朱旭　穆存遠

摘要：介紹了智能可穿戴設(shè)備的核心技術(shù)分析，從人機工程學(xué)的應(yīng)用和虛擬交互設(shè)計中的人機交互設(shè)計方面對虛擬交互設(shè)計理念進行了闡述，通過圖像交互、身體生物數(shù)據(jù)感應(yīng)、識別功能、肢體動作探測和觸覺體感交互控制方面對智能可穿戴設(shè)備交互體驗方式進行了實現(xiàn)，并給出了智能穿戴設(shè)備交互設(shè)計與展示系統(tǒng)實例，對智能穿戴設(shè)備未來的發(fā)展方向和發(fā)展趨勢起到了促進作用。

關(guān)鍵詞：智能穿戴設(shè)備 交互功能 傳感器 展示設(shè)計 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

中圖分類號：TB427 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2017）09-0046-02

引言

可穿戴設(shè)備的核心技術(shù)包括虛擬現(xiàn)實技術(shù)，智能云技術(shù)等，是一種以現(xiàn)代信息科技為核心的設(shè)計產(chǎn)品，具有功能強大，安全性高等特點。智能可穿戴設(shè)備的雛形源于2012年谷歌公司的智能眼鏡，這一眼鏡不僅是一種硬件設(shè)備，還具有智能化的功能，它將各種先進的技術(shù)結(jié)合在一起，滿足人們的通信需求。智能穿戴設(shè)備的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)人們的通信理念，使商業(yè)操作，工業(yè)發(fā)展更加科技化，這一技術(shù)將進一步更新，并且應(yīng)用于更多領(lǐng)域，改變?nèi)藗兊纳罘绞胶蜕罟?jié)奏。并且可穿戴設(shè)備將與其他智能設(shè)備連用，真正實現(xiàn)^機合一。

一、智能可穿戴設(shè)備的核心技術(shù)分析

可穿戴技術(shù)的核心技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將這一技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，云技術(shù)等技術(shù)結(jié)合在一起，可設(shè)計智能可穿戴設(shè)備，目前智能可穿戴設(shè)備的功能已經(jīng)由傳統(tǒng)的通信轉(zhuǎn)為可以預(yù)測未來的智能產(chǎn)品，隨著科技的發(fā)展，世界的智能化時代即將到來。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是將虛擬世界變?yōu)楝F(xiàn)實的一種系統(tǒng)和技術(shù)，其環(huán)境的設(shè)計是通過視覺、聽覺、觸覺等感知來完成，由于與人體的感覺相同，因此可以使使用者具有身臨其境的感覺?；ヂ?lián)網(wǎng)是這一技術(shù)的核心，當下互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)到了極度發(fā)達時代，智能可穿戴設(shè)備的設(shè)計可以輕松實現(xiàn)，因此可以為智能可穿戴設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)信息構(gòu)建，支撐其完成溝通等強大的功能。但是這一技術(shù)的研究還存在一定的空白點，如對人體感知的影響，當下虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展方向就是更好的人體生理感知，以使虛擬技術(shù)更加清晰，更加真實。除此之外，智能可穿戴技術(shù)還要融合多媒視頻技術(shù)、計算機設(shè)計技術(shù)、傳感器互感技術(shù)和人機交互技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)3D技術(shù)等?？傊?，這一產(chǎn)品的設(shè)計是復(fù)雜的，是科技發(fā)展到一定程度的結(jié)果。通過合理的技術(shù)結(jié)合，不斷地縮小虛擬與現(xiàn)實之間的界限，智能穿戴設(shè)備的完善將成為必然，并且會極大地影響人們的生活，但是我們的生活不能完全依賴于智能穿戴設(shè)備或者虛擬現(xiàn)實技術(shù)。

二、虛擬交互設(shè)計理念闡述

（一）人機工程學(xué)的應(yīng)用

人機工程學(xué)主要用于智能化工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計包括生理學(xué)和心理學(xué)的設(shè)計，通過人機工程學(xué)的研究，使人、機和環(huán)境之間形成一種穩(wěn)定的關(guān)系，并且能夠相互影響和作用，進而優(yōu)化產(chǎn)品的功能，提高其智能化效果。隨著科技的發(fā)展，人機工程學(xué)的范圍擴大，傳統(tǒng)的工程學(xué)主要研究人與機器之間的交互，通過改善人機關(guān)系來保證產(chǎn)品的性能，而現(xiàn)代智能技術(shù)通常是多種技術(shù)的結(jié)合，致力于完善設(shè)備的功能，提高其智能化水平（如圖1）。

