【致命干貨】可穿戴計(jì)算與系統(tǒng)仿真

　　引 言

　　可穿戴計(jì)算機(jī)（Wearable Computer，縮寫(xiě)為WearComp）是一類新概念、超微型、可穿戴的個(gè)人移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)，由于能夠被“穿戴”在身上，所以可實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間自然、方便和直接的交互，使我們能以更自然的方式攜帶計(jì)算系統(tǒng)和獲得計(jì)算功能，最終要實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的“最佳結(jié)合與協(xié)同”。

　　可穿戴計(jì)算機(jī)是隨著電子器件的不斷微型化、性能的增強(qiáng)、無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益成熟和廣泛應(yīng)用而出現(xiàn)的，也是人們對(duì)“計(jì)算”深入研究和認(rèn)識(shí)，追求“計(jì)算以人為本，人機(jī)合一”這一理念的產(chǎn)物。

　　可穿戴計(jì)算機(jī)在體系結(jié)構(gòu)、功能、形態(tài)、用途、操作模式，以及設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)方法上都將與現(xiàn)在流行的移動(dòng)計(jì)算裝置（如筆記本電腦、掌上電腦等）不同，具有許多不可替代的功能，它將引發(fā)新的需求，開(kāi)辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，用途非常廣泛。

　　可穿戴計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)促成了一種嶄新和獨(dú)特的計(jì)算模式，即可穿戴計(jì)算（Wearable Computing，同樣縮寫(xiě)為WearComp），它從計(jì)算概念、人機(jī)關(guān)系、交互方式、功能和用途等諸多方面都不同于傳統(tǒng)的固定和移動(dòng)計(jì)算模式，這種計(jì)算模式強(qiáng)調(diào)以自然的穿戴形式提供的計(jì)算功能，弱化機(jī)器的概念，計(jì)算系統(tǒng)不是以機(jī)器形式出現(xiàn)，機(jī)器將最終從我們的視線中將消失，計(jì)算系統(tǒng)是嵌入在衣物、挎包、腰包、腰帶、手表、首飾或其他裝飾物等物品中的，我們體驗(yàn)到的只是“服務(wù)”。在這種新的計(jì)算模式下，弱化以“傳統(tǒng)計(jì)算”為主要任務(wù)，而是突出以增強(qiáng)人的能力和輔助人為目的，將使我們產(chǎn)生“計(jì)算依賴”，使我們需要計(jì)算就像需要衣物一樣。

　　可穿戴計(jì)算的思想和雛形早在20 世紀(jì)60 年代就出現(xiàn)了。目前形態(tài)可穿戴計(jì)算機(jī)（挎包和背心式等）的發(fā)明人應(yīng)該是目前在加拿大多倫多大學(xué)的Steve Mann 博士，他早在80 年初代就開(kāi)始進(jìn)行可穿戴計(jì)算機(jī)的研究，他在MIT 攻讀博士的時(shí)候繼續(xù)了他的發(fā)明，并和其他研究人員一道形成了可穿戴計(jì)算研究方向，成為可穿戴計(jì)算研究領(lǐng)域的主流之一。另一股可穿戴計(jì)算的推動(dòng)力量來(lái)自美國(guó)軍方，主要有兩個(gè)相關(guān)計(jì)劃，一是90 年代中期美國(guó)陸軍的陸地勇士（Land Warrior）計(jì)劃，其目的是研制一種以可穿戴計(jì)算機(jī)為核心數(shù)字化作戰(zhàn)單兵系統(tǒng)；二是90 年代中期美國(guó)DARPA 的聰明模塊計(jì)劃（Smart Modular）。

