可穿戴计算的主要特征及应用

　　Google眼镜的出现使可穿戴计算成为当前信息技术的一个热点话题，也使人们认识到：可穿戴计算设备的研发、制作与应用将成为信息产业下一个新的增长点。可穿戴计算与物联网的研究目标具有很多相同之处，同时可穿戴计算的很多概念、研究思路与方法，对物联网研究具有重要的理论指导意义与应用价值。了解可穿戴计算与物联网内在的联系，需要注意以下几个方面的问题。

　　1.可穿戴计算概念产生的背景

　　凡是能够消除人与计算机隔阂的技术都具有强大的生命力，移动计算和可穿戴计算技术都符合这个发展趋势。可穿戴计算技术是移动计算技术的重要分支，是计算模式的重大变革。它可以解决军事、公安、消防、救灾、医疗、突发事件处理领域的特殊需求，极大地提高使用者的信息处理能力，发挥以往任何设备都无法发挥的作用。可穿戴计算的概念是在20世纪60年代提出的，但真正进入快速发展阶段是在1997年美国“21世纪陆军勇士计划”单兵数字系统问世之后。目前，世界各国（例如中国、美国、法国、加拿大、德国、英国、澳大利亚、以色列、日本等）都在大力开展可穿戴计算技术及应用的研究。

　　可穿戴计算技术体现了“以人为本，人机合一”和“无处不在的计算”的理念，有力地支持着“从人围着计算机转到计算机围着人转”的重要演变趋势。可穿戴计算系统与人类紧密结合成一个整体，能够拓展人的视觉、听觉，增强人的大脑记忆和应对外界环境变化的能力，延伸了人的大脑与四肢，代表着计算机的一个重要的发展趋势，是一个跨学科的研究领域。可穿戴计算技术研究的核心是适应某一种应用需求的计算机体系结构、计算模型和软件，而计算模型的研究又涉及计算机科学、智能科学、光学工程、微电子技术、传感器技术、机械制造、通信科学、生物学、数学、生物医学、工业设计与心理学等多个学科和技术领域的交叉。

　　2.可穿戴计算的定义和主要特征

　　目前，个人计算机的概念已经发生变化。大部分个人计算机仍然以台式机的形式存在，人们只能在办公室、家庭、网吧里的固定位置上使用。更小、更轻的便携式个人计算机（即笔记本计算机）或其他便携式手持设备PDA、iPad已经可以由人们携带在机场、火车以及旅行途中使用。但笔记本计算机仍然不能够像人们的衣服、手表、手机那样，时时处处为人类服务。特别是在一些特殊的环境中，例如战场、突发事件处理的现场，人们需要能按需要将微小型计算机及相关设备合理地分布在人体之上，以实现移动计算的可穿戴计算模式。实现可穿戴计算工作模式的计算设备称为可穿戴计算系统（WearableComputingSystem）或穿戴计算机（WearableComputer）。可穿戴计算具有三种操作模式、六个属性及三大能力。

　　（1）可穿戴计算机的三种操作模式

　　可穿戴计算机促进了一种新的人机交互模式的出现。这种新的人机协同交互形式包括三种操作模式：持久性、增强性与介入性。

　　持久性：笔记本计算机与各种手持设备的使用方式与传统的台式计算机相同，即在用户需要使用时才开机，进入使用状态；使用结束之后需要关机。因此，笔记本计算机与各种手持设备的使用方式仍然是“在需要时开机再进入使用状态”。可穿戴计算机与使用者的身体成为一体，并且处于“总是准备接受使用状态”。“总是准备接受使用”的能力必然形成人机协同交互持久性的特点。

　　增强性：笔记本计算机关注的重点是计算，而可穿戴计算机的主要任务不仅仅是计算，而是在计算的基础上增强人的智慧，以及增强人对外部环境的感知能力。这种增强人感知能力的需要必将形成增强人机协同交互性的特点。

　　介入性：与笔记本计算机不同，可穿戴计算机能够封装用户自身，在更大程度上参与用户的决策。这里所说的“封装”有两方面的含义。一是在可穿戴计算机相同的设计中，考虑到系统在参与人的决策过程中如何屏蔽不需要的信息，起到信息过滤器的作用。二是在可穿戴计算机的设计中，考虑信息的安全性，防止无线通信过程中的信息泄露和被窃取。

　　（2）可穿戴计算机的六个属性

　　可穿戴计算机的六个属性是：非限制性、非独占性、可觉察性、可控性、环境感知性与交流性。

　　非限制性：可穿戴计算机不像虚拟现实游戏那样完全切断用户与外界的联系，系统设计的重点放在增强用户的感知能力上。它也不像使用个人计算机那样，需要将用户的注意力放在计算过程上。