（二）虛擬交互設(shè)計中的人機交互設(shè)計

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的人機交互設(shè)計學(xué)不再使用，虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)的功能更大強大，它更強調(diào)人與界面之間的交換，這樣增加了交互幾率，減小設(shè)備的體積，進而衍生了智能可穿戴設(shè)備。人機交互設(shè)計是研究系統(tǒng)和用戶之間的界面可視化程度，其基本的特點為“沉浸”、“交互”和“構(gòu)想”。其技術(shù)核心在于雖然進入了智能化系統(tǒng)時代，但是人在這一過程中要占據(jù)主導(dǎo)作用。這體現(xiàn)了虛擬技術(shù)與傳統(tǒng)交互模式之間最大的不同，從以往的產(chǎn)品人體要適應(yīng)機器的功能和體積，轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)備為人體服務(wù)，完全受人體支配。智能化的可穿戴技術(shù)基于虛擬交互技術(shù)，在人體體驗方面，已經(jīng)獲得了極大的突破，虛擬交互這是一個研究領(lǐng)域的飛躍。隨著科技信息時代的繼續(xù)發(fā)展，人類的身體機能和適應(yīng)能力將提高，并且在虛擬空間中展現(xiàn)出自己的魅力。另外，虛擬設(shè)計技術(shù)在人的心理感受上的突破將為其發(fā)展打造新的天地，使人體設(shè)計工程學(xué)得到進一步延伸。

三、智能可穿戴設(shè)備交互體驗方式的實現(xiàn)

隨著科技的發(fā)展，智能可穿戴設(shè)備已經(jīng)成為現(xiàn)實，并且存在較大的發(fā)展空間。未來，這一技術(shù)不僅要實現(xiàn)基本功能，還要從交換性、安全性、舒適性和美觀性等多個角度出發(fā)，致力于實現(xiàn)更加完美的智能可穿戴設(shè)備。交互方式可以合理地利用設(shè)備對人體的分析功能，并且針對界面的傳感，使得其視覺范圍擴大，操作更加容易，從而擴大了智能可穿戴設(shè)備的應(yīng)用范圍。目前，這一模式的智能可穿戴設(shè)備進入人們的視線，并且受到了廣泛的歡迎，實現(xiàn)了多場景應(yīng)用和多感官的交互，用戶不再需要觸控操作，而是可以采用手勢、語音等多種方式來進行操作。筆者將目前市場上出現(xiàn)的智能穿戴設(shè)備類型進行分類，其中其信息交流方式包括語言交互、按壓交互和震動交互等。隨著科技的發(fā)展，其樣式將進一步增多。

（一）圖像交互

圖像交互是最早出現(xiàn)，也是最容易出現(xiàn)的傳感方式。隨著3D技術(shù)的發(fā)達，這一傳感方式已經(jīng)不難實現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過電影3D技術(shù)將其展示在人們的生活中，電腦也可以不再使用液晶顯示器就可以實現(xiàn)影像的投射。由這一技術(shù)形成的智能可傳遞設(shè)備改變了人機互動模式的呈現(xiàn)，用戶完全可以通過智能界面設(shè)備來完成交互與信息傳遞，進入3D化的虛擬空間。但是，這一技術(shù)單獨使用存在缺陷，需要與語音傳感技術(shù)等相互配合才能更加完善?？傊?，通過3D全息投影方式使人們在生活中可以得到更多的圖像投影方式，使虛擬技術(shù)更加完美（如圖2）。

（二）身體生物數(shù)據(jù)感應(yīng)

通過身體的生物數(shù)據(jù)感應(yīng)是智能穿戴設(shè)備的一種設(shè)計方式，這一類可穿戴設(shè)備可以通過讀使用者的走步數(shù)據(jù)來捕捉信息，記錄其日常的運動量，并通過步數(shù)信息來分析人體的感知和需求，是一種自我量化的過程。并且能夠了解人體瞬間的想法，瞬間的感應(yīng)。目前，可以使用的可穿戴設(shè)備是通過人體血液循環(huán)的速度來實現(xiàn)的，當然，這一技術(shù)并不完善，其設(shè)備的精密性，還需要進一步的調(diào)整，核心傳感器和芯片是以數(shù)據(jù)感應(yīng)技術(shù)為支撐，另外，對人體的影響是該技術(shù)重點解決的問題之一。endprint

（三）識別功能

識別功能已經(jīng)成為智能可穿戴設(shè)備上的基本功能，在人們的日常生活中得以實現(xiàn)，通過智能可穿戴設(shè)備的識別功能，實現(xiàn)了人與界面的語音交流，微信的語言功能就是這一代表性技術(shù)的產(chǎn)品。語言系統(tǒng)是人與界面交互最簡單也是最直接的方式，語言傳達感情的方法也是最直接的，因此最容易得到認可，在人機交互過程中，還需要對產(chǎn)品進行進一步的研究，設(shè)計過程要體現(xiàn)其為人們服務(wù)的功能，進一步完善，其中任何產(chǎn)品的該科技都是為人們服務(wù)的，在這一過程中要體現(xiàn)人類服務(wù)的，因此要時刻關(guān)注其服務(wù)功能。實際上，在傳統(tǒng)的人機工程學(xué)理論的設(shè)計中就實現(xiàn)了識別功能，智能識別功能是指對這一功能的進一步更新，強調(diào)人機設(shè)計中的服務(wù)特征和人的作用是用戶強調(diào)人體設(shè)計的主要功能。語音交互的虛擬性是結(jié)合了智能語音的分析。處理功能為主的技術(shù)，使使用者不需要手動就可以完成設(shè)備控制，并且在語音操作功能來完成更多的操作。蘋果公司和谷歌公司在這一技術(shù)上是比較先進的，如蘋果公司的Siri就是最實用的語言交互功能（如圖3）。