　　1996 年在美國(guó)召開(kāi)的兩次會(huì)議引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)可穿戴計(jì)算的廣泛關(guān)注。一次會(huì)議是1996 年7 月，美國(guó)國(guó)防部的DARPA 贊助舉行了第一次WearComp 專題研討會(huì)，題為“ 2005 可穿戴計(jì)算”，當(dāng)時(shí)召集工業(yè)界、大學(xué)及軍方的專家探討未來(lái)可穿戴式計(jì)算機(jī)的潛力。另一次會(huì)議是1996年8 月，Boeing 公司在Seattle 主辦的第二次WearComp的專題研討會(huì)，工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室的研究人員與管理人員到會(huì)，會(huì)議形成了硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)、人的因素及應(yīng)用等五個(gè)專題報(bào)告。這兩次會(huì)議掀起了可穿戴計(jì)算研究的第一波熱潮，為即將來(lái)臨的可穿戴計(jì)算時(shí)代點(diǎn)燃了火種。值得注意的是，這首兩屆會(huì)議分別是軍方和工業(yè)界發(fā)起的，而不是學(xué)術(shù)屆，這從一個(gè)角度說(shuō)明，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)纱┐饔?jì)算機(jī)的需求是直接和迫切的。

　　自此，國(guó)際上可穿戴計(jì)算已逐步成為計(jì)算技術(shù)前沿和熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，許多發(fā)達(dá)國(guó)家的著名大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都成立了專門(mén)的研究中心和實(shí)驗(yàn)室，競(jìng)相開(kāi)展了相關(guān)研究，如美國(guó)、加拿大、澳大利亞、日本、英國(guó)、德國(guó)、瑞士等等，競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)已經(jīng)形成。中國(guó)也在20 世紀(jì)中后期介入了這個(gè)研究領(lǐng)域。

　　1997 年由IEEE 主辦了第一屆ISWC （InternationalSymposium on Wearable Computers ）可穿戴計(jì)算的國(guó)際會(huì)議，以后每年舉行一次會(huì)議，規(guī)模和水平不斷提高。IEEE專門(mén)設(shè)立可穿戴信息系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)TCWIS （TechnicalCommittee on Wearable Information Systems）。2000 年IEEE Pervasive Computing 期刊出版了可穿戴計(jì)算的專刊。多倫多大學(xué)的Steve Mann 博士已有兩部關(guān)于可穿戴計(jì)算的著作出版， 一本是“ Cyborg： Digital Destiny and Human Possibility in the Age of the Wearable Computer ”，另一本是“Intelligent Image Processing”。.Virginia Tech 的Woodrow Bar -field 和University of New Mexico 的Thomas Caudell 共同匯編了“ Fundamentals of Wearable Computer and Augmented Reality”一書(shū)。目前有關(guān)可穿戴計(jì)算的論文已有上百篇之多，不少大學(xué)都推出了各種不同用途的可穿戴計(jì)算機(jī)樣機(jī)和系統(tǒng)，至少已有幾十項(xiàng)相關(guān)發(fā)明專利。

　　計(jì)算機(jī)工業(yè)界幾乎是在 90 年代中后期同步跟入可穿戴計(jì)算這個(gè)新興領(lǐng)域。可穿戴計(jì)算整機(jī)和配件產(chǎn)品已投入市場(chǎng)，目前美國(guó)和日本都推出了具有實(shí)用價(jià)值的可穿戴計(jì)算機(jī)和專用器件（如核心模塊，單手鍵盤(pán)，頭戴顯示器等。作為新一代的計(jì)算機(jī)，可穿戴計(jì)算機(jī)將形成一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)潛力巨大，其社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益不可估量。

　　在應(yīng)用方面，美國(guó)已采用可穿戴計(jì)算機(jī)作為數(shù)字化單兵系統(tǒng)的核心?？纱┐饔?jì)算機(jī)在電信、倉(cāng)儲(chǔ)、快遞業(yè)等領(lǐng)域也已投入了實(shí)際應(yīng)用，在諸多其他應(yīng)用領(lǐng)域，可穿戴計(jì)算機(jī)已進(jìn)入試用階段，如航空航天、旅游、食品加工、醫(yī)療、消防、機(jī)器維護(hù)與安裝，以及野外勘探等等。

　　可穿戴計(jì)算是很有發(fā)展前景的下一代的計(jì)算模式，為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)提出了新的課題與挑戰(zhàn)，將形成新的計(jì)算概念、理論和技術(shù)?？纱┐饔?jì)算機(jī)的出現(xiàn)促使我們以全新的角度去審視計(jì)算機(jī)，如人與計(jì)算機(jī)到底是什么關(guān)系、到底該怎樣利用和使用計(jì)算機(jī)、未來(lái)計(jì)算機(jī)的作用和地位是什么等。這將使人們對(duì)計(jì)算機(jī)的認(rèn)識(shí)在觀念上產(chǎn)生了變化。

