可穿戴计算技术及其应用的新发展
图7 可穿戴计算机样机Netdaily I(重庆大学，1999年)
在集中式主机结构下，配备的大量传感装置、人机交互装置和主机设备往往会给人员带来舒适性和用户体验方面的负面影响，不能很好与人体结构以及日常的穿着、行为方式等相协调。对计算系统结构进行模块化划分，针对各个模块的具体功能以及交互控制方式，将其集成或分别嵌入到衣物、鞋帽、眼镜、手表、手套、腰带甚至挂饰中，实现各种新形态的可穿戴人机接口装置，是近年来的热点研究方向。典型的研究工作除Google公司正在开展的Project Glass项目之外，还包括：瑞士ETH Züirich大学的腰带式可穿戴计算机(Q-belt-integrated-computer，QBIC)如图8a;德国不莱梅大学AAL实验室用于控制轮椅运动的帽子，中国香港大学用于捕获人体运动状态的鞋子[25]，如图8b;以及欧盟可穿戴计算项目wearIT@work中用于制造、物流、消防、航空等领域现场作业辅助的马甲(wearable computerized clothing)[26]，如图8c，等等。
图8 腰带、鞋子和衣物等形态的可穿戴计算装置
2)核心材料、电路和结构研究。
新形态可穿戴计算机及人机接口的实现需要来自材料和结构等方面创新研究成果的支持。其中：
材料方面，典型的研究成果包括：文献[27]中通过可印制在织物上的电路材料实现的红外通信、温度感知和LED显示等为实现潜在的“计算机衣服”提供了可能;文献[28]中将热塑弹性应力传感器混纺编织到织物中，则为实现能够识别人体运动的智能服装提供了技术手段;文献[29]则在纺线级详细地讨论了电路功能到衣物的大规模编织制造方法，包括传统硅基电路的可编织化方法和织物总线结构的构建方法等。文献[30]则讨论了一种Planor-fashionable circuit board并将其应用于老年日常生理监测。
结构方面，典型的研究成果包括：文献[31]结合物理化学方法，提出了一种“胶体计算”模式，以其为基础构建层次化的体系结构来支持纺线、单一传感器和传感簇等不同粒度计算单元的实现和管理;文献[32]从方法学的角度出发，探讨了如何基于计算产生热量和人员典型姿态/行为/舒适度下的生理机能反应等因素开展”可穿戴性(wearability)”结构设计研究;文献[29]中也涉及到了编织电路的可悬垂性、受力稳定性以及可洗性等结构性和可用性研究。
可穿戴计算在材料、构件和系统结构方面还有许多创新研究，这里就不一一列举。
3)身体传感网络与多情景(context)下的感知计算和通信。
各种创新材料和结构的应用使得可穿戴计算系统包含的各种传感、计算处理、通信、交互等功能得以微型化和模块化，并以附着(attach)或植入(implant)等方式部署在人体或织物上，相互之间通过IEEE 802.15.4/Zigbee、IEEE 802.1l、Bluetooth、GPRS、ANT等协议标准进行体域内(intra-body)和体域外(out-body)的数据通信，建立其身体传感网络(body sensor network)，其具备了良好的对人体生理、运动、行为等状态以及人所处的多种变化场景的感知能力。BSN的专用标准IEEE 802.15.6正在制定之中。
这方面的典型研究工作包括：文献[33]中基于BSN提出了“增强皮肤”的概念，通过空间信息感知实现虚拟触觉的“Haptic Radar”原型;文献[34]中提出了一种基于可穿戴计算机配置的惯性传感和电磁跟踪器实现的位置坐标推算方法(dead reckoning)，能实现人员数百米移动范围内误差小于10%的位置坐标估计，提供实时、低开销的位置感知服务支持;美国Harvord大学CodeBlue项目中基于BSN微节点研究长期低功耗的人体脉搏、血氧、心电、肌电和运动等传感数据采集方法[35]，类似的老年健康BSN研究工作还包括麻省理工的帕金森症健康服务项目Livenet，欧盟第五框架项目MobiHealth，以及微软的HealthGear项目等;文献[36]中结合移动和普适计算研究中的情景感知计算研究，提出了适合可穿戴计算的情景知识分类方法(taxonomy)等。
4)融合、增强和介入的可穿戴人机交互和计算智能。
构建高效的人机自然交互和协同，是提高可穿戴计算可用性的一个重要问题。而可穿戴计算的穿戴使用、持续运作模式和以人为中心的形态结构基础为实现融合、增强和介入等模式的自然人机交互提供了良好的支持，并可能催生新的计算智能形式。
人机交互技术和范式研究方面：文献[37]开展了人员在静止和运动状态下基于头戴显示界面进行的鼠标拖拽任务实验，评估了轨迹球(trackball)、触控板(touchpad)、陀螺鼠标(gyroscopic mouse)和单手键鼠(Twiddler2)等可穿戴计算机常用的交互装置在静止和运动不同状态下的实用性能;文献[38]针对以编织电路为基础实现的单重和多重交互输入装置，开展了静止和运动状态下的输入效率对比分析;文献[39]构建了一种适合手势交互的人机界面;文献[40]等讨论了适合头戴显示器(HMD)输出方式的可穿戴人机接口设计;文献[12]中设计了一种佩戴于人体腕关节，基于压电传感构建的采集人员手部运动时骨骼传导声音信号实现人员手势识别的交互输入装置;文献[41]使用压力传感电阻条(FSR)来检测人体肌肉运动产生的压力传感信息，进而实现可穿戴的人员手势识别装置。
交互范式和计算智能研究方面：文献[42]基于手势识别及投影显示技术等方面的研究成果，提出了“第六感人机交互”的可穿戴人机交互创新概念;Mann提出了一种新的HI(humanistic intelligence)概念，即一种初级人机协调的智能形式[10]。
可穿戴增强和介入现实交互研究方面：文献[43]针对穿戴视频传感获取的场景视频信息，识别抽取视频关键帧，结合已校准的图像特征，帮助用户识别场景中的人员、设备、建筑等实体信息;文献[43]实现了一种新的视觉增强模式Through-wall Collaboration;文献[44]中，作者实现了一种鲁棒的、无标识(mark)的人员手指实时识别和跟踪算法，并在跟踪视频流中重建相对于人员伸展开手掌的六自由度摄像头姿态，进而实现了一种新的Handy AR系统;文献[44]和[45]开展了可穿戴计算视觉、可穿戴增强现实等方面的研究工作;文献[46]开展了基于头戴显示器的介入现实研究工作。
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