الأمامية الحديثة حوالي 13 × 8 × 15 سم (5 بوصات عرضًا × 3 بوصات رأسيًا × 6 بوصات طوليًا). يتيح هذا للمُشاهد بعض حرية حركة الرأس، ولكن الحركة المفرطة لأعلى/لأسفل أو لليسار/لليمين ستؤدي إلى اختفاء الشاشة من حافة مُجمِّع الضوء، والحركة المفرطة للخلف ستؤدي إلى اقتطاع جزء منها حول الحافة ( تظليل ). يستطيع الطيار رؤية الشاشة كاملةً طالما أن إحدى عينيه داخل صندوق الرؤية. ^{[ 14 ]}
• السطوع/التباين - تحتوي الشاشات على تعديلات في السطوع والتباين لمراعاة الإضاءة المحيطة، والتي يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا (على سبيل المثال من وهج السحب الساطعة إلى اقتراب الليل بدون قمر إلى الحقول ذات الإضاءة الخافتة).
• محاذاة المحاور – تتم محاذاة مكونات شاشة العرض الأمامية للطائرة بدقة عالية مع محاور الطائرة الثلاثة  - وهي عملية تُسمى محاذاة المحاور  – بحيث تتطابق البيانات المعروضة مع الواقع بدقة تصل عادةً إلى ±7.0 ملي راديان (±24 دقيقة قوسية )، وقد تختلف هذه الدقة عبر مجال رؤية شاشة العرض الأمامية. في هذه الحالة، تعني كلمة "تطابق" أنه "عندما يتم عرض جسم على وحدة الدمج ويكون الجسم الفعلي مرئيًا، فسيتم محاذاتهما". يتيح ذلك للشاشة عرض مكان الأفق الاصطناعي بدقة ، بالإضافة إلى مسار الطائرة المتوقع بدقة عالية. عند استخدام الرؤية المحسّنة ، على سبيل المثال، تتم محاذاة عرض أضواء المدرج مع أضواء المدرج الفعلية عندما تصبح الأضواء الحقيقية مرئية. تتم محاذاة المحاور أثناء عملية بناء الطائرة، ويمكن أيضًا إجراؤها ميدانيًا على العديد من الطائرات. ^{[ 11 ]}  
• التحجيم – يتم تحجيم الصورة المعروضة (مسار الرحلة، وتحجيم زاوية الميل والانعراج، وما إلى ذلك) لتقديم صورة للطيار تُطابق العالم الخارجي بنسبة 1:1 تمامًا. على سبيل المثال، يجب أن تظهر الأجسام (مثل عتبة المدرج) التي تقع على بعد 3 درجات أسفل الأفق كما تُرى من قمرة القيادة عند مؤشر -3 درجات على شاشة العرض الأمامية.
• التوافق - تم تصميم مكونات شاشة العرض الأمامية لتكون متوافقة مع إلكترونيات الطيران الأخرى، والشاشات، وما إلى ذلك.

في أنظمة إلكترونيات الطيران، تعمل شاشات العرض الأمامية (HUD) عادةً من خلال نظامي حاسوب مستقلين ومتطابقين. تستقبل هذه الشاشات البيانات مباشرةً من أجهزة الاستشعار ( مستشعرات بيتوت-ستاتيك ، ومستشعرات الدوران ، ومستشعرات الملاحة، وغيرها) الموجودة على متن الطائرة، وتُجري حساباتها الخاصة بدلاً من تلقي بيانات مُحسوبة مسبقاً من حواسيب الطيران. في طائرات أخرى (مثل بوينغ 787)، تأتي حسابات توجيه شاشة العرض الأمامية للإقلاع في ظروف الرؤية المنخفضة (LVTO) والاقتراب في ظروف الرؤية المنخفضة من نفس حاسوب توجيه الطيران الذي يُشغّل الطيار الآلي. تُدمج الحواسيب مع أنظمة الطائرة، مما يسمح بالاتصال بالعديد من ناقلات البيانات المختلفة مثل ARINC 429 وARINC 629 و MIL-STD-1553 . ^{[ 11 ]}

