解析手勢控制智能手表的秘密

　　“如何與看不見的計(jì)算機(jī)交互？”如果在谷歌這樣的公司的會(huì)議室聽到這類問題，讀者一定會(huì)認(rèn)為這將是展示未來黑科技的會(huì)議，不會(huì)有實(shí)物展示出來。

　　但在谷歌會(huì)議室，桌子上擺放著一款智能手表。在距離這款智能手表數(shù)英寸遠(yuǎn)的地方打個(gè)響指，表盤就會(huì)有所“反應(yīng)”。

　　伊凡·波普列夫（Ivan Poupyrev）在谷歌ATAP（Advanced Technologies and Projects，先進(jìn)技術(shù)和項(xiàng)目）實(shí)驗(yàn)室工作，擔(dān)任Project Soli技術(shù)負(fù)責(zé)人。Project Soli旨在證明電子設(shè)備可以集成微型雷達(dá)芯片，用戶能利用動(dòng)作不大的手勢控制電子設(shè)備。在智能手表中集成雷達(dá)，目的是為了證明用戶可以操作看不見的計(jì)算機(jī)。

　　ATAP是谷歌旗下一個(gè)重要部門，上一任掌門是美國國防部高級(jí)計(jì)劃研究局大咖雷金娜·杜坎（Regina Dugan），從事的項(xiàng)目包括模塊化手機(jī)（Project Ara）、實(shí)時(shí)3D地圖（Tango）和虛擬現(xiàn)實(shí)電影（Spotlight Stories）。杜坎今年早些時(shí)候跳槽到Facebook，因此她留下的這些項(xiàng)目是否會(huì)繼續(xù)下去還是個(gè)懸而未決的問題。Tango已經(jīng)從ATAP“畢業(yè)”，進(jìn)入谷歌，Ara似乎陷入麻煩中。

　　但Jacquard觸摸纖維項(xiàng)目和Soli仍然還留在ATAP，Soli至少有了一個(gè)新的宏大目標(biāo)：打造配備雷達(dá)技術(shù)的消費(fèi)電子設(shè)備產(chǎn)業(yè)和設(shè)計(jì)語言。這也是波普列夫團(tuán)隊(duì)不僅僅進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，還證明雷達(dá)能集成在智能手表中的原因。

　　波普列夫說，“如果某種技術(shù)能整合在智能手表中，它就能整合到其他任何產(chǎn)品中。”ATAP重新設(shè)計(jì)了Soli芯片，進(jìn)一步減小了其尺寸，降低了能耗，并多次對(duì)它進(jìn)行優(yōu)化。據(jù)Soli首席和硬件產(chǎn)品工程師哈基姆·拉賈（Hakim Raja）稱，該團(tuán)隊(duì)最終實(shí)現(xiàn)了芯片的最小化。它非常薄，4根天線能提供全雙工通信，收發(fā)雷達(dá)信號(hào)。開發(fā)工具包配置的第一代Soli芯片能耗為1.2瓦，最新芯片能耗僅為0.054瓦，降低了22倍。

　　把芯片做得如此小也有弊端。雷達(dá)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是探測在數(shù)英里及更遠(yuǎn)距離之外飛行的金屬物體，而非數(shù)英寸之外、手指作出的幅度僅為數(shù)毫米的手勢。就在不久前，人們還不需要擔(dān)心這種水平的能耗，沒有人考慮如此小的雷達(dá)芯片對(duì)信號(hào)的影響。

　　杰米·利恩（Jaime Lien）是Soli首席研究員，她的工作是對(duì)融合到芯片中的機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行優(yōu)化。她首先意識(shí)到把雷達(dá)提供的空間信號(hào)轉(zhuǎn)化為能在計(jì)算機(jī)上處理的時(shí)間信號(hào)的意義。沒有什么比如此小的芯片遭遇的噪聲問題更棘手了，她的算法必須在眾多噪聲中找出需要的信號(hào)。對(duì)信號(hào)進(jìn)行聚束是不可能的，通過芯片的每個(gè)信號(hào)都必須被捕獲。換句話說，這是一項(xiàng)很復(fù)雜的任務(wù)。