　　可穿戴計(jì)算作為一種新的計(jì)算模式，可穿戴計(jì)算系統(tǒng)作為一種新的計(jì)算平臺(tái)，也將會(huì)給系統(tǒng)仿真注入新的活力，將可能形成新的仿真概念、模式、原理、技術(shù)和仿真系統(tǒng)，并促成新的應(yīng)用。我們將這種基于可穿戴計(jì)算的仿真簡(jiǎn)稱為“可穿戴仿真（Wearable Simulation）”，縮寫(xiě)為WS。可穿

　　戴帶仿真將DIS（分布式交互仿真）擴(kuò)展到移動(dòng)狀態(tài)，并分布到個(gè)人，是一種可隨個(gè)人移動(dòng)的分布式仿真，是一種新的仿真框架，具有新的仿真功能和應(yīng)用模式，將可能成為的仿真領(lǐng)域新發(fā)展方向之一。

　　1 可穿戴計(jì)算

　　1.1 基本定義

　　關(guān)于什么是可穿戴計(jì)算和可穿戴計(jì)算機(jī)，有不少描述和定義，其中加拿大多倫多大學(xué)的Mann 博士的觀點(diǎn)較具有代表性，，他對(duì)可穿戴計(jì)算的認(rèn)識(shí)和闡述比較深刻和全面，盡管還有一些不完善的地方需要進(jìn)一步補(bǔ)充和改進(jìn)。Mann 以三個(gè)操作模式和六個(gè)屬性給出了可穿戴計(jì)算的定義。

　　1.1.1 可穿戴計(jì)算的操作模式

　　可穿戴計(jì)算的新型人機(jī)交互具有以下三種操作模式。

　　1） 持續(xù)（Constancy） 可穿戴計(jì)算機(jī)總是處在工作、待用和可存取狀態(tài)（always on ，always ready and always accessible），從而提供了人機(jī)之間的“持續(xù)”界面（ constantuser — interface）。就此而言，這個(gè)新的計(jì)算框架不同于手持裝置、便攜式電腦和PDA （Per -sonal Digital Assistant）。

　　“always ready to interact with user”這一能力導(dǎo)致了一種新型的人-機(jī)協(xié)同（synergy），它通過(guò)使用者長(zhǎng)久的適應(yīng)而表現(xiàn)出來(lái)，這就如同初戴眼鏡者要有一個(gè)適應(yīng)過(guò)程才能與眼鏡“協(xié)同”一樣。

　　2） 增強(qiáng)（Augmentation） 傳統(tǒng)計(jì)算模式基于這樣一個(gè)概念，“計(jì)算”是主要任務(wù)，但是可穿戴計(jì)算的基本概念不是以“計(jì)算”為主要任務(wù)，可穿戴計(jì)算假定，在“計(jì)算”的同時(shí)，用戶正在做其他的事情。因此，可穿戴計(jì)算應(yīng)該主動(dòng)提供服務(wù)，應(yīng)該用于增強(qiáng)人的智能或增強(qiáng)人的感知能力。

　　3） 介入（Mediation） 可穿戴計(jì)算機(jī)將把人“包裹”?。ㄟ@不是指衣物的包裹，而是一種信息空間的“包裹”），這種“包裹”不必是完全包裹，但這種“包裹”在概念上比傳統(tǒng)計(jì)算的“包裹”程度要強(qiáng)的多。這種包裹包括兩個(gè)方面：

　　獨(dú)處（Solitude） 介入（Mediation）能起到信息濾波器的功能，濾掉不需要的信息，或者允許以適度的方式調(diào)整我們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感受（perception）。

　　隱私（Privacy） 它允許我們遮住和修飾離開(kāi)我們的被“包裹”空間的信息（就像衣物可防止別人看到我們的身體一樣）。

　　可穿戴計(jì)算是一個(gè)在不同程度上實(shí)現(xiàn)這三種基本操作模式的框架。

　　1.1.2 可穿戴計(jì)算的屬性

　　1） 非限制性（Unrestrictive to the user）可穿戴計(jì)算可在走動(dòng)、移動(dòng)和漫游中使用，在使用的同時(shí)，還可以做其他事情，用戶不受限制。