البيانات المعروضة

تعرض شاشات العرض الأمامية (HUD) النموذجية للطائرات سرعة الهواء ، والارتفاع ، وخط الأفق ، والاتجاه ، ومؤشرات الانعطاف/الميلان والانزلاق . هذه الأدوات هي الحد الأدنى المطلوب بموجب الجزء 91 من اللوائح الفيدرالية للطيران (14 CFR Part 91). ^{[ 15 ]}

تتوفر رموز وبيانات أخرى أيضًا في بعض شاشات العرض الرأسية (HUDs):

• يتم تثبيت رمز خط الرؤية أو خط الماء على الشاشة ويظهر المكان الذي يشير إليه مقدمة الطائرة فعليًا.
• يُظهر متجه مسار الطيران (FPV) أو رمز متجه السرعة الاتجاه الفعلي للطائرة، وليس فقط الاتجاه الذي تُشير إليه كما هو الحال مع خط الرؤية. على سبيل المثال، إذا كانت الطائرة مائلة للأعلى ولكنها تهبط، كما قد يحدث في الطيران بزاوية هجوم عالية أو أثناء الطيران عبر تيار هواء هابط، فسيكون رمز FPV أسفل الأفق على الرغم من أن رمز خط الرؤية يكون أعلى الأفق. أثناء الاقتراب والهبوط، يستطيع الطيار تنفيذ الاقتراب مع الحفاظ على رمز FPV عند زاوية الهبوط المطلوبة ونقطة ملامسة المدرج.
• مؤشر التسارع أو إشارة الطاقة - عادة ما يكون على يسار رمز FPV، ويكون فوقه إذا كانت الطائرة تتسارع، وتحت رمز FPV إذا كانت تتباطأ.
• مؤشر زاوية الهجوم - يوضح زاوية الجناح بالنسبة لتدفق الهواء، وغالبًا ما يتم عرضه على أنه "α" .
• بيانات الملاحة والرموز - بالنسبة لعمليات الاقتراب والهبوط، يمكن لأنظمة توجيه الطيران توفير إشارات بصرية تستند إلى وسائل مساعدة للملاحة مثل نظام الهبوط الآلي أو نظام تحديد المواقع العالمي المُعزز مثل نظام تعزيز المنطقة الواسعة . عادةً ما تكون هذه الإشارات عبارة عن دائرة تقع داخل رمز متجه مسار الرحلة. يستطيع الطيارون الطيران على طول مسار الرحلة الصحيح من خلال "التحليق" باتجاه إشارة التوجيه.

منذ ظهورها في شاشات العرض الأمامية (HUD)، أصبحت رموز الرؤية من منظور الشخص الأول (FPV) والتسارع قياسية في شاشات العرض الأمامية السفلية (HDD). لا يوجد شكل موحد لرمز FPV على شاشة العرض الأمامية السفلية، ولكنه عادةً ما يكون رسمًا بسيطًا لطائرة، مثل دائرة بخطين قصيرين مائلين (180 ± 30 درجة) و"جناحين" على طرفي الخط الهابط. يُمكّن إبقاء FPV على الأفق الطيار من القيام بانعطافات أفقية بزوايا ميل مختلفة.

تطبيقات خاصة بالطائرات العسكرية

بالإضافة إلى المعلومات العامة المذكورة أعلاه، تشمل التطبيقات العسكرية بيانات أنظمة الأسلحة وأجهزة الاستشعار مثل:

• مؤشر تحديد الهدف (TD) - يضع إشارة فوق هدف جوي أو أرضي (والذي عادة ما يتم اشتقاقه من بيانات الرادار أو نظام الملاحة بالقصور الذاتي ).
• V _c — سرعة الاقتراب من الهدف.
• المدى — إلى الهدف، نقطة الطريق، إلخ.
• خط رؤية الباحث أو المستشعر الخاص بالسلاح - يوضح إلى أين يشير الباحث أو المستشعر.
• حالة السلاح - تشمل نوع وعدد الأسلحة المختارة والمتاحة والتجهيز وما إلى ذلك.

