可穿戴計算機硬件技術的應用研究

崔 劍

阜新高等專科學校遠程教育中心，遼寧阜新 123000

0 引言

近幾年，穿戴式計算機（Wearable Computer）在全球工業界與計算機學術界掀起一股熱潮，專家學者們紛紛把眼光關注這個來勢洶洶的技術成果。穿戴式計算機已經將初級產品面向市場，發展的勢頭很猛，能夠應用于各大領域，具有極大的市場潛力，因此研究其技術的人也越來越多。穿戴式計算機作為一種新興科技成果的代表，灌輸有“以人為本”的先進理念，雖然才剛剛處于起步的階段，但是其具備的方便易攜等特點已經得到眾人的青睞，可見未來技術進步后其具有的潛力[1]。穿戴式計算機憑借具有特色的硬件系統技術，開始應用于世界各國的不同領域，速度迅速，影響范圍廣，可以算是一場計算機與人類之間相互聯系的技術革命。

1 可穿戴計算機的簡介

1.1 可穿戴計算機的概念

穿戴式計算機的特色十分明確地體現在其名字當中，即它能如同人類的衣服那般，方便地“穿戴”在身上，雖然其相較與普通計算機體積小，但是其功能卻毫不遜色，在不同的環境都能任意使用，并且能快速地為人們處理計算問題，是人們在工作或生活中的得力助手[2]。也正因為其便攜特點，人們在使用時顯得更加得心應手，格外適宜在戶外或其他機動場合使用。更通俗易懂的說法來看，人們在日常生活中頻繁使用到的移動電話、U盤、MP3以及 掌上電腦（Personal Digital Assistant，簡稱PDA）等，從廣義上定義都屬于穿戴式計算機，但是它們并不能完全等同于穿戴式計算機，因為其只是穿戴式計算機部分功能的體現，例如：移動電話可以看做是一臺能夠便于攜帶并且具備處理功能的計算機；U盤可以看做是可穿戴計算機的CF機存儲器，而MP3則是可穿戴計算機存儲器和處理器的共同體現。

1.2 可穿戴計算機的特性

1.2.1 非獨占性

可穿戴計算機與其他虛擬現實技術不同的是，它不會阻隔斷絕外界的聯系，在應用可穿戴計算機是同時，還能夠去進行其他需要關注的事情，不會造成相互耽誤。可以這么理解，人們使用可穿戴計算機，但是“計算”并不是第一順位，因此不是全部精力要關注的事情，不具備獨占性，反而是具有其他感知能力，例如：故意增強或虛弱、適當調整等，更理想地可穿戴計算的感知能力則是可以直接提供增強作用。

1.2.2 非限制性

使用可穿戴計算機的用戶，不會因受到地域限制而導致信息計算無能，不論是在漫游、移動或是走動中應用可穿戴計算，都能夠保證其應用的價值，并且不干擾人們做其他的事情。

1.2.3 感知性

感知性主要是指可穿戴計算對環境的感知功能，其呈現出來的感知能力是多層次、多模式和多形態的。

1.2.4 可觀性

可觀性主要是指可穿戴計算在用戶同意的前提下，能被用戶夠連續關注，并且使用者可以保持輸出媒體可持續的感受。

1.2.5 交流性

可穿戴計算機實現了計算機和人類之間的互通有無，能使穿戴計算與使用者之間有良好的交流。

1.2.6 可控性

可控性主要是指可穿戴計算在任何時間任何地點，都能進行自動化的操作運行，并且用戶可以選擇人為介入或是人為斷開，能夠自主地控制回路。

2 可穿戴計算機存在的問題

雖然可穿戴計算機具有許多優勢屬性，但是其處于發展中時期，仍然存在著許多問題，而這些問題使可穿戴計算機硬件系統技術的發展，其中，最突出的問題有兩個方面，即人機交互的問題與COT器件的影響。

2.1 人機交互存在的問題

由于可穿戴計算機硬件技術還未成熟，只是處于起步階段，所以人們在使用時，穿戴計算機對人體的語音識別能力不算發達。另外，輸出設備（頭戴撤示器HMD）、輸入設備（鍵盤、鼠標等）、主機、電源等組成計算機系統的硬件設施，還有許多要完善的地方，例如：可穿戴計算機運作的途徑是微型輸入設備→頭戴撤示器HMD→輸出設備（信息），人機互動的方式比較常見，但是由于輸入設備的速度不快，使用者在控制時會遇到操作遲鈍等缺陷；頭盔撤示器具有撤示器易發生抖動、使用者視角范圍小等弊端。因此，人機互動的過程不夠友好，如果使用者應用可穿戴計算機的時間過長，容易造成視覺壓力過大。

2.2 COTS器件存在的問題

現有的可穿戴計算機所選用的COTS器件，并不是為可穿戴計算機量身打造的，而是使用于各種工控系統設計、嵌入式系統的器件。因此，在體積大小、結構組成與功耗等問題上，并能與可穿戴計算機達成最理想的兼容與平衡。由此可見，可穿戴計算機的器件還是不夠先進，仍然需要進行深度的研發。