　　2） 非獨(dú)占性（Unmonopolizing of the user‘s attention）不像虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)一樣，可穿戴計(jì)算不會(huì)阻斷外部世界，當(dāng)你使用可穿戴計(jì)算的時(shí)候，也可關(guān)注其他事情?？纱┐饔?jì)算基于這樣一個(gè)設(shè)想，“計(jì)算”是第二位的行為，不是所要關(guān)注的主要任務(wù)。事實(shí)上，理想地，可穿戴計(jì)算提供增強(qiáng)的感知（sensory）能力。但是，它也可以介入（增強(qiáng)，調(diào)整，或故意削弱）感知（sensory）能力。

　　3） 可觀性（Observable by user）如果用戶愿意，它可以連續(xù)的受你關(guān)注。（Almost --always —observable）。在合理的限制下，輸出媒體可持續(xù)的被穿戴者感受。

　　4） 可控性（Controllable by user）你可以在任何時(shí)刻控制可穿戴計(jì)算，甚至在自動(dòng)操作的過(guò)程中，你可人為的斷開(kāi)控制回路，并介入到回路中。

　　5） 感知性（Attentive to the environment）可穿戴計(jì)算具有環(huán)境感知能力，多模態(tài)和多感知。

　　6） 交流性（Communicative to others）可穿戴計(jì)算可以作為穿戴者之間的交流媒體。

　　Bass，L. 在CHI ’97 可穿戴式計(jì)算機(jī)專題討論會(huì)的會(huì)議招集人報(bào)告中建議可穿戴式計(jì)算機(jī)應(yīng)具備以下五個(gè)特征：

　　1） 可在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下使用。

　　2） 使用WearComp 的同時(shí)可騰出雙手或用手做其它的事。

　　3） WearComp 不應(yīng)只是穿在身上，而應(yīng)該成為衣物的一部分。

　　4） 穿戴者可進(jìn)行控制。

　　5） 具有可持續(xù)性 constancy。

　　這五個(gè)建議的特征比較容易理解。

　　1.2 可穿戴計(jì)算機(jī)的初級(jí)結(jié)構(gòu)和形態(tài)

　　目前，盡管可穿戴計(jì)算機(jī)產(chǎn)品已投入市場(chǎng)并有實(shí)際應(yīng)用，但尚屬處在初級(jí)階段。現(xiàn)在的可穿戴計(jì)算機(jī)雖已初步具備以上的一些屬性和功能，并能滿足目前特殊應(yīng)用領(lǐng)域的一些需求，但離前面提出的構(gòu)想還相差甚遠(yuǎn)。

　　現(xiàn)階段的可穿戴計(jì)算結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是將微型化的電子器件（計(jì)算機(jī)、通訊和傳感等微型器件）分布在身體的不同部位或嵌入（或編織）在衣物上，通過(guò)分布在人體和衣物上的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。這只是可穿戴計(jì)算機(jī)的上層結(jié)構(gòu)和形態(tài)，目前可穿戴計(jì)算機(jī)的底層體系結(jié)構(gòu)主要還是嵌入式系統(tǒng)的，盡管可穿戴計(jì)算機(jī)的特有體系結(jié)構(gòu)是該領(lǐng)域的重點(diǎn)課題，但目前還沒(méi)有突破性的成果。

　　目前可穿戴計(jì)算機(jī)從構(gòu)成方式或形態(tài)上可初步分為集中主機(jī)集中式和分布式兩種。

　　1） 主機(jī)集中式系統(tǒng)將處理器、硬盤(pán)、通信和電源等主要模塊都以某種形式集中封裝的一個(gè)微型機(jī)殼內(nèi)，可放在腰包、挎包或背心中，一般都采用單目或See Through 的雙目頭戴顯示器，配有單手操作鍵盤(pán)（帶鼠標(biāo)）或手臂鍵盤(pán)、鼠標(biāo)，語(yǔ)音裝置，視頻捕捉裝置，位置和方位傳感裝置（如GPS， Gyro）等。這類系統(tǒng)主要采用目前已有的電子器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)出適合可穿戴計(jì)算的系統(tǒng)。這類系統(tǒng)是開(kāi)放式的，可采用通用的桌面操作系統(tǒng) window 98，2000， Xp和Linux 等。