تطبيقات خاصة بالطائرات المدنية

تتيح شاشات العرض الأمامية للطائرات التجارية مرونة كبيرة في عملياتها. وقد تمت الموافقة على أنظمة تسمح بالإقلاع والهبوط في ظروف الرؤية المنخفضة، بالإضافة إلى الهبوط اليدوي الكامل من الفئة الثالثة (أ) والتدحرج. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} ونظرًا لارتفاع تكلفة هذه الأنظمة وكبر حجمها في البداية، فقد اقتصر تركيبها على الطائرات الكبيرة القادرة على دعمها. وكانت هذه الطائرات في الغالب هي نفسها التي تدعم الهبوط الآلي بشكل قياسي (باستثناء بعض أنواع الطائرات التوربينية المروحية التي توفر شاشة العرض الأمامية كخيار إضافي)، مما جعل شاشة العرض الأمامية غير ضرورية للهبوط من الفئة الثالثة. وقد أدى ذلك إلى تأخير اعتمادها في الطائرات التجارية. في الوقت نفسه، أظهرت الدراسات أن استخدام شاشة العرض الأمامية أثناء الهبوط يقلل من الانحراف الجانبي عن خط المنتصف في جميع ظروف الهبوط، على الرغم من أن نقطة ملامسة الأرض على طول خط المنتصف لا تتغير. ^{[ 20 ]}

في مجال الطيران العام ، تتوقع شركة MyGoFlight الحصول على شهادة نوع تكميلية (STC) وبيع شاشة العرض الرأسية SkyDisplay بسعر 25,000 دولار أمريكي بدون تركيب للطائرات ذات المحرك المكبسي الواحد مثل Cirrus SR22s ، وبسعر أعلى لطائرات Cessna Caravans أو Pilatus PC-12s ذات المحرك التوربيني الواحد: أي ما يعادل 5 إلى 10% من تكلفة شاشة العرض الرأسية التقليدية، على الرغم من أنها غير مطابقة تمامًا لتضاريس الأرض الخارجية. ^{[ 21 ]} ويمكن عرض بيانات الرحلة من جهاز لوحي على شاشة العرض الرأسية Epic Optix Eagle 1 التي يبلغ سعرها 1,800 دولار أمريكي. ^{[ 22 ]}

أنظمة رؤية طيران محسّنة

في الأنظمة الأكثر تطورًا، مثل نظام الرؤية المحسّنة للطيران (EVS) الذي أطلقت عليه إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية (FAA) هذا الاسم ^{[ 23 ]} ، يمكن عرض صورة مرئية من العالم الحقيقي فوق شاشة العرض. عادةً ما تُركّب كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء (أحادية أو متعددة النطاقات) في مقدمة الطائرة لعرض صورة مُطابقة للطيار. يُعدّ مصطلح "نظام الرؤية المحسّنة EVS" مصطلحًا مُعتمدًا في هذا المجال، إلا أن إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية قررت عدم استخدامه لأنها تعتقد أنه قد يُخلط بينه وبين تعريف النظام ومفهومه التشغيلي الوارد في البندين 91.175 (ل) و(م) ^{[ 23 ]} . في أحد أنظمة EVS، تُركّب الكاميرا في أعلى المثبت الرأسي بدلًا من وضعها "أقرب ما يمكن عمليًا إلى مستوى نظر الطيار". مع ذلك، عند استخدام نظام العرض على الزجاج الأمامي (HUD)، يجب تركيب الكاميرا أقرب ما يمكن إلى مستوى نظر الطيار، حيث يُتوقع أن تُعرض الصورة فوق العالم الحقيقي أثناء نظر الطيار من خلال شاشة العرض.

تُعدّ "المطابقة"، أو التطابق الدقيق بين صورة نظام الرؤية الكهربائية وصورة العالم الحقيقي، إحدى الميزات التي تُدقّق فيها السلطات قبل الموافقة على نظام الرؤية الكهربائية القائم على شاشة العرض الأمامية. ويعود ذلك إلى أهمية تطابق شاشة العرض الأمامية مع العالم الحقيقي، وبالتالي قدرتها على توفير بيانات دقيقة بدلاً من معلومات مُضلّلة.

