可穿戴计算机硬件技术的应用研究

崔 剑

阜新高等专科学校远程教育中心，辽宁阜新 123000

0 引言

近几年，穿戴式计算机（Wearable Computer）在全球工业界与计算机学术界掀起一股热潮，专家学者们纷纷把眼光关注这个来势汹汹的技术成果。穿戴式计算机已经将初级产品面向市场，发展的势头很猛，能够应用于各大领域，具有极大的市场潜力，因此研究其技术的人也越来越多。穿戴式计算机作为一种新兴科技成果的代表，灌输有“以人为本”的先进理念，虽然才刚刚处于起步的阶段，但是其具备的方便易携等特点已经得到众人的青睐，可见未来技术进步后其具有的潜力[1]。穿戴式计算机凭借具有特色的硬件系统技术，开始应用于世界各国的不同领域，速度迅速，影响范围广，可以算是一场计算机与人类之间相互联系的技术革命。

1 可穿戴计算机的简介

1.1 可穿戴计算机的概念

穿戴式计算机的特色十分明确地体现在其名字当中，即它能如同人类的衣服那般，方便地“穿戴”在身上，虽然其相较与普通计算机体积小，但是其功能却毫不逊色，在不同的环境都能任意使用，并且能快速地为人们处理计算问题，是人们在工作或生活中的得力助手[2]。也正因为其便携特点，人们在使用时显得更加得心应手，格外适宜在户外或其他机动场合使用。更通俗易懂的说法来看，人们在日常生活中频繁使用到的移动电话、U盘、MP3以及 掌上电脑（Personal Digital Assistant，简称PDA）等，从广义上定义都属于穿戴式计算机，但是它们并不能完全等同于穿戴式计算机，因为其只是穿戴式计算机部分功能的体现，例如：移动电话可以看做是一台能够便于携带并且具备处理功能的计算机；U盘可以看做是可穿戴计算机的CF机存储器，而MP3则是可穿戴计算机存储器和处理器的共同体现。

1.2 可穿戴计算机的特性

1.2.1 非独占性

可穿戴计算机与其他虚拟现实技术不同的是，它不会阻隔断绝外界的联系，在应用可穿戴计算机是同时，还能够去进行其他需要关注的事情，不会造成相互耽误。可以这么理解，人们使用可穿戴计算机，但是“计算”并不是第一顺位，因此不是全部精力要关注的事情，不具备独占性，反而是具有其他感知能力，例如：故意增强或虚弱、适当调整等，更理想地可穿戴计算的感知能力则是可以直接提供增强作用。

1.2.2 非限制性

使用可穿戴计算机的用户，不会因受到地域限制而导致信息计算无能，不论是在漫游、移动或是走动中应用可穿戴计算，都能够保证其应用的价值，并且不干扰人们做其他的事情。

1.2.3 感知性

感知性主要是指可穿戴计算对环境的感知功能，其呈现出来的感知能力是多层次、多模式和多形态的。

1.2.4 可观性

可观性主要是指可穿戴计算在用户同意的前提下，能被用户够连续关注，并且使用者可以保持输出媒体可持续的感受。

1.2.5 交流性

可穿戴计算机实现了计算机和人类之间的互通有无，能使穿戴计算与使用者之间有良好的交流。

1.2.6 可控性

可控性主要是指可穿戴计算在任何时间任何地点，都能进行自动化的操作运行，并且用户可以选择人为介入或是人为断开，能够自主地控制回路。

2 可穿戴计算机存在的问题

虽然可穿戴计算机具有许多优势属性，但是其处于发展中时期，仍然存在着许多问题，而这些问题使可穿戴计算机硬件系统技术的发展，其中，最突出的问题有两个方面，即人机交互的问题与COT器件的影响。

2.1 人机交互存在的问题

由于可穿戴计算机硬件技术还未成熟，只是处于起步阶段，所以人们在使用时，穿戴计算机对人体的语音识别能力不算发达。另外，输出设备（头戴撤示器HMD）、输入设备（键盘、鼠标等）、主机、电源等组成计算机系统的硬件设施，还有许多要完善的地方，例如：可穿戴计算机运作的途径是微型输入设备→头戴撤示器HMD→输出设备（信息），人机互动的方式比较常见，但是由于输入设备的速度不快，使用者在控制时会遇到操作迟钝等缺陷；头盔撤示器具有撤示器易发生抖动、使用者视角范围小等弊端。因此，人机互动的过程不够友好，如果使用者应用可穿戴计算机的时间过长，容易造成视觉压力过大。

2.2 COTS器件存在的问题

现有的可穿戴计算机所选用的COTS器件，并不是为可穿戴计算机量身打造的，而是使用于各种工控系统设计、嵌入式系统的器件。因此，在体积大小、结构组成与功耗等问题上，并能与可穿戴计算机达成最理想的兼容与平衡。由此可见，可穿戴计算机的器件还是不够先进，仍然需要进行深度的研发。