　　目前這類可穿戴計(jì)算機(jī)已有不少研究性樣機(jī)和商品化產(chǎn)品，也已在軍事、航空、通信倉(cāng)儲(chǔ)和物流等領(lǐng)域投入實(shí)際應(yīng)用。圖1 為重慶大學(xué)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的第一代挎包式可穿戴計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

　　2） 分布式可穿戴計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算、通信和傳感等主要模塊分布在衣物上或夾層之內(nèi)，用所謂的身體網(wǎng)絡(luò)和總線互聯(lián)， 甚至采用“編織”電路的技術(shù)。MIT 的MIThril 是這類典型系統(tǒng)。這類系統(tǒng)只是處在研究階段，還只能是在較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)層次上實(shí)現(xiàn)，更沒(méi)有商品化和實(shí)際應(yīng)用。

　　2 可穿戴計(jì)算與系統(tǒng)仿真

　　可穿戴計(jì)算機(jī)作為一種嶄新的計(jì)算模式肯定也會(huì)給系統(tǒng)仿真帶來(lái)新的概念，促進(jìn)形成新的系統(tǒng)仿真模式和技術(shù)。這應(yīng)該引起我們的重視，積極研究基于可穿戴計(jì)算的系統(tǒng)仿真概念、特點(diǎn)、體系、技術(shù)和應(yīng)用。

　　圖 1 重慶大學(xué)研制的可穿戴計(jì)算機(jī) Netdaily-I 的組成及穿戴示意圖

　　2.1 研究背景

　　在 20 世紀(jì)90 年代中期，在國(guó)際上可穿戴計(jì)算機(jī)研究剛興起時(shí)，就有人嘗試在仿真應(yīng)用中采用可穿戴計(jì)算機(jī)。例如，美國(guó)陸軍仿真及訓(xùn)練指揮部（STRICOM）在那時(shí)開(kāi)發(fā)了一套軍事演練系統(tǒng)（AUGSIM），該系統(tǒng)在單兵級(jí)采用了“穿戴”在步兵身上的演練仿真器。和傳統(tǒng)的基于虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的步兵演練仿真器不同，這種穿戴式步兵演練仿真器可以使得演練者能夠在自由跑動(dòng)中或匍匐前進(jìn)中與仿真的戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)體（如士兵、坦克、地雷等）進(jìn)行交互，大大提高了演練效果，降低了演練成本。

　　目前國(guó)際上對(duì)可穿戴仿真研究仍集中在個(gè)別應(yīng)用研究上，主要結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于訓(xùn)練仿真，缺乏對(duì)可穿戴仿真的全面和系統(tǒng)的研究，還沒(méi)有明確提出基于可穿戴計(jì)算仿真（或可穿戴仿真）的概念，沒(méi)有一個(gè)明確、規(guī)范的定義，更沒(méi)有給出可穿戴仿真本質(zhì)特征、系統(tǒng)構(gòu)架以及應(yīng)用模式等。可穿戴計(jì)算在仿真領(lǐng)域的應(yīng)用已引起國(guó)際學(xué)術(shù)界的關(guān)注，CNDS 2002 已將可穿戴計(jì)算機(jī)系統(tǒng)列為主題之一。

　　現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)大多是局限于某個(gè)物理位置（如單機(jī)仿真）或分散到多個(gè)不同的物理位置（如分布仿真），不具備移動(dòng)性，盡管也有車載或機(jī)載的移動(dòng)分布仿真，但這種移動(dòng)性不是以人為中心移動(dòng)的，和人是分離的，即不能很好地做到人到哪兒，仿真就跟到哪兒，因而難以應(yīng)用于某些特殊的仿真場(chǎng)合，如人在特殊狀態(tài)下（運(yùn)動(dòng)、工作、躺臥等）或在特殊環(huán)境下（狹窄空間、野外、高空、水下等）進(jìn)行的仿真。隨著可穿戴計(jì)算機(jī)的發(fā)展，基于可穿戴計(jì)算的仿真逐步成為解決上述問(wèn)題的有效途徑。