　　非独占性：可穿戴计算机不限制用户的移动，用户使用它的时候可以做其他的事，例如可以在跑动的过程中发送信息。我们使用个人计算机时，要面对显示屏，双手操作键盘和鼠标，而可穿戴计算机可以解放使用者的双手。

　　可觉察性：可穿戴计算机可以在必要时对用户进行有效的提醒，保证随时、随地接受用户的操作和显示结果。

　　可控性：在可穿戴计算机中，用户在任何需要的时候都可以获得系统的控制权。在自动处理过程中，能够切断可穿戴计算机的自动控制链，进行人工干预，或将人工干预加入到自动控制链中。

　　环境感知性：可穿戴计算机具有环境觉察、多重模式、多重感知能力。

　　交流性：可穿戴计算机具有通信能力。用户可以通过该系统与其他可穿戴计算机，以及电子设备、网络进行通信。

　　（3）可穿戴计算机的三大能力：移动计算能力、智能助手能力、多种控制能力

　　移动计算能力：用户可以在运动状态使用可穿戴计算机。在Wi-Fi、Adhoc、3G/4G、蓝牙技术的支持下，可以提供移动数据通信、接收和处理能力。

　　智能助手能力：可穿戴计算机通过增强现实、介入现实、环境感知，达到延伸人的大脑、四肢与感官的目的。增强现实是通过将声、图、文叠加于真实环境之上，提供附加信息，实现提醒、提示、助记、解释等辅助功能。介入现实表现在被处理后的“现实”既不是完全的“现实”，也并非完全的“虚拟”上。环境感知表现在当用户未主动向可穿戴计算机发出指令时，系统自动感知环境的变化，并向用户发出提示和响应。

　　多种控制能力：体现在可穿戴计算设备可以根据穿戴人简单的语音、手势、触觉来触发执行用户的操作指令。例如，智能眼镜可以通过眼动跟踪、头的摆动、眨眼等动作去完成摄像或拍照等控制命令。目前正在研究的嵌入了脑电波传感器阵列的头盔，通过无线方式连接控制装置，将穿戴人的脑电波或动作转变为控制指令，去操作电动轮椅、无人机或游戏场景。

　　3.可穿戴计算机在物联网中的应用

　　可穿戴计算机可以应用于远程支援、抢险救灾、医疗救护、社会治安、新闻采访、社会娱乐与军事等领域。为了适应不同的用户需求，可穿戴计算机根据其功能、与人交互方式的不同，而被设计成不同的内部结构和不同的外形。有的设计者在旅行者的行李或钱包中嵌入智能芯片，如果行李或钱包离开主人一定距离之后就立即提示。有的设计者将智能芯片与传感器嵌入衬衣里，成为一种智能衬衣。当患者穿上这种智能衬衣后，便可跟踪和记录患者的生命参数。当重要的生命参数发生变化时，智能衬衣会及时通知医生进行治疗或抢救。医生也可以根据智能衬衣所采集的数据了解患者服药的效果，作为新药临床实验数据的采集源。有设计者设计出一种消防队员使用的可穿戴计算机，当消防队员穿上这种设备进入火场时，可穿戴计算机就可以及时、准确地向指挥员提供火场信息；还有设计者设计了一种记者在采访现场使用的可穿戴计算机，使记者在采访现场（尤其是突发事件处理现场）能够尽可能多地获取第一手资料。

　　4.可穿戴计算机在提高人的感知能力方面研究的发展

　　2009年2月，MIT媒体实验室的研究人员发表了一篇关于可穿戴计算的论文“TED:MITStudentsTurnInternetIntoaSixthHumanSense—Video”。论文展示了他们研发的一种可穿戴计算机系统的成果。

　　媒体实验室流体界面组的PattieMaes表示，这项研究的目的是为人类创造一种新型数字“第六感”。PattieMaes解释说：在触觉世界里，我们利用五种感觉收集周围环境有关的信息，并对它做出反应。但是很多帮助我们了解这个世界，并对之做出反应的信息并不是来自这些感觉。这些信息可以来自计算机与网络世界。该科研组一直在思考一个人如何才能更好地与周围环境融为一体，如何便捷地获得信息。因此他们确定该项研究的目标是：像人类的视觉、听觉、触觉、嗅觉那样利用计算机以一种第六感觉的方式去获得信息。这个可穿戴计算机系统由软件控制的特殊功能的颜色标志物（ColorMarker）、数字相机、投影仪组成，硬件设备通过无线网络互联。
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