可穿戴計算機硬件發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題分析-科技論文

隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)以及其他各種相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，計算設(shè)備在使用場所、使用方式、外部形態(tài)等方面發(fā)生了巨大的改變。從擁有大型計算機的計算中心到辦公室，從辦公室到家庭再到現(xiàn)在人們可隨時隨地使用便攜移動計算設(shè)備（掌上電腦、智能手機等）；從低效的穿孔紙帶、一經(jīng)運行便無法介入人為操作的批處理計算到友好實時交互的使用方式；從大型機、小型機到PC機、筆記本電腦再到PDA（PersonalDigitalAssistant）、智能手機、可穿戴計算機，計算機在各個方面都在飛快的進步?？梢钥闯?，在計算機的發(fā)展的過程中人們追求的是能更方便、更快捷的使用計算機，這就促使在設(shè)計計算機時要充分體現(xiàn)“以人為本”的觀念，同時伴隨著計算機硬件技術(shù)的發(fā)展，各種高集成、超微型的元器件的產(chǎn)生為便攜式應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。在這種條件下產(chǎn)生了各種各樣的便攜式系統(tǒng)，如筆記本電腦、膝上電腦、掌上電腦。但是，人們并不滿足于將移動電話和電腦放在口袋和小皮包里面，而是希望計算機能像衣服一樣“穿戴”在身上，并能在任何條件下使用它，甚至能夠像人的助理一樣為人們自動、主動地提供計算服務(wù)?！翱纱┐饔嬎銠C”正是為實現(xiàn)這一目標而誕生的新型個人移動計算系統(tǒng)，它的出現(xiàn)給計算機和人之間的交互關(guān)系帶來了一場革命。

一、可穿戴計算機的定義

目前關(guān)于可穿戴計算機還沒有一個明確統(tǒng)一定義，大多是對可穿戴計算機的特點、屬性和操作模式等的描述。具有代表性的是加拿大多倫多大學(xué)的Mann博士的觀點，他用三個操作模式和六個屬性給出了可穿戴計算機的定義。

（一）可穿戴計算機的操作模式

可穿戴計算的新型人機交互具有以下三種操作模式：

1．持續(xù)可穿戴計算機總是處在工作、待用和可存取狀態(tài)，從而提供了人機之間的“持續(xù)”界面。就此而言，這個新的計算框架不同于手持裝置、便攜式電腦和PDA。

2．增強傳統(tǒng)計算模式基于這樣一個概念，“計算”是主要任務(wù)，但是可穿戴計算的基本概念不是以“計算”為主要任務(wù)，可穿戴計算假定，在“計算”的同時，用戶正在做其他的事情。因此，可穿戴計算應(yīng)該主動提供服務(wù)，應(yīng)該用于增強人的智能或增強人的感知能力。

3．介入可穿戴計算機將把人“包裹”?。ㄟ@不是指衣物的包裹，而是一種信息空間的“包裹”），這種“包裹”不必是完全包裹，但這種“包裹”在概念上比傳統(tǒng)計算的“包裹”程度要強的多。能起到信息濾波器的功能，濾掉不需要的信息，或者允許以適度的方式調(diào)整我們對現(xiàn)實世界的感受。它允許我們遮住和修飾離開我們的被“包裹”空間的信息（就像衣物可防止別人看到我們的身體一樣）。

（二）可穿戴計算機的屬性

1．非限制性可穿戴計算可在走動、移動和漫游中使用，在使用的同時，還可以做其他事情，用戶不受限制。

2．非獨占性不像虛擬現(xiàn)實技術(shù)一樣，可穿戴計算不會阻斷外部世界，當(dāng)你使用可穿戴計算的時候，也可關(guān)注其他事情?？纱┐饔嬎慊谶@樣一個設(shè)想，“計算”是第二位的行為，不是所要關(guān)注的主要任務(wù)。事實上，理想地，可穿戴計算提供增強的感知能力。但是，它也可以介入（增強，調(diào)整，或故意削弱）感知能力。

