可穿戴计算机：设计、应用与挑战

### 可穿戴计算机：设计、应用与挑战 #### 1. 引言 在当今数字化时代，计算机已成为办公室工作人员的重要工具，帮助他们获取工作所需信息。然而，对于移动性较强的用户来说，获取信息变得更加困难。现有的计算机接口要求用户将身心集中在计算设备上，而不是周围环境，这在移动环境中可能会干扰用户的主要任务。可穿戴计算机的设计旨在增强而非干扰用户的任务，为移动用户提供便利。 #### 2. VuMan 3 维护检查可穿戴计算机 许多维护活动始于检查，通过检查识别问题并生成工作订单和维修说明。VuMan 3 可穿戴计算机专为简化美国海军陆战队在加利福尼亚彭德尔顿营地对两栖拖拉机的有限技术检查（LTI）而设计。LTI 是一个包含 600 个元素、50 页的检查表，通常需要四到六个小时才能完成。 VuMan 3 创建了该检查表的电子版本，其界面采用菜单层次结构，通过物理拨号和选择按钮控制导航。用户可以选择检查项目的四种状态选项：可用、不可用、缺失或在设备维修订单上，并可添加额外的解释性评论。 通过实地研究发现，使用 VuMan 3 可节省大量时间。一方面，检查员无需携带纸质手册进入难以到达的地方，减少了来回移动的时间，使检查时间减少了 40%；另一方面，检查完成后，可穿戴计算机只需几分钟即可将数据上传到物流计算机，而手动输入则需要额外的时间，使用 VuMan 3 可节省这部分时间的 30%。从检查开始到数据输入物流计算机，使用可穿戴计算机总共节省了 70%的时间，还减少了维护人员数量和纸质手册的重量。 #### 3. 可穿戴计算的 CAMP 框架 设计可穿戴计算机接口需要考虑多个因素，为此提出了“CAMP”框架，包括以下四个方面： - **Corporal（身体适配）**：可穿戴设备应与用户进行物理交互，而不会造成不适或分心。 - **Attention（注意力管理）**：接口设计应考虑用户在物理和虚拟世界之间的注意力分配。 - **Manipulation（操作便捷）**：移动时，用户的灵活性会降低，因此控件应易于找到和操作。 - **Perception（感知清晰）**：移动时，用户对视觉和音频显示的感知能力会下降，因此显示应简单、清晰且易于导航。 #### 4. 身体适配的设计指南 可穿戴意味着利用人体作为支撑环境。随着社会的发展，工具和产品逐渐向更便携、移动和可穿戴的形式演变，计算机也在经历类似的转变。然而，简单地缩小计算工具的尺寸并不能充分利用新的使用场景。 Symbol 公司为航运枢纽开发的可穿戴计算机是一个很好的例子。该公司的 WS - 1000 系列手腕式可穿戴计算机配备了手指环式激光条形码扫描仪，使用户在扫描条形码时双手可以自由操作物品，提高了操作速度并减少了身体疲劳。 在设计过程中，Symbol 公司遇到了许多挑战。例如，用户的体型差异较大，扫描仪和手腕单元需要适应不同大小的手指和手腕；系统的电线应设计得不显眼，并在缠绕和受力时能够断开，以保障用户安全。此外，还发现了一些意外问题，如汗水浸湿计算机支架、计算机外壳磨损等，通过改进设计得到了解决。 研究人员还探索了更通用的可穿戴性概念，并制定了设计可穿戴系统的指南，包括放置位置、人性化形式语言、人体运动、人体尺寸感知、尺寸变化、附着方式、内容容量、重量、可访问性、交互性、热管理和美学等方面。这些研究和指南为可穿戴系统设计师提供了起点，但仍有许多工作需要在这个领域进行。 #### 5. 注意力管理 人类的注意力和短期记忆容量有限，现代系统可能会导致信息过载，影响用户的工作效率。在移动环境中，用户的注意力需要在计算任务和物理环境之间分配。 一些接口试图将计算任务与用户的物理行为集成，如增强现实和双用途语音。VuMan 3 接口虽然没有紧密耦合虚拟和现实世界，但专为用户的任务设计，允许用户在虚拟界面和实际车辆检查之间快速切换。 研究人员通过实验发现，移动用户在不同环境下对移动设备界面的注意力分配和持续时间不同。为了应对移动任务的需求，研究人员提出了“资源竞争框架”，并观察到了四种注意力策略：校准注意力、长间隔短暂采样、任务完成和轮流捕获。 然而，移动接口如果设计不当，可能会阻碍用户的主要任务。例如，Ockerman 的研究表明，在飞机安全检查中，可穿戴计算机可能会使飞行员减少对飞机的触摸，过度依赖计算机清单。因此，设计移动接口时需要考虑如何避免干扰用户的主要任务。 最近，DARPA 的增强认知项目旨在创建移动系统，监测用户的注意力资源，并记录或延迟传入信息，以便以更有序和易于消化的时间序列呈现给用户。 注意力矩阵根据活动所需的注意力和引入的干扰时间对活动进行分类，包括信息、通信和创造三类活动，以及快照、暂停、切线和扩展四种干扰级别。我们的目标是将活动向矩阵左侧（快照）移动，以减少对用户主要活动的干扰。 #### 6. 操作便捷性 ##### 6.1 VuMan 3 拨号指向 VuMan 3 增加了一种新颖的操作界面