3 可穿戴计算机硬件技术发展现状

从可穿戴计算机的硬件组成形态给其进行分类，可以分成两种，分别是分布式（主机）可穿戴计算机与集中式（主机）可穿戴计算机[3]。两种可穿戴计算机既有共同之处，也有各自的优势。

3.1 共同点

分布式（主机）可穿戴计算机与集中式（主机）可穿戴计算机都是以耗能最低、微型化、嵌入式的COTS器件为基础，以此为其他主要的部件搭建平台。这种模式是优点在与节省成本，缩短研发时间等，但是缺陷是不能保证可穿戴计算机的稳定性，导致其降低应用价值，进而给推广带来影响，不利于可穿戴计算机面向市场进行大范围的普及。

3.2 不同点

分布式（主机）可穿戴计算机主要应用身体总线与身体网络进行相互连接，不同的部件都以合理的方式分布于身体的不同位置，通过线的连接形成一个完整计算机系统。

集中式（主机）可穿戴计算机指的是，排除例如鼠标、HMD、电池、键盘这些有分离必要的部件之外，其他例如无线通信、Memory、CPU、GPS、Chipset等有压缩必要的部件，必须集中放置在机壳中，最大限度地浓缩于一个主机系统之内，形成一个具有微型性和紧凑性的主机系统。

4 可穿戴计算机硬件技术的应用与发展前景

4.1 可穿戴计算机在不同领域的应用

可穿戴计算机的应用范围非常广泛，不论是从理念，还是尸体操作控制，可穿戴计算机都在不同的领域发挥着强大的影响力，就不同国家不同领域的应用，举例分析可穿戴计算机的应用价值，具体如下：

1）可穿戴计算机硬件在军事方面的应用

可穿戴计算机还被应用到军事领域中。早在1991年，美国就提出了“陆地勇士”的概念，借助可穿戴计算机，训练出计算机和战士共同结合的新兴勇士。美国预计花费15年（2001年～2014年）时间，投资近20亿美元进行研发。大规模的资金投入和时间消耗，都是为了将高新科技结合到小型武器中，从而增强在地面实战中的军事实力。例如：美国陆军专门使用的导航仪就有利用到可穿戴计算机硬件技术。

2）可穿戴计算机硬件在生活方面应用

可穿戴计算机主要包含有单握式键盘、目镜显示器、多功能摄像头、便携主机等多个部件，具有重量轻、功能强大、方便易携的特殊性能。韩国利用可穿戴计算机进行时装活动现场，曾在二零零六年，韩国开展过以“可穿戴计算机”为主题的时装秀，借以表达其对未来的概念。从服装秀的主题到服装的诠释，都不难发现人们对可穿戴计算机的关注度越来越高，从侧面反应出可穿戴计算机作用开始受到人们的肯定。在二零零三年的日本东京，举办过一场探讨可穿戴计算机发展前景的“媒体服装时尚展”，人们利用构成可穿戴计算机的器件，或是由可穿戴计算机硬件技术作用下的产品作为创作元素，展现可穿戴计算机在人们生活中的积极作用。

4.2 可穿戴计算机硬件技术的发展前景

具有“以人为本”先进理念支持的可穿戴计算机（Wearable Computing），在新的形势下，既面临着挑战，也恰逢着机遇。可穿戴计算机主要面临的挑战，在于其仍然处于发展阶段，并没有完善的理论和技术作为支持，还没有机会彻底发挥其存在的应用价值，所以，在商业价值方面还没有达到最有效益的体现，在市场普及方面还没有达到最理想的状态[4]。但是，也正因为亟待处理的技术问题，让可穿戴计算机具有时代机遇。如今，经济发展和社会进步的速度是日新月异，就算可穿戴计算机的作用还没有得到充分展现，但是其所具备的潜在实力却逐渐被人们挖掘和认同，特别是在硬件技术上拥有极大的发展空间。相信只要假以时日，给予可穿戴计算机技术研发足够的时间和资金支持，可穿戴计算机的经济效益和社会效益都会达到一个质的飞跃。到那时，人们可以在生活和工作中，大范围、多层次、多角度地应用可穿戴式计算机，使得可穿戴式计算机可以在许多特殊领域中发挥其积极作用，真正实现计算机与人类生之间的相互联合，体现可穿戴式计算机对人类的重要意义。

[1]李明辉.可穿戴计算机电池供电系统设计及低功耗的研究与实现[D].西北大学，2010.

[2]乔龙.基于FPGA的可穿戴计算机的处理器设计[D].西北大学，2010.

[3]陈亚琼.蓝牙和Wi-Fi在可穿戴计算机中的应用研究与设计[J].黑龙江科技信息，2010(6)：123-124.

[4]张坤,王达,崔蕊.可穿戴式计算机与无线网络技术要点分析[J].科技信息(科学教研)，2009(26)：155-156.