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可穿戴设备即直接穿戴在身上或者整合到用户的衣服或配件上的一种便携式设备，可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，穿戴式智能设备是对可穿戴式硬件设备进行智能化设计、研发的全过程，如眼镜、手套、手表、服饰及鞋等，还可以通过软件支持、互联网＋以及数据交互、云端交互来实现强大的交互功能，可穿戴设备将会对我们的生活、感知带来巨大的改变。广义穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或者部分的功能，如智能手表、智能眼镜以及智能手环等，以及只专注于某一类应用功能，需要和其他设备（如智能手机）配合使用，如各类进行医疗监测的智能手环、智能首饰等。随着技术的进步以及用户需求的变迁，可穿戴式智能设备的形态与应用热点也在不断变化。
穿戴式技术在国际计算机学术界和工业界一直备受关注，只不过由于造价成本高和技术复杂，很多相关设备仅仅停留在概念领域。随着移动互联网的发展、技术的进步和高性能低功耗处理芯片的推出等，部分穿戴式设备已经从概念化走向商用化，新式穿戴式设备不断出现，谷歌、苹果、微软、索尼、奥林巴斯、摩托罗拉等诸多科技公司也都开始在这个全新的领域深入探索、研究和开发新一代可穿戴智能设备。
穿戴式智能设备拥有多年的发展历史，穿戴式智能设备的设计思想和雏形在20世纪60年代就已出现，而具备可穿戴式智能设备形态的设备则于70至80年代出现，史蒂夫•曼基于Apple-II6502型计算机研制的可穿戴计算机原型就是其中的代表。随着计算机标准化软、硬件以及互联网技术的高速发展，可穿戴式智能设备的形态开始变得多样化，逐渐在工业、医疗、军事、教育、娱乐等诸多领域表现出重要的研究价值和应用潜力。
在学术科研层面，美国麻省理工学院、卡耐基梅隆大学、日本东京大学的工程学院以及韩国科学技术院等研究机构均有专门的实验室或研究组专注于可穿戴智能设备的研究，拥有多项创新性的专利与技术，中国学者也在20世纪90年代后期开展可穿戴智能设备的研究。在机构与相关活动领域，美国电气和电子工程师协会成立了可穿戴IT技术委员会，并在多个学术期刊设立了可穿戴计算的专栏。国际性的可穿戴智能设备学术会议IEEEISWC自1997年首次召开以来已举办了18届。
在中国国家自然科学基金委的支持下，由中国计算机学会、中国自动化学会、中国人工智能学会等主办召开了3届全国性的可穿戴计算学术会议。另外，中国国家自然科学基金委和中国国家“863计划”也支持多项可穿戴式智能设备相关技术产品研发项目。
在可预见的未来，可穿戴智能设备将用于办公、娱乐、运动、健康等领域，这也令这个市场看起来更加诱人。那些可以穿在身上的智能设备以前只能在电影中才能看到，随着科技的不断进步，这些电影中的情节正在变为现实。从谷歌眼镜到乐源fashioncomm、苹果iWatch再到三星GalaxyGear，人们已经越来越关注可穿戴智能设备，而相关企业也将出现爆炸式增长。对于用户来说，尽管这些智能设备的功能还无法与智能手机、平板电脑相媲美，但类似于眼镜、手表、腕带等可以解放双手的智能小物件依然充满了吸引力。对于大型跨国企业来说，这些智能设备能够让管理者以更低的成本获得全球各个分支最及时的信息反馈。
国际著名调查机构Visiongain指出，未来5年可穿戴智能设备市场的发展将如近年来智能手机和平板电脑的发展一样引领相关科技企业新一轮的爆炸式增长，这些企业的收入前景也非常乐观。市场研究机构JuniperResearch在其报告中认为，在未来一年的时间里，除了谷歌、乐源、苹果和三星以外，宏碁、英特尔、微软、LG有望试水这一领域。据其预测，2015年可穿戴智能产品的市场规模将达到8亿美元，而2016年这一数值将增长近一倍至15亿美元，到2017年，可穿戴智能设备的年销量将从目前的1500万件增至7000万件。美国咨询公司高德纳（Gartner）的预计更为乐观，认为2016年可穿戴智能设备的市场规模将达到100亿美元。美国科技博客BusinessInsider也有文章指出，到2018年，这一领域的市场规模将突破120亿美元。
穿戴式智能设备的本意是探索人和科技全新的交互方式，为每个人提供专属的、个性化的服务，而设备的计算方式无疑要以本地化计算为主。只有这样才能准确地定位和感知每个用户的个性化、非结构化数据，形成每个人随身移动设备上独一无二的专属数据计算结果，并以此找准直达用户内心真正有意义的需求，最终通过与中心计算的触动规则来展开各种具体的针对性服务。穿戴式智能设备已经从幻想走进现实，它们的出现将改变现代人的生活方式。
可穿戴智能设备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。可穿戴智能设备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几个方面。