　　2.2 可穿戴仿真的概念及特點(diǎn)

　　明確可穿戴仿真的基本概念和特征是很必要的。本文將基于可穿戴計(jì)算的仿真簡(jiǎn)稱為“可穿戴仿真”（Wearable Simulation），縮寫(xiě)為WS?？纱┐鞣抡嬉浞煮w現(xiàn)可穿戴計(jì)算的特征，利用其獨(dú)特和優(yōu)勢(shì)功能。

　　可穿戴仿真是以可穿戴計(jì)算為基礎(chǔ)，以移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)為支撐，以可穿戴計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為平臺(tái)，以人為中心，移動(dòng)的、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的新型仿真技術(shù)，本文嘗試給出可穿戴仿真應(yīng)具備的若干特征：

　　可穿戴 仿真平臺(tái)微型化、輕巧化、便攜化，可“穿戴”在身上，人機(jī)之間物理和邏輯關(guān)系更緊密，即便的在狹窄空間、高空甚至水下等特殊環(huán)境也能進(jìn)行仿真活動(dòng)。從DIS的觀點(diǎn)，可穿戴帶仿真系統(tǒng)分布到了個(gè)人一級(jí)。

　　移動(dòng)性 可使穿戴者在移動(dòng)中進(jìn)行仿真，特別適合于在走動(dòng)、跑動(dòng)、甚至爬行的場(chǎng)合的仿真，這是一種隨人移動(dòng)的仿真，人到哪里，仿真平臺(tái)跟到哪里（這不同于飛機(jī)，戰(zhàn)車的移動(dòng)性）。

　　增強(qiáng)性 利用可穿戴的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將仿真實(shí)體與真實(shí)環(huán)境融為一體（Seamless），仿真者與仿真實(shí)體交互的同時(shí)可與真實(shí)環(huán)境交互。所以這是一種“增強(qiáng)”仿真或混合仿真，是真實(shí)和虛擬、數(shù)字空間和物理空間的混合。這種混合目前只是將虛擬圖形、文本和聲音等與真實(shí)場(chǎng)景的混合，是一種場(chǎng)景的混合。但引起我們聯(lián)想和值得深入思考的問(wèn)題是，這種增強(qiáng)和混合與我們傳統(tǒng)系統(tǒng)仿真中混合仿真概念的關(guān)系，是否可將他們?cè)诟叩某橄髮哟危ê透拍钌希┙y(tǒng)一起來(lái)。傳統(tǒng)混合仿真系統(tǒng)概念是數(shù)字仿真系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的混合系統(tǒng)，從物理概念上看，這是一種通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)的數(shù)字系統(tǒng)和物理設(shè)備系統(tǒng)的混合。關(guān)于如何將可穿戴計(jì)算的智能和感知增強(qiáng)引入仿真值得深入思考。

　　人在回路中可穿戴仿真通過(guò)可穿戴計(jì)算系統(tǒng)把人連接在整個(gè)仿真系統(tǒng)的回路中。以人為中心 物理空間上的以人為中心，表現(xiàn)為仿真平臺(tái)被穿戴在身上；功能和邏輯上的以人為中心，表現(xiàn)為可穿戴仿真更智能化地、一致地（consistently）和連續(xù)地輔助和指導(dǎo)穿戴者。

　　解放雙手 采用多通道交互技術(shù)，使得在進(jìn)行仿真的同時(shí)可以用手進(jìn)行其他操作，目前實(shí)用的方式是單手鍵盤(pán)，較好的解放了一只手。