على الرغم من أن شاشة نظام الرؤية الإلكترونية (EVS) تُساعد بشكل كبير، إلا أن إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) خففت لوائح التشغيل ^{[ 24 ]} بحيث يُمكن للطائرة المزودة بنظام EVS القيام بهبوط من الفئة الأولى إلى الحد الأدنى للفئة الثانية . في جميع الحالات الأخرى، يجب على طاقم الطائرة الالتزام بجميع القيود البصرية "غير المُساعدة". (على سبيل المثال، إذا كانت الرؤية على المدرج محدودة بسبب الضباب، فعلى الرغم من أن نظام EVS قد يُوفر صورة بصرية واضحة، إلا أنه ليس من المناسب (أو القانوني) مناورة الطائرة باستخدام نظام EVS فقط على ارتفاع أقل من 100 قدم فوق مستوى سطح الأرض).

أنظمة الرؤية الاصطناعية

يجري أيضاً تصميم أنظمة العرض الرأسي (HUD) لعرض صورة رسومية لنظام الرؤية الاصطناعية (SVS)، والذي يستخدم قواعد بيانات عالية الدقة للملاحة والاتجاه والارتفاع والتضاريس لإنشاء مشاهد واقعية وبديهية للعالم الخارجي. ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}

في الصورة الأولى لنظام الرؤية الذاتية (SVS) المعروضة على اليمين، تشمل المؤشرات المرئية مباشرةً شريط سرعة الهواء على اليسار، وشريط الارتفاع على اليمين، وشاشات عرض الدوران/الميل/الانزلاق/التحرك الجانبي في أعلى المنتصف. يقع رمز محور الرؤية (-v-) في المنتصف، وأسفله مباشرةً رمز متجه مسار الطيران (FPV) (الدائرة ذات الأجنحة القصيرة والمثبت الرأسي). يظهر خط الأفق ممتدًا عبر الشاشة مع انقطاع في المنتصف، وإلى اليسار مباشرةً توجد أرقام عند ±10 درجات مع خط قصير عند ±5 درجات (خط +5 درجات أسهل في الرؤية)، والتي تُظهر، إلى جانب خط الأفق، زاوية ميل الطائرة. على عكس هذا التصوير الملون لنظام الرؤية الذاتية على شاشة العرض الرئيسية للرحلة، فإن نظام الرؤية الذاتية المعروض على شاشة العرض الأمامية (HUD) يكون أحادي اللون - أي عادةً بدرجات اللون الأخضر.

تُظهر الصورة طائرةً مستوية الأجنحة (أي أن رمز مسار الطيران مُسطّح بالنسبة لخط الأفق، ولا يوجد أي ميلان على مؤشر الانعطاف/الميلان). تبلغ سرعة الطائرة 140 عقدة، وارتفاعها 9450 قدمًا، واتجاهها 343 درجة (الرقم أسفل مؤشر الانعطاف/الميلان). يُظهر التدقيق في الصورة دائرةً أرجوانية صغيرة مُزاحة قليلاً عن مسار الطيران إلى أسفل اليمين. هذه إشارة توجيه من نظام توجيه الطيران. عند استقرار الطائرة أثناء الاقتراب، يجب أن يكون هذا الرمز الأرجواني مُتمركزًا في منتصف شاشة عرض الطيران.

تم إنشاء التضاريس بالكامل بواسطة الكمبيوتر من قاعدة بيانات تضاريس عالية الدقة.

في بعض الأنظمة، يقوم نظام الرؤية الاصطناعية بحساب مسار الرحلة الحالي للطائرة، أو مسار الرحلة المحتمل (استنادًا إلى نموذج أداء الطائرة، وطاقتها الحالية، والتضاريس المحيطة)، ثم يُلوّن أي عوائق باللون الأحمر لتنبيه طاقم الطائرة. ربما كان مثل هذا النظام ليساعد في منع تحطم رحلة الخطوط الجوية الأمريكية رقم 965 في جبل في ديسمبر 1995.

يظهر على الجانب الأيسر من الشاشة رمزٌ فريدٌ خاصٌ بنظام الرؤية البصرية (SVS)، على شكل سلمٍ جانبيٍّ أرجوانيٍّ متناقص، ويمتدُّ هذا الرمز إلى يمين الشاشة. يُشكِّل الخطان ما يُشبه "نفقًا في السماء". يُحدِّد هذا الرمز المسار المطلوب للطائرة في ثلاثة أبعاد. على سبيل المثال، إذا اختار الطيار مطارًا إلى اليسار، سينحني هذا الرمز إلى اليسار والأسفل. إذا حافظ الطيار على مسار الرحلة مُحاذيًا لرمز المسار، فستطير الطائرة على المسار الأمثل. يعتمد هذا المسار على المعلومات المُخزَّنة في قاعدة بيانات نظام إدارة الطيران، ويُظهر مسار الاقتراب المُعتمد من إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) لذلك المطار.