3．可觀性如果用戶愿意，它可以連續(xù)的受你關(guān)注。在合理的限制下，輸出媒體可持續(xù)的被穿戴者感受。

4．可控性你可以在任何時刻控制可穿戴計算，甚至在自動操作的過程中，你可人為的斷開控制回路，并介入到回路中。

5．感知性可穿戴計算具有環(huán)境感知能力，多模態(tài)和多感知。

6．交流性可穿戴計算可以作為穿戴者之間的交流媒體。

二、可穿戴計算機硬件發(fā)展現(xiàn)狀

從硬件的組成形態(tài)劃分，當(dāng)前可穿戴計算機可分為集中式（主機）可穿戴計算機和分布式（主機）可穿戴計算機。集中式是指除了必須分離的部件（如HMD、鍵盤、鼠標、電池等）之外，具有較高可壓縮性的部件（如CPU、Memory、Chipset、GPS、無線通信等）都最大程度的集中起來置于一個機殼內(nèi)，形成一個微型、緊湊的計算機主機系統(tǒng)；而分布式可穿戴計算機則將各種部件較合理的分布于人體的各個部位，通過身體總線和身體網(wǎng)絡(luò)連接而構(gòu)成計算機系統(tǒng)。目前國際上這兩種比較典型的代表是美國Via公司的ViaIIPC和美國MIT的MIThril。

當(dāng)前可穿戴計算機處于初級發(fā)展階段，還沒有關(guān)于可穿戴計算機的相關(guān)規(guī)范和標準。除了頭戴顯示器HMD和特殊鍵盤鼠標等輸入輸出設(shè)備外，市場上基本上不存在可穿戴計算機的專用配件，如沒有商品化的可穿戴計算機專用主板、接口以及接插件等。在當(dāng)前技術(shù)條件下，集中式和分布式可穿戴計算機有一個共同點，它們一般都由微型化、低功耗的嵌入式COTS器件搭建而成，一些關(guān)鍵部件（如可穿戴主板等）也可根據(jù)具體需要通過OEM的方式實現(xiàn)，少量簡單的部件（如電源轉(zhuǎn)換模塊等）則可自行設(shè)計實現(xiàn)。這種開發(fā)方式有諸多優(yōu)點，如開發(fā)周期短、成本低等，但同時也存在許多問題。雖然OEM和自行設(shè)計的方式能解決COTS器件為可穿戴計算機帶來的一些問題，但基于COTS器件的可穿戴計算機仍然存在許多不足，如可穿戴性較差、不符合人機工程要求、體積重量大、功耗大等等。這些不足使得可穿戴計算機的實用性較差、推廣難度大、普及速度低。

三、可穿戴計算機存在的若干問題

由以上的敘述可知，目前可穿戴計算機還存在這樣那樣的問題，主要包括COT器件帶來的問題以及人機交互的問題，下面分別對其闡述。

（一）COTS器件存在的問題

目前可穿戴采用的COTS器件并非為可穿戴計算機專門設(shè)計，而是為各種嵌入式系統(tǒng)、工控系統(tǒng)設(shè)計的。故對可穿戴計算機而言，COTS器件存在以下幾個問題，即功能和功耗問題、結(jié)構(gòu)問題、體積問題等。

理想的可穿戴計算機實質(zhì)上應(yīng)該是一個智能的、便攜的多媒體計算機系統(tǒng)（不同用途的可穿戴計算機功能集不同），而針對嵌入式系統(tǒng)、工控系統(tǒng)的COTS器件功能集不一定能滿足可穿戴計算機的這些功能要求，反而包括一些可穿戴計算機不需要的功能（如串行口、數(shù)據(jù)采集口等），同時這些功能不能任意裁減或增加。這就導(dǎo)致了可用于可穿戴計算機的器件選擇范圍較小、可穿戴計算機結(jié)構(gòu)方案不靈活、成本高、功耗大、體積大等諸多缺點。因此，對可穿戴計算機而言，COTS器件并非最好的選擇。相信在各種相關(guān)技術(shù)發(fā)達后，針對可穿戴計算機的專用器件將會層出不窮。

（二）人機交互方式存在的問題

可穿戴計算機典型的系統(tǒng)由主機、電源、輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標等）和輸出設(shè)備（頭戴顯示器HMD）等幾個部分組成，在使用時，所有的設(shè)備都穿戴在人體上。在語音識別技術(shù)還不夠發(fā)達的現(xiàn)階段，使用者對可穿戴計算機的控制和操作主要通過微型的輸入設(shè)備（如集成鼠標功能的單手鍵盤、腕式鍵盤、軌跡球等）實現(xiàn)，可穿戴計算機通過頭戴顯示器HMD向使用者輸出信息。雖然現(xiàn)在這樣的人機交互方式比較普遍，但還不夠友好，輸入設(shè)備存在輸入速度慢、控制操作不靈活等缺點，輸出設(shè)備尤其是頭戴顯示器，存在視角小、顯示器抖動等缺點，長時間使用導(dǎo)致視覺疲勞。