　　與電子工藝相比，決定識(shí)別出用戶手勢后電子設(shè)備作出何種反應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法就相對(duì)簡單了，但它也絕對(duì)不是小兒科。對(duì)于配置觸摸屏的設(shè)備，屏幕上會(huì)顯示按鈕和滑動(dòng)條；對(duì)于有實(shí)體開關(guān)的設(shè)備，用戶在撥動(dòng)開關(guān)時(shí)能感覺到刻度。但是，如果什么也沒有，如何引導(dǎo)用戶進(jìn)行操作呢？

　　波普利夫表示，“萬物都有自己的界面？每個(gè)開關(guān)、智能灑水器或杯子都有自己的界面？這會(huì)引發(fā)混亂。”Soli的目標(biāo)之一是開發(fā)一種既容易掌握、又足夠靈活能控制許多功能的通用設(shè)計(jì)語言。

　　Soli首席機(jī)械工程師尼克·吉利安（Nick Gillian）介紹了團(tuán)隊(duì)已經(jīng)敲定的基本手勢。手勢分為遠(yuǎn)處和近處兩大類，在遠(yuǎn)處，用戶可以使用的手勢不多（用戶可以揮舞手臂，與微軟Kinect體感控制器相似）；用戶靠近設(shè)備后，Soli能識(shí)別更細(xì)微的動(dòng)作。因此，它能識(shí)別的第一個(gè)動(dòng)作很簡單：接近。用戶把手靠近智能手表，顯示屏?xí)c(diǎn)亮，顯示信息，用戶就知道自己能用更細(xì)微的動(dòng)作控制它了。

　　波普列夫表示，Soli的“設(shè)計(jì)語言借鑒了實(shí)體控制”。這些控制是捻（拇指在食指上捻，就像捻牙簽玩一樣）、響指（拇指拍打食指）、搓（拇指沿著食指滑動(dòng)）。

　　Soli控制手勢的優(yōu)勢是能提供兩個(gè)級(jí)別的反饋：除能看到屏幕對(duì)手勢的反應(yīng)外，還能感覺到手指的動(dòng)作。這聽起來有些荒謬，但手指能相互觸摸到也是一種“有形”的操作。

　　但為什么要如此麻煩呢？波普列夫表示，“簡單地說，整個(gè)屏幕可以用來顯示內(nèi)容。”如果能在空中通過手指動(dòng)作控制設(shè)備，設(shè)備屏幕就無需再顯示各種按鈕了。波普列夫說，“目前的設(shè)備浪費(fèi)了寶貴的屏幕顯示面積，這些屏幕本來可以用于顯示有用的內(nèi)容。”對(duì)于像智能手表這么小的顯示屏，這樣的設(shè)計(jì)非常有意義。團(tuán)隊(duì)在考慮用戶界面時(shí)“可以只考慮顯示內(nèi)容，無需考慮用手操作”。

　　波普列夫的愿景更大：隨著計(jì)算機(jī)越來越小，它們最終會(huì)無所不在。當(dāng)這樣的時(shí)代到來時(shí)，人們需要與它們交互的方式。語音被認(rèn)為是一種有效的計(jì)算機(jī)操作方式，但為什么不使用手來操作呢？波普列夫說，“

　　在人類發(fā)展過程中，手逐步成為與世界交互的主要方式。開始時(shí)我們必須借助額外的傳感器、按鈕和觸摸屏，因?yàn)槲覀儾荒苤苯硬僮鲾?shù)字內(nèi)容。”

　　Soli和Jacquard的目標(biāo)是讓人們適應(yīng)計(jì)算機(jī)無所不在的未來。未來可能意味著許許多多的顯示屏和揚(yáng)聲器，也可能會(huì)更加自然，用戶觸摸自己的衣袖就可以開始播放音樂，通過語音命令完成互聯(lián)網(wǎng)搜索，打個(gè)響指就能啟動(dòng)軟件。

　　波普列夫說，“人們將回歸自然，數(shù)字世界將成為實(shí)際生活的一部分。”但這是一個(gè)令人興奮的夢想，人通常會(huì)從夢中醒來，回到真實(shí)的世界。為了實(shí)現(xiàn)自己的夢想，波普列夫決定做點(diǎn)什么，他和他的團(tuán)隊(duì)首先瞄上了智能手表。