يمكن أن يساعد النفق الجوي الطيار بشكل كبير عند الحاجة إلى طيران رباعي الأبعاد أكثر دقة، كما هو الحال في متطلبات الارتفاع الرأسي أو الأفقي المنخفضة لأداء الملاحة المطلوب (RNP). في مثل هذه الظروف، يُعرض على الطيار تمثيل بياني لموقع الطائرة ووجهتها، بدلاً من أن يضطر إلى دمج الارتفاع والسرعة الجوية والاتجاه والطاقة وخطوط الطول والعرض ذهنياً لتسيير الطائرة بشكل صحيح. ^{[ 28 ]}

في منتصف عام 2017، ستبدأ قوات الدفاع الإسرائيلية تجارب نظام "الرؤية الحديدية" من شركة " إلبيت "، وهو أول نظام عرض رأسي مثبت على خوذة الدبابة في العالم. وتخطط شركة "إلبيت" الإسرائيلية، التي طورت نظام العرض المثبت على خوذة طائرة "إف-35" ، لاستخدام عدد من الكاميرات الخارجية لعرض رؤية محيط الدبابة بزاوية 360 درجة على واقيات خوذات أفراد الطاقم. وهذا يسمح لأفراد الطاقم بالبقاء داخل الدبابة دون الحاجة إلى فتح الفتحات لرؤية الخارج. ^{[ 29 ]}

يهدف برنامج أُعلن عنه عام 2025 بالتعاون بين شركتي باتريا تكنولوجيز وديستانس تكنولوجيز إلى وضع شاشة عرض المعلومات على الزجاج الأمامي للمركبات، ما يُغني عن ارتداء الخوذة. كما يعتزم البرنامج استخدام الذكاء الاصطناعي للمساعدة في عرض البيانات ومعالجتها. ^{[ 30 ]}

أصبحت هذه الشاشات متوفرة بشكل متزايد في السيارات الإنتاجية، وعادةً ما تعرض عداد السرعة ، وعداد دورات المحرك ، ونظام الملاحة . كما تُعرض معلومات الرؤية الليلية عبر شاشة العرض الأمامية (HUD) في بعض السيارات. وعلى عكس معظم شاشات العرض الأمامية الموجودة في الطائرات، فإن شاشات العرض الأمامية في السيارات ليست خالية من تأثير اختلاف المنظر. فقد لا تكون الشاشة مرئية للسائق الذي يرتدي نظارات شمسية بعدسات مستقطبة.

توجد أيضًا أنظمة عرض المعلومات الإضافية، والتي تعرض الشاشة على جهاز تجميع زجاجي مثبت أعلى أو أسفل الزجاج الأمامي، أو تستخدم الزجاج الأمامي نفسه كجهاز تجميع.

طورت شركة جنرال موتورز أول شاشة عرض رأسية داخل السيارة عام 1999، وكانت وظيفتها عرض خدمة الملاحة أمام نظر السائق. وفي عام 2010، تم إدخال تقنية الواقع المعزز ودمجها مع شاشة العرض الرأسية الموجودة. وبناءً على هذه التقنية، بدأت خدمة الملاحة بالظهور على الزجاج الأمامي للسيارة. ^{[ 31 ]}

في عام 2012، قدمت شركة بايونير نظام ملاحة HUD يحل محل واقي الشمس الموجود على جانب السائق، ويعرض رسومًا متحركة للظروف أمام السيارة، وهو شكل من أشكال الواقع المعزز (AR). ^{[ 32 ] [ 33 ]} وقد طورت شركة بايونير نظام AR-HUD، الذي أصبح أول نظام عرض رأسي للسيارات يستخدم طريقة مسح شعاع الليزر المباشر للعين، والمعروفة أيضًا باسم شاشة العرض الشبكية الافتراضية (VRD). وتعتمد التقنية الأساسية لنظام AR-HUD على شاشة عرض مصغرة لمسح شعاع الليزر طورتها شركة مايكروفيجن. ^{[ 34 ]}