骨传导交互技术主要是一种针对于声音的交互技术，是一种将声音信号通过振动颅骨，不通过外耳和中耳直接传输到内耳的技术。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。简单一点来说，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，骨传导技术是使用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。
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，通常有3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于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以坐标形式表示的眼动数据值，该值在数据综合阶段和眼球运动先验模型、用户界面属性、头动跟踪数据、用户指点操作信息等一起综合实现视线眼动跟踪功能。
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、视频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技术可以为可穿戴智能设备提供新的应用方式，主要是在人机之间构建一种新的虚拟屏幕，并借助于虚拟屏幕实现场景的交互。这是目前在智能眼镜、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。
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在识别技术上取得了多大的突破，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有两个发展方向：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，例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。
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，人已经能用肢体语言进行交流。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年中，研究人员一直在研究基于肢体语言的交互系统。肢体语言在日常生活中使用的最为频繁，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，对身体姿势和头部姿势语言的研究较少。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。
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，将会是人类未来在虚拟现实中“真实”地感知外界的一种关键交互技术。
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，同时也构建了人与人之间的一种新的沟通方式。未来，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。
“可穿戴设备”这个看起来非常高科技的词几乎是突然间就在网络、人群中流行起来。如果究其根源，则是于2012年6月谷歌在其I/O大会上发布GoogleGlass之后可穿戴设备才逐渐映入了大家的眼帘。
其实，可穿戴设备这一概念早在20世纪60年代就被美国麻省理工学院的媒体实验室提出，当时的意图是将多媒体、传感器和无线通信等技术嵌入到人们的衣着中。可穿戴技术主要探索和创造能直接穿在身上或是整合进用户的衣服或配件的设备的科学技术。随着时代的进步和科技的发展，我们的生活中也涌现出各种可穿戴设备。
纵观市场上出现的几款智能可穿戴设备，以谷歌为代表的智能终端设备谷歌眼镜（Google Glass）定义了下一代智能设备的雏形，是可穿戴设备的一个典型代表，如果我们戴着Google Glass出门，就可以抛弃传统的智能手机了。谷歌眼镜（GoogleGlass）是由谷歌公司于2012年4月发布的一款“拓展现实”眼镜，它具有和智能手机一样的功能，可以通过声音控制拍照、视频通话和辨明方向、上网冲浪、处理文字信息以及收发电子邮件等。谷歌眼镜的外观类似一个环绕式眼镜，其中一个镜片具有微型显示屏的功能。谷歌眼镜如图1-37所示。
图1-37 谷歌眼镜
谷歌眼镜主要由镜架、相机、棱镜、CPU以及电池等组成，当谷歌眼镜工作时，先由相机捕捉画面，然后通过一个微型投影仪和半透明棱镜将图像投射在人体视网膜上。此外，谷歌眼镜的CPU部分还集成有GPS模块。
谷歌眼镜承载着可穿戴设备的开端，它极具想象空间，前途不可限量。谷歌眼镜具有以下基本特点。