3 可穿戴計算機硬件技術發展現狀

從可穿戴計算機的硬件組成形態給其進行分類，可以分成兩種，分別是分布式（主機）可穿戴計算機與集中式（主機）可穿戴計算機[3]。兩種可穿戴計算機既有共同之處，也有各自的優勢。

3.1 共同點

分布式（主機）可穿戴計算機與集中式（主機）可穿戴計算機都是以耗能最低、微型化、嵌入式的COTS器件為基礎，以此為其他主要的部件搭建平臺。這種模式是優點在與節省成本，縮短研發時間等，但是缺陷是不能保證可穿戴計算機的穩定性，導致其降低應用價值，進而給推廣帶來影響，不利于可穿戴計算機面向市場進行大范圍的普及。

3.2 不同點

分布式（主機）可穿戴計算機主要應用身體總線與身體網絡進行相互連接，不同的部件都以合理的方式分布于身體的不同位置，通過線的連接形成一個完整計算機系統。

集中式（主機）可穿戴計算機指的是，排除例如鼠標、HMD、電池、鍵盤這些有分離必要的部件之外，其他例如無線通信、Memory、CPU、GPS、Chipset等有壓縮必要的部件，必須集中放置在機殼中，最大限度地濃縮于一個主機系統之內，形成一個具有微型性和緊湊性的主機系統。

4 可穿戴計算機硬件技術的應用與發展前景

4.1 可穿戴計算機在不同領域的應用

可穿戴計算機的應用范圍非常廣泛，不論是從理念，還是尸體操作控制，可穿戴計算機都在不同的領域發揮著強大的影響力，就不同國家不同領域的應用，舉例分析可穿戴計算機的應用價值，具體如下：

1）可穿戴計算機硬件在軍事方面的應用

可穿戴計算機還被應用到軍事領域中。早在1991年，美國就提出了“陸地勇士”的概念，借助可穿戴計算機，訓練出計算機和戰士共同結合的新興勇士。美國預計花費15年（2001年～2014年）時間，投資近20億美元進行研發。大規模的資金投入和時間消耗，都是為了將高新科技結合到小型武器中，從而增強在地面實戰中的軍事實力。例如：美國陸軍專門使用的導航儀就有利用到可穿戴計算機硬件技術。

2）可穿戴計算機硬件在生活方面應用

可穿戴計算機主要包含有單握式鍵盤、目鏡顯示器、多功能攝像頭、便攜主機等多個部件，具有重量輕、功能強大、方便易攜的特殊性能。韓國利用可穿戴計算機進行時裝活動現場，曾在二零零六年，韓國開展過以“可穿戴計算機”為主題的時裝秀，借以表達其對未來的概念。從服裝秀的主題到服裝的詮釋，都不難發現人們對可穿戴計算機的關注度越來越高，從側面反應出可穿戴計算機作用開始受到人們的肯定。在二零零三年的日本東京，舉辦過一場探討可穿戴計算機發展前景的“媒體服裝時尚展”，人們利用構成可穿戴計算機的器件，或是由可穿戴計算機硬件技術作用下的產品作為創作元素，展現可穿戴計算機在人們生活中的積極作用。

4.2 可穿戴計算機硬件技術的發展前景

具有“以人為本”先進理念支持的可穿戴計算機（Wearable Computing），在新的形勢下，既面臨著挑戰，也恰逢著機遇。可穿戴計算機主要面臨的挑戰，在于其仍然處于發展階段，并沒有完善的理論和技術作為支持，還沒有機會徹底發揮其存在的應用價值，所以，在商業價值方面還沒有達到最有效益的體現，在市場普及方面還沒有達到最理想的狀態[4]。但是，也正因為亟待處理的技術問題，讓可穿戴計算機具有時代機遇。如今，經濟發展和社會進步的速度是日新月異，就算可穿戴計算機的作用還沒有得到充分展現，但是其所具備的潛在實力卻逐漸被人們挖掘和認同，特別是在硬件技術上擁有極大的發展空間。相信只要假以時日，給予可穿戴計算機技術研發足夠的時間和資金支持，可穿戴計算機的經濟效益和社會效益都會達到一個質的飛躍。到那時，人們可以在生活和工作中，大范圍、多層次、多角度地應用可穿戴式計算機，使得可穿戴式計算機可以在許多特殊領域中發揮其積極作用，真正實現計算機與人類生之間的相互聯合，體現可穿戴式計算機對人類的重要意義。

[1]李明輝.可穿戴計算機電池供電系統設計及低功耗的研究與實現[D].西北大學，2010.

[2]喬龍.基于FPGA的可穿戴計算機的處理器設計[D].西北大學，2010.

[3]陳亞瓊.藍牙和Wi-Fi在可穿戴計算機中的應用研究與設計[J].黑龍江科技信息，2010(6)：123-124.

[4]張坤,王達,崔蕊.可穿戴式計算機與無線網絡技術要點分析[J].科技信息(科學教研)，2009(26)：155-156.