解析手勢控制智能手表的秘密

　　“如何與看不見(jiàn)的計算機交互？”如果在谷歌這樣的公司的會(huì )議室聽(tīng)到這類(lèi)問(wèn)題，讀者一定會(huì )認為這將是展示未來(lái)黑科技的會(huì )議，不會(huì )有實(shí)物展示出來(lái)。

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

　　伊凡·波普列夫（Ivan Poupyrev）在谷歌ATAP（Advanced Technologies and Projects，先進(jìn)技術(shù)和項目）實(shí)驗室工作，擔任Project Soli技術(shù)負責人。Project Soli旨在證明電子設備可以集成微型雷達芯片，用戶(hù)能利用動(dòng)作不大的手勢控制電子設備。在智能手表中集成雷達，目的是為了證明用戶(hù)可以操作看不見(jiàn)的計算機。

　　ATAP是谷歌旗下一個(gè)重要部門(mén)，上一任掌門(mén)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(shí)時(shí)3D地圖（Tango）和虛擬現實(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目是否會(huì )繼續下去還是個(gè)懸而未決的問(wèn)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觸摸纖維項目和Soli仍然還留在A(yíng)TAP，Soli至少有了一個(gè)新的宏大目標：打造配備雷達技術(shù)的消費電子設備產(chǎn)業(yè)和設計語(yǔ)言。這也是波普列夫團隊不僅僅進(jìn)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(shuō)，“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重新設計了Soli芯片，進(jìn)一步減小了其尺寸，降低了能耗，并多次對它進(jìn)行優(yōu)化。據Soli首席和硬件產(chǎn)品工程師哈基姆·拉賈（Hakim Raja）稱(chēng)，該團隊最終實(shí)現了芯片的最小化。它非常薄，4根天線(xiàn)能提供全雙工通信，收發(fā)雷達信號。開(kāi)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。雷達的設計目標是探測在數英里及更遠距離之外飛行的金屬物體，而非數英寸之外、手指作出的幅度僅為數毫米的手勢。就在不久前，人們還不需要擔心這種水平的能耗，沒(méi)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)習算法進(jìn)行優(yōu)化。她首先意識到把雷達提供的空間信號轉化為能在計算機上處理的時(shí)間信號的意義。沒(méi)有什么比如此小的芯片遭遇的噪聲問(wèn)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(jìn)行聚束是不可能的，通過(guò)芯片的每個(gè)信號都必須被捕獲。換句話(huà)說(shuō)，這是一項很復雜的任務(wù)。

　　與電子工藝相比，決定識別出用戶(hù)手勢后電子設備作出何種反應的機器學(xué)習算法就相對簡(jiǎn)單了，但它也絕對不是小兒科。對于配置觸摸屏的設備，屏幕上會(huì )顯示按鈕和滑動(dòng)條；對于有實(shí)體開(kāi)關(guān)的設備，用戶(hù)在撥動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)能感覺(jué)到刻度。但是，如果什么也沒(méi)有，如何引導用戶(hù)進(jìn)行操作呢？

　　波普利夫表示，“萬(wàn)物都有自己的界面？每個(gè)開(kāi)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的目標之一是開(kāi)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計語(yǔ)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(lèi)，在遠處，用戶(hù)可以使用的手勢不多（用戶(hù)可以揮舞手臂，與微軟Kinect體感控制器相似）；用戶(hù)靠近設備后，Soli能識別更細微的動(dòng)作。因此，它能識別的第一個(gè)動(dòng)作很簡(jiǎn)單：接近。用戶(hù)把手靠近智能手表，顯示屏會(huì )點(diǎn)亮，顯示信息，用戶(hù)就知道自己能用更細微的動(dòng)作控制它了。

　　波普列夫表示，Soli的“設計語(yǔ)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(zhù)食指滑動(dòng)）。

　　Soli控制手勢的優(yōu)勢是能提供兩個(gè)級別的反饋：除能看到屏幕對手勢的反應外，還能感覺(jué)到手指的動(dòng)作。這聽(tīng)起來(lái)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(jiǎn)單地說(shuō)，整個(gè)屏幕可以用來(lái)顯示內容。”如果能在空中通過(guò)手指動(dòng)作控制設備，設備屏幕就無(wú)需再顯示各種按鈕了。波普列夫說(shuō)，“目前的設備浪費了寶貴的屏幕顯示面積，這些屏幕本來(lái)可以用于顯示有用的內容。”對于像智能手表這么小的顯示屏，這樣的設計非常有意義。團隊在考慮用戶(hù)界面時(shí)“可以只考慮顯示內容，無(wú)需考慮用手操作”。

　　波普列夫的愿景更大：隨著(zhù)計算機越來(lái)越小，它們最終會(huì )無(wú)所不在。當這樣的時(shí)代到來(lái)時(shí)，人們需要與它們交互的方式。語(yǔ)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(lái)操作呢？波普列夫說(shuō)，“

　　在人類(lèi)發(fā)展過(guò)程中，手逐步成為與世界交互的主要方式。開(kāi)始時(shí)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字內容。”

　　Soli和Jacquard的目標是讓人們適應計算機無(wú)所不在的未來(lái)。未來(lái)可能意味著(zhù)許許多多的顯示屏和揚聲器，也可能會(huì )更加自然，用戶(hù)觸摸自己的衣袖就可以開(kāi)始播放音樂(lè )，通過(guò)語(yǔ)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(shuō)，“人們將回歸自然，數字世界將成為實(shí)際生活的一部分。”但這是一個(gè)令人興奮的夢(mèng)想，人通常會(huì )從夢(mèng)中醒來(lái)，回到真實(shí)的世界。為了實(shí)現自己的夢(mèng)想，波普列夫決定做點(diǎn)什么，他和他的團隊首先瞄上了智能手表。