可穿戴计算 - 【致命干货】可穿戴计算与系统仿真

　　1 可穿戴计算

　　1.1 基本定义

　　关于什么是可穿戴计算和可穿戴计算机，有不少描述和定义，其中加拿大多伦多大学的Mann 博士的观点较具有代表性，，他对可穿戴计算的认识和阐述比较深刻和全面，尽管还有一些不完善的地方需要进一步补充和改进。Mann 以三个操作模式和六个属性给出了可穿戴计算的定义。

　　1.1.1 可穿戴计算的操作模式

　　可穿戴计算的新型人机交互具有以下三种操作模式。

　　1） 持续（Constancy） 可穿戴计算机总是处在工作、待用和可存取状态（always on ，always ready and always accessible），从而提供了人机之间的“持续”界面（ constantuser — interface）。就此而言，这个新的计算框架不同于手持装置、便携式电脑和PDA （Per -sonal Digital Assistant）。

　　“always ready to interact with user”这一能力导致了一种新型的人-机协同（synergy），它通过使用者长久的适应而表现出来，这就如同初戴眼镜者要有一个适应过程才能与眼镜“协同”一样。

　　2） 增强（Augmentation） 传统计算模式基于这样一个概念，“计算”是主要任务，但是可穿戴计算的基本概念不是以“计算”为主要任务，可穿戴计算假定，在“计算”的同时，用户正在做其他的事情。因此，可穿戴计算应该主动提供服务，应该用于增强人的智能或增强人的感知能力。

　　3） 介入（Mediation） 可穿戴计算机将把人“包裹”住（这不是指衣物的包裹，而是一种信息空间的“包裹”），这种“包裹”不必是完全包裹，但这种“包裹”在概念上比传统计算的“包裹”程度要强的多。这种包裹包括两个方面：

　　独处（Solitude） 介入（Mediation）能起到信息滤波器的功能，滤掉不需要的信息，或者允许以适度的方式调整我们对现实世界的感受（perception）。

　　隐私（Privacy） 它允许我们遮住和修饰离开我们的被“包裹”空间的信息（就像衣物可防止别人看到我们的身体一样）。

　　可穿戴计算是一个在不同程度上实现这三种基本操作模式的框架。

　　1.1.2 可穿戴计算的属性

　　1） 非限制性（Unrestrictive to the user）可穿戴计算可在走动、移动和漫游中使用，在使用的同时，还可以做其他事情，用户不受限制。

　　2） 非独占性（Unmonopolizing of the user‘s attention）不像虚拟现实技术一样，可穿戴计算不会阻断外部世界，当你使用可穿戴计算的时候，也可关注其他事情。可穿戴计算基于这样一个设想，“计算”是第二位的行为，不是所要关注的主要任务。事实上，理想地，可穿戴计算提供增强的感知（sensory）能力。但是，它也可以介入（增强，调整，或故意削弱）感知（sensory）能力。

　　3） 可观性（Observable by user）如果用户愿意，它可以连续的受你关注。（Almost --always —observable）。在合理的限制下，输出媒体可持续的被穿戴者感受。

　　4） 可控性（Controllable by user）你可以在任何时刻控制可穿戴计算，甚至在自动操作的过程中，你可人为的断开控制回路，并介入到回路中。

　　5） 感知性（Attentive to the environment）可穿戴计算具有环境感知能力，多模态和多感知。

　　6） 交流性（Communicative to others）可穿戴计算可以作为穿戴者之间的交流媒体。

　　Bass，L. 在CHI ’97 可穿戴式计算机专题讨论会的会议招集人报告中建议可穿戴式计算机应具备以下五个特征：

　　1） 可在运动状态下使用。

　　2） 使用WearComp 的同时可腾出双手或用手做其它的事。

　　3） WearComp 不应只是穿在身上，而应该成为衣物的一部分。

　　4） 穿戴者可进行控制。

　　5） 具有可持续性 constancy。

　　这五个建议的特征比较容易理解。

　　1.2 可穿戴计算机的初级结构和形态

　　目前，尽管可穿戴计算机产品已投入市场并有实际应用，但尚属处在初级阶段。现在的可穿戴计算机虽已初步具备以上的一些属性和功能，并能满足目前特殊应用领域的一些需求，但离前面提出的构想还相差甚远。

　　现阶段的可穿戴计算结构的最大特点是将微型化的电子器件（计算机、通讯和传感等微型器件）分布在身体的不同部位或嵌入（或编织）在衣物上，通过分布在人体和衣物上的网络连接起来。这只是可穿戴计算机的上层结构和形态，目前可穿戴计算机的底层体系结构主要还是嵌入式系统的，尽管可穿戴计算机的特有体系结构是该领域的重点课题，但目前还没有突破性的成果。

　　目前可穿戴计算机从构成方式或形态上可初步分为集中主机集中式和分布式两种。

　　1） 主机集中式系统将处理器、硬盘、通信和电源等主要模块都以某种形式集中封装的一个微型机壳内，可放在腰包、挎包或背心中，一般都采用单目或See Through 的双目头戴显示器，配有单手操作键盘（带鼠标）或手臂键盘、鼠标，语音装置，视频捕捉装置，位置和方位传感装置（如GPS， Gyro）等。这类系统主要采用目前已有的电子器件和计算机技术，设计出适合可穿戴计算的系统。这类系统是开放式的，可采用通用的桌面操作系统 window 98，2000， Xp和Linux 等。

　　目前这类可穿戴计算机已有不少研究性样机和商品化产品，也已在军事、航空、通信仓储和物流等领域投入实际应用。图1 为重庆大学设计和开发的第一代挎包式可穿戴计算机系统。

　　2） 分布式可穿戴计算机系统结构，将整个系统的计算、通信和传感等主要模块分布在衣物上或夹层之内，用所谓的身体网络和总线互联， 甚至采用“编织”电路的技术。MIT 的MIThril 是这类典型系统。这类系统只是处在研究阶段，还只能是在较简单的系统层次上实现，更没有商品化和实际应用。