（1）精巧且功能强大：谷歌眼镜包含了很多高科技，包括蓝牙、Wi-Fi、扬声器、照相机、麦克风、触摸盘以及探测倾斜度的陀螺仪等，还有最重要的手指般大小的屏幕，能够帮助用户展示需要的信息。其所有的设计都非常贴近实用，尽量不影响我们的日常生活。
（2）语音控制命令：谷歌眼镜配备了音控输入设备，可以通过麦克风来启动，只要说“ok， glass”即可，当然也可以通过手指来触发。另外可以通过口令来启动视频或者照相，最重要的是还可以使用侧面的触摸垫来选择菜单。
（3）无扰模式，解放双手：谷歌眼镜用户可以在真实的世界中移动，可以通过语音指令来使用photoapps照相，而不用传统的拍照方式来获取图片，解放了双手，同样可以帮助用户实时摄像，而不干扰用户欣赏比赛的激动时刻。
（4）强大的网络功能，持续工作永不停歇：使用谷歌眼镜可以随时连接到互联网拍摄视频或者照相，可以在出去参加会议时依旧处理相关的工作而不需要待在桌子旁边。其强大的音频输入允许用户快速处理文字信息、添加视频和图片，并且通过移动连接发送，而不必拿出手机。
（5）强大的导航功能：谷歌眼镜拥有导航功能，有了谷歌眼镜肯定不会再迷路了，让用户感觉犹如来到未来，相信喜欢看科幻电影的朋友对于这种实时实景的导航不陌生。它帮助用户开启行走导航，甚至开车导航。
（6）实时采集：这是谷歌眼镜最强大的地方，实时采集信息，想象一下如果需要搭乘飞机旅行，GoogleNow将帮助用户安排行程，提醒相关的路况信息，甚至是酒店，出租安排，服务全面、系统、贴心。
（7）设备兼容：谷歌眼镜不仅支持Android，也支持iOS。它作为第三方的设备存在，可以让用户不掏出手机即可接听电话。
（8）时尚装饰品：谷歌眼镜的设计绝对是一流水准，可以将它作为一个时尚的装饰品，它有5款不同的颜色，由超棒的眼镜公司设计，绝对不同凡响。
（9）支持流媒体：在启动时，谷歌眼镜将提供新的语音命令“收听”。用户说出一首歌或一名歌手的名字，随后即可通过谷歌Play商店收听流媒体音乐。如果用户启用谷歌Play账户，那么还可以基于历史记录获取推荐的播放列表和歌曲。
图1-38 Virglass智能眼镜
谷歌眼镜开创了头部穿戴设备热潮，Virglass专注于可穿戴设备虚拟现实技术的研究与产业化，Virglass可穿戴智能设备上海某移动互联网公司正在研发一款名为“Virglass”的可穿戴智能设备。这款号称“中国版谷歌眼镜”的Virglass是一款基于虚拟现实的视觉娱乐穿戴设备，并非是此前网上传闻的GoogleGlass同类产品。Virglass幻影虚拟现实头盔安全、可靠、防辐射，提供IMAX巨幕体验，具有顶级光学镜头，符合极致人体工程学，外观时尚，是魔镜中的艺术品，专享虚拟现实APP，提供360°全景体验以及3D私人影院。Virglass智能眼镜采用世界最先进的虚拟现实技术，用户可以在现实世界中模拟出一个虚拟的3D世界，戴上Virglass智能眼镜，可享受沉浸式的完美3D体验。用户透过镜片可以看到等同于在5m外观摩35m宽的3D荧屏巨幕的效果，真正的3D环绕、立体音效，保证无损超清画质。Virglass智能眼镜如图1-38所示。
智能手表此前已经在三星、索尼、中兴等公司推出，在真正的智能手表的革命变革浪潮中，苹果iWatch可穿戴智能手表是典型代表。iWatch可穿戴智能手表的高端版价格在数千美元以上，甚至可以直接“进驻”高端奢侈品。苹果公司或借可穿戴设备再创乔布斯新神话。
AppleWatch是苹果公司于2014年9月公布的一款智能手表，它有AppleWatch、Apple WatchSport和AppleWatchEdition几种风格不同的系列。AppleWatch采用蓝宝石屏幕与ForceTouch触摸技术，有多种颜色可以选择。3个系列都于2015年4月10日接受预定，从4月24日起正式发售。其首发地区为中国大陆、中国香港、美国、日本、英国、法国、加拿大、澳大利亚。2015年9月10日，苹果公司推出了多个新版本的AppleWatch，包括新增配色、爱马仕版的皮制表带以及多种颜色的表带。
AppleWatch采用蓝宝石屏幕，两个屏幕尺寸，支持电话，语音回短信，连接汽车，提供天气、航班信息，地图导航，播放音乐，测量心跳、计步等几十种功能，是一款全方位的健康和运动追踪设备。不仅如此，库克在发布会上表示：“我们不想把iPhone的界面缩小了放在你的手腕上”。这是一款革命性的产品，用户界面经过了全新的设计。苹果公司的3个系列的可穿戴智能手表如图1-39所示。
随着可穿戴科技时代来临，智能手表大变身，谷歌眼镜的出现使可穿戴的高科技产品开始受到越来越多人的青睐，酷炫的外形和高大上的科技含量让这些充满奇思妙想的可穿戴小物件得到了日新月异的发展，可穿戴智能手表的设计最令人惊叹，如图1-40所示。
真正的可穿戴智能手环Cicret可以颠覆iPhone，Cicret内置了微型的投影装置，可以将屏幕投射到用户的手臂上。同时，手环内部还有8个红外接近传感器，可以检测到用户在投影屏幕上触控的动作，然后将信息发送到手环的处理器。也就是说，用户可以在手臂上发送信息，而不必将手机掏出来。这款手环比其他可穿戴智能设备更加独立，它本身自带处理器、闪存、震动马达、Wi-Fi和蓝牙模块、传感器和投影仪，不依赖智能手机也能正常使用。可穿戴智能手环的构成原理如图1-41所示。
