可穿戴设备七大关键交互技术
陈根 陈根

可穿戴设备七大关键交互技术

可穿戴设备设备,通俗地理解就是一种可穿戴的便携式计算设备,具有微型化、可携带、体积小、移动性强等特点。主要的交互方式及交互技术有七方面。

可穿戴设备设备,通俗地理解就是一种可穿戴的便携式计算设备,具有微型化、可携带、体积小、移动性强等特点。因此在人机交互方面与一般的计算设备,或者说智能设备不同,是一种人机直接无缝、充分连接的交互方式,其主要特点包括单(双)手释放、语音交互、感知增强、触觉交互、意识交互等。主要的交互方式及交互技术有以下七方面:

1.骨传导交互技术

骨传导交互技术主要是一种针对于声音的交互技术,将声音信号通过振动颅骨,不通过外耳和中耳而直接传输到内耳的一种技术。骨传导振动并不直接刺激听觉神经,但它激起的耳蜗内基底膜的振动却和空气传导声音的作用完全相同,只是灵敏度较低而已。

在正常情况下,声波通过空气传导、骨传导两条路径传入内耳,然后由内耳的内、外淋巴液产生振动,螺旋器完成感音过程,随后听神经产生神经冲动,呈递给听觉中枢,大脑皮层综合分析后,最终“听到”声音。简单一点说,就是我们用双手捂住耳朵,自言自语,无论多么小的声音,我们都能听见自己说什么,这就是骨传导作用的结果。

骨传导技术通常由两部分构成,一般分为骨传导输入设备和骨传导输出设备。骨传导输入设备,是指采用骨传导技术接收说话人说话时产生的骨振信号,并传递到远端或者录音设备。骨传导输出设备,是指将传递来的音频电信号转换为骨振信号,并通过颅骨将振动传递到人内耳的设备。

目前在智能眼镜、智能耳机等方面,骨传导技术是比较普遍的交互技术,包括谷歌眼镜也是采用声音骨传导技术来构建设备与使用者之间的声音交互。

2.眼动跟踪交互技术

眼动跟踪,又称为视线跟踪、眼动测量。眼动追踪技术是一项科学应用技术,通常由三种追踪方式:一是根据眼球和眼球周边的特征变化进行跟踪,二是根据虹膜角度变化进行跟踪,三是主动投射红外线等光束到虹膜来提取特征。眼动追踪技术是当代心理学研究的重要技术,已经存在着相当长的一段时间,在实验心理学、应用心理学、工程心理学、认知神经科学等领域有比较广泛的应用。随着可穿戴设备,尤其是智能眼镜的出现,这项技术开始被应用与可穿戴设备的人机交互中。

眼动跟踪交互技术的主要原理是,当人的眼睛看向不同方向时,眼部会有细微的变化,这些变化会产生可以提取的特征,计算机可以通过图像捕捉或扫描提取这些特征,从而实时追踪眼睛的变化,预测用户的状态和需求,并进行响应,达到用眼睛控制设备的目的。

通常眼动跟踪可分为硬件检测、数据提取、数据综合3个步骤。硬件检测得到以图像或电磁形式表示的眼球运动原始数据,该数据被数字图像处理等方法提取为坐标形式表示的眼动数据值,该值在数据综合阶段同眼球运动先验模型、用户界面属性、头动跟踪数据、用户指点操作信息等一起被综合实现视线眼动跟踪功能。

3.AR/MR交互技术

增强现实(AR),是指在真实环境之上提供信息性和娱乐性的覆盖,如将图形、文字、声音及超文本等叠加于真实环境之上,提供附加信息,从而实现提醒、提示、标记、注释及解释等辅助功能,是虚拟环境和真实环境的结合。介入现实(MR),则是计算机对现实世界的景象处理后的产物。

AR/MR技术可以为可穿戴设备设备提供新的应用方式,主要是在人机之间构建了一种新的虚拟屏幕,并借助于虚拟屏幕实现场景的交互。这是目前智能眼镜、沉浸式设备、体感游戏等方面应用比较广泛的交互技术之一。

4.语音交互技术

语音交互可以说是可穿戴设备时代人机交互之间最直接,也是当前应用最广泛的交互技术之一。尤其是可穿戴设备的出现,以及相关语音识别与大数据技术的逐渐成熟,给语音交互带来全新的契机。新一代语音交互的崛起,并不是识别技术上取得了多大的突破,而关键是将语音与智能终端以及云端后台进行了恰到好处的整合,让人类的语音借助于数据化的方式与程序世界实现交流,并达到控制、理解用户意图的目的。前端使用语音技术,重点在后台集成了网页搜索、知识计算、资料库、问答推荐等各种技术,弥补了过去语音技术单纯依赖前端命令的局限性。

语音交互技术的应用分为两个发展方向:一个方向是大词汇量连续语音识别系统,主要应用于计算机的听写机;另一个重要的发展方向是小型化、便携式语音产品的应用,如无线手机上的拨号、智能玩具等。当然,目前还没有充分普及的关键因素是语音识别的排干扰能力还有待加强,多语境下的识别还有待完善。

5.体感交互技术

体感交互技术是指利用计算机图形学等技术识别人的肢体语言,并转化为计算机可理解的操作命令来操作设备。体感交互是继鼠标、键盘和触屏之后新的人机交互方式,也可以说是可穿戴设备趋势下带动起来的一种人机交互技术。

肢体,包括手势交流是人的本能,在学会语言和文字之前,已经能用肢体语言与人交流。其实手势交互技术的存在已经有相当长的一段时间,在过去30年,研究人员一直在研究基于肢体语言的交互系统。因为肢体语言在日常生活中最为频繁,便于识别。只是之前所有基于肢体语言的研究主要以手势识别为主,而对身体姿势和头部姿势语言较少。随着可穿戴设备,尤其是智能服饰产业以及体感交互优势产业的发展,可以说体感交互将成为可穿戴设备不可或缺的人机交互技术。

其中尤其以手势交互最具代表性,手势识别是利用各类传感器对手部/手持工具的形态、位移等进行持续采集,每隔一段时间完成一次建模,形成一个模型信息的序列帧,再将这些信息序列转换为对应的指令,用来控制实现某些操作。随着各项技术的成熟和传感器的发展,手势识别已经进入可用性阶段,各类产品和解决方案也开始涌现。

6.触觉交互技术

触觉交互是目前可穿戴设备产业中比较新的人机交互技术,对人机之间的信息交流和沟通方式将产生深远的影响。触觉可谓是人体一切的感觉之母,是人类与外界交流,并感受外界的重要通道之一。软硬、冷暖、粗细,以及物体形状等信息,都可以在触摸中感知,人类更复杂的情感交流也可以通过触摸实现。触觉交互研究如何利用触觉信息增强人与计算机和机器人的交流,其领域包括手术模拟训练、娱乐、机器人遥控操作、产品设计、工业设计等。触觉交互目前在沉浸式智能产品中有了一定的应用探索,将会是未来人类在虚拟现实中“真实”的感知外界的一种关键交互技术

7、脑波交互技术

脑波交互也可以理解为意识控制技术,这项技术在目前已经有了一定的探索,但还没有得到比较广泛的应用。可以说脑波交互技术将会是可穿戴设备产业的终极交互方式,不仅构建了人与设备之间,同时也是构建人与人之间的一种新的沟通方式。未来,我们借助于脑波交互技术,人与人之间将会达成充分的“默契”。同样,人与设备之间也将构建出一种新的人机交互方式,这种交互方式可以说是可穿戴时代的终极交互方式。

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