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传输与显示:穿戴系统使用者体验关键

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Omate TrueSmart第二代智能表,内部布线空间更斤斤计较 (Kickstarter)
Omate TrueSmart第二代智能表,内部布线空间更斤斤计较 (Kickstarter)

穿戴式装置内建传感器、处理器、电池、传输、甚至显示等硬件元件,本篇讨论传输和显示元件的设计与配置。前者决定装置如何与外界做数据传递,后者决定如何呈现画面、并与使用者做互动,两者皆是设计上必须重视的部份…

无线通讯协定标准 争相进驻穿戴式装置

市售智能手表/手环规格与元件比较表

市售智能手表/手环规格与元件比较表

Oculus Rift头戴式体感显示控制器的拆解图(iFixit)

Oculus Rift头戴式体感显示控制器的拆解图(iFixit)

穿戴式装置在做数据传递时,大多透过无线的方式来进行。规格设计上,优先考虑低耗电为主,距离和传输速度为其次。

目前手机大多内建蓝牙功能,因此大多数智能手环/手表产品都会配置蓝牙传输元件,与手机连结,成为手机的延伸配件。为了省电,大多透过Bluetooth 4.0 LE (BLE,低耗电蓝牙,或称Bluetooth Smart)协定来跟手机做数据传输、认证。

使用BLE做传输时,其距离减至30米、空中数据传输率为1Mb/s,应用程序传输率为0.27Mb/s,延迟时间更短(达6ms),不能传输语音数据。耗电量与正常蓝牙模式相比,省电2倍至100倍,操作电流低于15mA,已获ICT产业认可,因此蓝牙协定,可说是当今穿戴式电子装置必备的无线通讯协定之一。

至于医疗用穿戴式装置的无线网络方案,大多采用ANT/ANT+的协定,作为感应数据蒐集、遥控信号的传递。不过由于目前大多数的手机/平板并不支持ANT+协定,因此有厂商开始试推同时支持蓝牙与ANT+协定的心率手环(如Viiiiva),让消费者不需另买ANT+转蓝牙的Dongle。

此外,ZigBee联盟也在2012年订立ZHC (ZigBee Health Care)的标准,ZHC和蓝牙同时获得CHA (Continua健康联盟)的认可,因此这两个无线通讯协定,在健身与医疗专用的穿戴式装置上发展非常快速。同时采用蓝牙和ZigBee可构建出星型、对等和混合的网络节点,让控制与配对上更加方便。

另外像是NFC(Near Field Communication,近场通讯)协定,应用在穿戴式装置上也有增加的趋势(如Fitbit Flex手环、Sony SmartWatch 2手表),与具NFC功能的手机互碰一下,就能完成配对,省下繁复设定配对过程,接着便可透过蓝牙来传输数据,让操作更方便。至于医疗级的产品中,欧姆龙(Omron)也展出采用NFC技术的睡眠与心率监测机。

全新的无线通讯技术-Hotknot

联发科(MTK)与深圳汇顶科技(Goodix)共同推出了Hotknot技术,类似NFC、只要将两支手机的电容式触控屏幕互相碰触一下,即可完成配对、认证、移动付款、数据传输等动作。

Hotknot的优势在于,不需要增加额外的芯片和天线(不会增加成本),即可达到跟NFC相同的技术,被俗称为「穷人的NFC」。其原理是以触控芯片(Touch IC)为主要感应器,并辅以接近感应器(P-Sensor)、重力传感器(G-Sensor)来完成设备之间的数据传递,透过触控屏幕来进行图片、影片、文件的数据传输,不须借助其他芯片。

联发科MT6592八核心平台支持Hotknot技术,让触控屏幕除了触控、显示,还可传递数据或移动付款。目前阿里巴巴、腾讯都支持Hotknot的移动支付。而在MWC 2014期间,Alcatel展示的Onetouch Smartbook概念产品,也支持Hotknot技术。目前Hotknot技术优先在手持式装置实作,至于穿戴式装置市场,未来智能手表最有机会优先导入。