图1-39 苹果公司的3个系列的可穿戴智能手表
图1-40 可穿戴智能手表
不仅如此，Cicret智能手环还具有安全隐蔽功能。CicretAPP能将用户进行的聊天和分享等设置为匿名操作。而对于已经发送的信息，它还可以定义发件箱内容的存储时间，远程修改或删除。这个APP采用的是创新的加密技术，能确保用户的隐私安全。
Cicret能把用户的手臂变成屏幕，听起来有点难以置信。Cicret是一款让人能在皮肤上直接操控智能设备的智能手环，确切地说是把智能设备投影到用户的手臂上，让用户可以用手直接去控制，如图1-42所示。
创意来自于FrancescaBarchie的交互式智能手套是一款基于手势控制和3D投影的可穿戴智能设备，包含Camera（摄影机）、Speaker（扬声器）、Microphone（麦克风），这款设备结合了可穿戴设备和智能相机两种特性。他希望这款产品不仅能够拍照和录像，而且能够用于帮助企业展示项目进程，帮助正常人识别聋哑人的手语，从而实现不懂手语的人也能和聋哑人正常沟通的功能。
图1-41 可穿戴智能手环的构成原理
图1-42 可穿戴Cicret智能手环的
可穿戴智能手套最大的特点就是轻薄，就像是手上的涂鸦，又似人体的第二层皮肤。对于智能手套的使用，手势控制可以进行输入，3D投影负责输出，从而实现交互。将食指和拇指圈成一圈，放眼睛前面就能拍照，两人握手就能交换信息，还能直接测量物体的长度，并由3D投影直接投出来。可穿戴智能手套如图1-43所示。
女性首选配饰如高科技智能项链Purple。智能项链Purple内置蓝牙，可以与智能手机连接并使用应用程序管理，支持Facebook、Instagram等社交应用及SMS短信，使用应用程序指定几个亲人和挚友，他们的消息、照片便会显示在圆形的屏幕上，如图1-44所示。
智能项链Purple的通知形式很有趣，项链拥有一个边缘微微翘起的盖子，获取新照片及消息时屏幕便会发光、渗透出一些光芒，通知用户打开盖子查看照片。智能项链Purple的操作非常简单，基本上只允许左右滑动，不会显示繁杂的信息。唯一的一个额外功能称为“The Peek”（偷看的意思），当用户看一张照片时，可以查看照片来自谁，以及哪些好友在查看这张照片，另外还可以使用预设文字快速回复，并分享给他人。智能项链Purple如图1-45所示。
图1-43 可穿戴智能手套的设计效果
图1-44 可穿戴智能项链的设计效果
图1-45 可穿戴智能项链的使用效果
虚拟现实重新定义可穿戴智能设备，然而因为技术的限制，可穿戴设备一直处在一个鸡肋的尴尬境地。曾经最受关注的GoogleGlass一波三折，当用户备感失望的时候，Microsoft HoloLens全息眼镜带来了新的曙光。
MicrosoftHoloLens全息眼镜让用户在该设备上能够上网、聊天、看新闻和玩游戏，通过虚拟现实增强技术将这一切与现实世界进行复合，获取更加强大的感观感受和体验。如果这个目标得以实现，那么将会进入继计算机互联网和移动互联网后的又一个互联网——可穿戴互联网。
自苹果公司重新定义了智能手机之后，整个世界快速进入到了移动互联网时代，背后最根本的原因是移动互联网实现了一种更加灵活、方便且永不下线的上网方式，而Microsoft HoloLens全息眼镜将重新定义互联网的入口。
结合虚拟/增强现实技术，可穿戴眼镜除了可以上网以外，还可以带来无法估量的想象空间。当虚拟/增强现实和可穿戴技术足够成熟可以实现的时候，手机作为互联网的终端地位或许将会被完全颠覆，基于互联网的各种商业模式都将被改变。
在可穿戴互联网上，如果用户看到一个喜欢的东西，不需要再用手机或者计算机打字搜索，可以通过智能语音搜索技术或者是其他的技术，直接用智能眼镜去扫描物体，智能眼镜上面会显示出相关信息，整个过程人们连动一下手指都不必要，解放了双手，这明显是一种比手机还要方便的上网方式。
对于可穿戴智能交互技术，可穿戴智能眼镜和手环才是可穿戴设备最理想的载体，通过可穿戴智能眼镜和手环配合实现人机交互是最理想的状态。除了“意念控制”以外，消费级虚拟现实设备的体积会越来越趋向于便携、轻量及时尚的方向。
展望2016年可穿戴设备的变革，虚拟现实最受期待，可穿戴市场在2015年获得了长足的发展，在2015年看到了更多令人惊喜的新设备，同时新趋势也在众筹和大厂商的产品中得以展现。毫无疑问，虚拟现实是2016年最值得期待的新技术。索尼PSVR、Oculus Rift、HTC Vive均会在2016年上市，各家也准备好了令人瞩目的首发游戏资源，甚至Oculus Rift已经使出了送游戏的营销手段。在硬件上市之后，更多影视、游戏、艺术领域的软件内容将接踵而至，虚拟现实大战即将到来，令人倍感期待，如图1-46所示。
图1-46 虚拟现实大战即将拉开帷幕