تتوفر شاشات العرض الأمامية (HUDs) على خوذات الدراجات النارية تجارياً أيضاً. ^{[ 35 ]}

في السنوات الأخيرة، طُرحت فكرة استبدال شاشات العرض الرأسية التقليدية بتقنيات الواقع المعزز الهولوغرافية ، مثل تلك التي طورتها شركة WayRay والتي تستخدم عناصر بصرية هولوغرافية . تتيح هذه العناصر مجال رؤية أوسع مع تقليل حجم الجهاز، مما يجعل الحل قابلاً للتخصيص لأي طراز سيارة. ^{[ 36 ] [ 37 ]} وقد طرحت مرسيدس بنز شاشة عرض رأسية تعتمد على الواقع المعزز ^{[ 38 ]،} بينما استثمرت شركة Faurecia في شاشة عرض رأسية يتم التحكم بها عن طريق تتبع حركة العين أو الأصابع. ^{[ 39 ]}

تم اقتراح شاشات العرض الرأسية (HUDs) أو يجري تطويرها تجريبياً لعدد من التطبيقات الأخرى. في البيئات العسكرية، يمكن استخدام شاشة العرض الرأسية لعرض معلومات تكتيكية، مثل بيانات جهاز تحديد المدى بالليزر أو مواقع رفاق الفصيل، على جنود المشاة . كما تم تطوير نموذج أولي لشاشة عرض رأسية تعرض المعلومات على السطح الداخلي لنظارات السباحة أو قناع الغوص . ^{[ 40 ]} وتجري أيضاً اختبارات لأنظمة شاشات العرض الرأسية التي تعرض المعلومات مباشرة على شبكية عين المستخدم باستخدام ليزر منخفض الطاقة ( شاشة عرض شبكية افتراضية ). ^{[ 41 ] [ 42 ]}

كان بإمكان منتج شاشة العرض الرأسية (HUD) الذي طُوّر عام 2012 إجراء ترجمة فورية للغات. ^{[ 43 ]} وفي تطبيق لشاشة عرض بصرية مثبتة على الرأس ، يسمح منتج EyeTap بعرض ملفات رسومية مُولّدة حاسوبيًا على عدسة. وكانت نظارة جوجل (Google Glass) منتجًا مبكرًا آخر.

• فهرس مقالات الطيران
• الاختصارات والمصطلحات في إلكترونيات الطيران
• الواقع المعزز
• فوائد التركيز على الطريق
• واجهة المستخدم الرسومية (ألعاب الفيديو)
• شبح بيبر - نسخة مسرحية من تأثير انعكاس مشابه
• النظارات الذكية
• شاشة عرض شبكية افتراضية
• تتبع المواقع في الواقع الافتراضي
• حاسوب قابل للارتداء

• مقال من أرشيف روتشستر - "وحدة توزيع الطاقة الخاصة بطائرة بوكانير التابعة لوزارة الإسكان والتنمية الحضرية"
• مقال بي بي سي: "باكمان ينبض بالحياة افتراضياً"
• التقييم السريري لعرض بيانات التخدير بشكل مباشر
• متى ستُصبح تقنية "الرؤية الأمامية" متاحة للاستخدام المدني؟ - أرشيف رحلة ١٩٦٨
• "من إليوت براذرز إلى بي إيه إي سيستمز" - تاريخ موجز لشركة إليوت براذرز
• مقال بعنوان " الطيران فوق التلال " نُشر عام 1964 في مجلة "فلايت إنترناشونال" حول الطيران باستخدام شاشة عرض المعلومات على الزجاج الأمامي من طراز "سبكتو" المبكر.
• جاكوار تكشف النقاب عن تقنية "الشاشة العريضة الافتراضية" لمساعدة السائقين – لاتين بوست
• قصة حصول جميع أسراب طائرات تومكات في قاعدة ميرامار الجوية على الأموال اللازمة لشراء مناظير بنادق لتثبيتها على شاشة العرض الأمامية لطائرات إف-14 المقاتلة.