手戴式装置的小尺寸显示器技术: LCD/OLED/电子纸

智能手表、手环等穿戴式产品的屏幕显示,视距都在10厘米以上,为符合手腕佩带情境,产品大多采用小尺寸屏幕或指示灯为主。以运动健身(Sport/Fitness)的智能手环来说,有些只配置LED指示灯,没有屏幕(例如Jawbone Up、Fitbit Flex),这些手环功能单纯。但市面上也有配置点距阵屏幕(例如Nike FuelBand),将手环升级成具有时间显示的运动手表。

另一种产品设计看起来就像传统的电子数字表,采用单色或彩色LCD显示,并内建必要的感应器与无线传输元件,成为运动手表(如Garmin Forerunner系列、Mio ALPHA心率运动表)。上述的运动健身类的智能手环/手表产品,其显示屏幕大多采用1~2寸以内,且尽量用单色显示,以增加电池寿命。

至于一般主打信息娱乐类(Infotainment)的智能手表来看,目前市面上大多是设计成手机延伸配件,亦即必须跟手机做配对,然后使用者透过手表来控制或撷取手机上的信息,包括接听电话、收发简讯、社群网络信息、行事历、天气报告、新闻信息、音乐聆听/控制、以及部份运动健身功能(搭配手机App来实现的如计步器、心率器、睡眠记录、饮食控制)等等;有些智能手表还支持语音控制和照相功能(如三星Galaxy Gear),这些手机依照不同的诉求功能,在显示屏幕的元件配置上,大多是1~1.7寸的单色/彩色LCD或OLED。而Qualcomm(高通)的Toq则是采用自家Mirasol小尺寸显示技术。

不过功能较强大的智能手表,尤其是大尺寸╱多点触控屏幕的机种,其电池续航力也比较差(1~4天),因此像是Pebble、Kreyos等厂商就采用夏普的黑白Memory LCD电子纸技术,一次充饱电就可用7天;而Martian (摩绚)则是传统指针表再搭配低于1寸的黑白OLED来做信息显示,电池续航力也能达1周。至于Casio G-Shock系列则是将单色LCD的数字表右上方增加信息栏,加入低耗电蓝牙传输元件,搭配不可充电的钮扣电池,号称最高可使用2年。

再来看最近的Smart Watch 2.0的产品,属于可以独立运作的智能手表+手机,这类产品就是要取代你的智能手机,采用1.5寸以上的大屏幕设计,例如映趣的inWatch One、Omate TrueSmart都是配置1.55寸彩色触控屏幕(分辨率240x240)。而Neptune Pine更是配置2.4寸屏幕(分辨率320x240,达Android App最低支持门槛),让App免重新改写就能直接执行。只是这些产品的电池续航力也跟手机差不多,频繁使用下就得天天充电。

由于智能手环/手表的体积比手机更小,要在有限的体积内必须把完整的处理器、显示、传输、供电设计等功能全部塞进小小的手表空间内,在内部布线就非常讲究,因此寸土寸金,越小的元件、整体功能较强者,越能获得设计者的青睐。

头戴式装置的显示元件:微投影/HMD

在头戴式装置的显示元件设计上,依照产品类型,可分成: 微投影(micro projector)、头戴式显示器(Head-Mount Display;HMD)。在视距低于10厘米的使用环境下,以智能眼镜产品来说,大多采用前者微投影显示技术,而Google Glass的技术是,采用迷你投影机,透过棱镜(Prism)的反射之后,让光线进入眼睛,在视网膜中成像,营造出从2.4米的距离来看25寸屏幕一样,且具备640x360的分辨率。

至于头戴式显示器部份,以Sony HMD HMZ-T3来说,该产品内建两片Sony自家研发的OLED显示面板,分辨率为1280x720,可提供如同在20米外观看750寸的大屏幕,营造出在大型电影院中间座位的感受。且3D电影透过两片OLED面板显示左右眼的画面,能提供比一般屏幕更清晰、更明亮、且无残影的3D画面显示效果。

至于Oculus Rift虚拟实境HMD,则是该软件先将电脑游戏画面转换成3D,然后透过DVI、HDMI埠将画面传输到Rift的驱动盒,让Rift HMD上的7寸LCD显示出左右眼的画面(分辨率1280x800),用户以透过随附的三种凸透镜之一来看,可营造出身历其境的3D游戏画面。该HMD内建三合一感应器,可透过头部和身体移动的体感控制,感受绝佳的游戏体验。