解析手勢控制智能手表的秘密

　　“如何與看不見的計算機交互？”如果在谷歌這樣的公司的會議室聽到這類問題，讀者一定會認為這將是展示未來黑科技的會議，不會有實物展示出來。

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

　　伊凡·波普列夫（Ivan Poupyrev）在谷歌ATAP（Advanced Technologies and Projects，先進技術(shù)和項目）實驗室工作，擔(dān)任Project Soli技術(shù)負責(zé)人。Project Soli旨在證明電子設(shè)備可以集成微型雷達芯片，用戶能利用動作不大的手勢控制電子設(shè)備。在智能手表中集成雷達，目的是為了證明用戶可以操作看不見的計算機。

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

　　但Jacquard觸摸纖維項目和Soli仍然還留在ATAP，Soli至少有了一個新的宏大目標(biāo)：打造配備雷達技術(shù)的消費電子設(shè)備產(chǎn)業(yè)和設(shè)計語言。這也是波普列夫團隊不僅僅進行相關(guān)試驗，還證明雷達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)計了Soli芯片，進一步減小了其尺寸，降低了能耗，并多次對它進行優(yōu)化。據(jù)Soli首席和硬件產(chǎn)品工程師哈基姆·拉賈（Hakim Raja）稱，該團隊最終實現(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)雷達信號。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。雷達的設(shè)計目標(biāo)是探測在數(shù)英里及更遠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芯片對信號的影響。

　　杰米·利恩（Jaime Lien）是Soli首席研究員，她的工作是對融合到芯片中的機器學(xué)習(xí)算法進行優(yōu)化。她首先意識到把雷達提供的空間信號轉(zhuǎn)化為能在計算機上處理的時間信號的意義。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。對信號進行聚束是不可能的，通過芯片的每個信號都必須被捕獲。換句話說，這是一項很復(fù)雜的任務(wù)。

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

　　波普利夫表示，“萬物都有自己的界面？每個開關(guān)、智能灑水器或杯子都有自己的界面？這會引發(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)計語言。

　　Soli首席機械工程師尼克·吉利安（Nick Gillian）介紹了團隊已經(jīng)敲定的基本手勢。手勢分為遠處和近處兩大類，在遠處，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能識別更細微的動作。因此，它能識別的第一個動作很簡單：接近。用戶把手靠近智能手表，顯示屏?xí)c亮，顯示信息，用戶就知道自己能用更細微的動作控制它了。

　　波普列夫表示，Soli的“設(shè)計語言借鑒了實體控制”。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）。

　　Soli控制手勢的優(yōu)勢是能提供兩個級別的反饋：除能看到屏幕對手勢的反應(yīng)外，還能感覺到手指的動作。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，整個屏幕可以用來顯示內(nèi)容。”如果能在空中通過手指動作控制設(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。”對于像智能手表這么小的顯示屏，這樣的設(shè)計非常有意義。團隊在考慮用戶界面時“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：隨著計算機越來越小，它們最終會無所不在。當(dāng)這樣的時代到來時，人們需要與它們交互的方式。語音被認為是一種有效的計算機操作方式，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。開始時我們必須借助額外的傳感器、按鈕和觸摸屏，因為我們不能直接操作數(shù)字內(nèi)容。”

　　Soli和Jacquard的目標(biāo)是讓人們適應(yīng)計算機無所不在的未來。未來可能意味著許許多多的顯示屏和揚聲器，也可能會更加自然，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，打個響指就能啟動軟件。

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