（四）肢體動作探測

肢體動作探測可以通過人體的各個部位發(fā)出的動作來完成，主要集中于^體的面部和手部，由于人體的肢體語言豐富，因此肢體動作探測可以傳遞多種信息，肢體動作探測儀器要具有先進性，能夠?qū)Ω鞣N不同的肢體動作進行探測。手臂動作是最容易探測的，并且人體的手臂具有多種動作，且將設(shè)備戴在手臂上更加方便，因此目前的智能可穿戴設(shè)備均是以戴在手臂為主，智能交互與展示系統(tǒng)能夠通過對肢體的探測與記錄來獲取相關(guān)信息，但是與我們所想象的高度智能化之間還存在較大的差距，需要進一步改善。

（五）觸覺體感交互控制

從當下的虛擬技術(shù)發(fā)展和觸覺體交換傳感技術(shù)來看，人們可以完成智能穿戴功能，并可以通過語音等方式來進行信息傳遞。設(shè)計者還進一步發(fā)揮想象空間，從觸覺角度出發(fā)，設(shè)計了觸覺體感交互系統(tǒng)，產(chǎn)品和人發(fā)生了實際的交流，并且使用者可以自主地創(chuàng)建虛擬環(huán)境，使虛擬環(huán)境更加的真實，貼近人們的生活。新加坡的一款“i Motion”設(shè)計，就是觸覺體感交互的代表，是通過計算機進行信息的收集，并應(yīng)用于平板上，通過相關(guān)動作的設(shè)計來促發(fā)虛擬體感受。該設(shè)計具有非常精準的三維空間捕捉能力，以獲得全方位的人體觸感信息，并且提供相應(yīng)的虛擬設(shè)備。這一設(shè)計就像電影情節(jié)里以空氣當中投射交互界面，并在空氣設(shè)定中去設(shè)定和控制，并提控信息的觸控反饋，實現(xiàn)了真實的觸摸功能。

四、智能穿戴設(shè)備交互設(shè)計與展示系統(tǒng)實例

為了明確其在生活中的具體應(yīng)用效果，對現(xiàn)有的一種穿戴在手腕上的集成脈搏傳感器進行分析如下：該設(shè)備使用時將其戴在手腕上，對脈搏進行測試，獲得信號并傳遞給MCU。MCU負責(zé)信號的具體處理過程，進而控制電磁鐵的信號和電流，解決以往的設(shè)備產(chǎn)生較大的負重現(xiàn)象。該設(shè)備具有實用性，是由于這一設(shè)備是用于人們?nèi)粘５纳眢w鍛煉，通過脈搏的測定測試人體的身體健康程度。具體的設(shè)計方案：

（一）硬件設(shè)計方案

組成元件有脈搏傳感器、MCU、A/D轉(zhuǎn)換器和一塊電磁鐵。其中脈搏傳感器是信息收集的主要設(shè)備，該設(shè)備采用智能結(jié)構(gòu)，能夠?qū)θ梭w及其微弱的脈搏進行收集，并且通過信號處理器將其放大，方便采集后進行信號的傳遞，同時脈搏傳感器可以通過放大電路的方式獲得失調(diào)電壓和偏置電流，并調(diào)節(jié)和校準調(diào)零。本次設(shè)計過程中增加了一個50Hz的交流抗干擾設(shè)置，將電路調(diào)零之后加入，來保證設(shè)備的抗干擾能力，過濾不必要的脈搏信號干擾?；贛CU處理的需求，需要對設(shè)備的脈搏信號進行放大，使電壓提升。從而起到電路穩(wěn)定，完成脈搏信號的處理過程。

（二）電磁鐵原理

線圈通電后，鐵心和銜鐵均被磁化成為不同極性的兩個磁鐵，形成相互吸引關(guān)系。分別為吸收力和彈簧力，但吸收力大于彈簧力時，銜鐵會朝著鐵心的方向移動，此時多半是在供電狀態(tài)下，供電停止后，彈簧力就會大于減少的吸收力，銜鐵就會回到原始位置。電磁鐵通過載流鐵心線圈產(chǎn)生的電磁吸力來操縱機械裝置，進而完成預(yù)期動作，實現(xiàn)電能向機械能的轉(zhuǎn)化。其中線圈、銜鐵心是電磁鐵的主要組成部分，鐵心采用軟磁材料，將線圈裝于其上，鐵心一般是靜止的，線圈通常裝在鐵心上。

結(jié)語

智能化是未來社會的一大特征，手機并不是唯一的智能化設(shè)備，信息傳輸和接收都可以通過智能設(shè)備完成。以谷歌、蘋果等公司為主的智能研究將設(shè)計智能穿戴設(shè)備上，減少設(shè)備體積，優(yōu)化設(shè)備的功能。并且隨著人們對于設(shè)備功能的需求，進入虛擬空間成為人們的需求之一，對智能設(shè)備的虛擬技術(shù)進行分析，對智能穿戴設(shè)備未來的發(fā)展方向和趨勢起到促進作用。endprint