　　2.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

　　目前可穿戴計(jì)算在仿真中的應(yīng)用，主要采用了基于可穿戴計(jì)算的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)。AR 是指在真實(shí)環(huán)境上提供信息性覆蓋，如將圖形、文字、聲音及超文本等疊加于真實(shí)環(huán)境之上，提供附加信息，是虛擬環(huán)境與真實(shí)環(huán)境的結(jié)合（如圖2）。利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，用戶可在關(guān)注真實(shí)世界時(shí)，根據(jù)需要立即訪問(wèn)虛擬世界，或注視著虛擬世界的同時(shí)也可知曉真實(shí)環(huán)境?？纱┐髟鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可使仿真的虛擬環(huán)境和真實(shí)環(huán)境之間形成無(wú)縫交互（seamless interaction）。這些性能在訓(xùn)練仿真中是非常有用的，如在單兵級(jí)仿真演練中，虛擬實(shí)體的疊加在真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)的場(chǎng)景中，和真實(shí)世界融合為一體，每個(gè)攜帶可穿戴計(jì)算仿真系統(tǒng)的單兵要與這些虛擬的戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)體（如虛擬碉堡、戰(zhàn)車和敵人）進(jìn)行交互，虛擬的實(shí)體也要與真實(shí)的實(shí)體交互。

　　圖 2 VR 使用戶只能感受到由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維仿真圖形的光線（虛線），屏蔽了實(shí)物的光線（實(shí)線）。AR 使用戶即能感受到的實(shí)物的光線（實(shí)線），同時(shí)也可看到由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的“疊加”光線（虛線）。

　　2.4 可穿戴仿真的應(yīng)用

　　可穿戴仿真在軍事上的典型應(yīng)用就是的單兵級(jí)的仿真演練，圖3 是一個(gè)初步構(gòu)的思參考框架。將可穿戴仿真系統(tǒng)配備到每個(gè)士兵，使之成為一個(gè)個(gè)移動(dòng)的仿真節(jié)點(diǎn)，每個(gè)士兵與車載仿真控制中心無(wú)線聯(lián)網(wǎng)，車載中心連接分布交互式仿真（DIS）網(wǎng)絡(luò)，從而形成一個(gè)深入到單兵一級(jí)的分布式仿真體系結(jié)構(gòu)。在這個(gè)框架的支撐下，可生成虛實(shí)結(jié)合的“戰(zhàn)場(chǎng)”，通過(guò)頭戴顯示器，士兵們可以同時(shí)看見(jiàn)真實(shí)戰(zhàn)地環(huán)境和計(jì)算機(jī)仿真生成的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)體（如敵方士兵、坦克、炮火，工事，據(jù)點(diǎn)等），真實(shí)與虛擬可交互，并能像真實(shí)演練一樣沖鋒、蹲伏、臥倒、瞄準(zhǔn)射擊等，大幅提高了演練的真實(shí)效果。

　　圖3 可穿戴仿真應(yīng)用于單兵級(jí)訓(xùn)練的參考模型

　　以上框架只是一個(gè)初步的設(shè)想，還很不成熟，有待深入研究。除了軍事應(yīng)用，有人研究將可穿戴仿真試用于設(shè)備安裝或維修仿真訓(xùn)練和指導(dǎo)，和生產(chǎn)線的操作仿真。可穿戴仿真還可廣泛應(yīng)用于教育、醫(yī)療、娛樂(lè)等領(lǐng)域。隨著對(duì)可穿戴仿真研究的深入，其應(yīng)用領(lǐng)域必將不斷擴(kuò)大。

　　3 結(jié)論

　　可穿戴計(jì)算作為一種嶄新的計(jì)算模式正在迅速發(fā)展，正如前面所指出，這是一個(gè)挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域，面臨許多問(wèn)題需要研究和解決?？纱┐饔?jì)算不止是微型化的問(wèn)題，而是計(jì)算模式和人機(jī)關(guān)系的變革，關(guān)于可穿戴計(jì)算的深層意義和巨大潛力，目前還不容易為人所認(rèn)識(shí)。

　　可穿戴計(jì)算應(yīng)用于系統(tǒng)仿真，具有誘人的發(fā)展前景，值得深入探索和研究，本文只是對(duì)可穿戴仿真初步探討，許多提法是朦朧的和不完善的，甚至不正確，有許多具體的、深入的技術(shù)問(wèn)題未能涉及。但我們希望可穿戴計(jì)算能引起仿真學(xué)術(shù)界的關(guān)注，共同推動(dòng)可穿戴仿真的研究和應(yīng)用。