（中职）虚拟现实技术与应用【03】第3章 智能可穿戴交互技术 电子课件

1、正版课件 内容可修改（中职）虚拟现实技术与应用【03】第3章 智能可穿戴交互技术 电子课件虚拟现实技术概论INTRODUCTION TO VIRTUAL REALITY TECHNOLOG第三章 智能可穿戴交互技术智能可穿戴技术简介01智能可穿戴技术的发展02智能可穿戴交互设备分类03智能可穿戴设备交互技术04学习目标3.1 智能可穿戴技术简介 通过前面两张的学习，我们对虚拟现实和增强现实有了一个粗略的了解，也知道了虚拟现实其实就是通过计算机与专用的虚拟现实设备和相应的软件来实现的，除了一般的虚拟现实设备之外，智能可穿戴设备也成为了当今的一种时尚。这类设备既可以应用虚拟现实技术，也可以成为人们

2、日常生活装扮的一部分。 如智能化眼镜、手套、手表、服饰、鞋、首饰等，更可以扩展为智能可携带器具。随着技术进步以及用户需求的变迁，智能可穿戴式设备在不断的变化。智能可穿戴设备：是直接穿在身上，通过软件和数据交互来实现智能化功能的硬件设备，从某种意义上来说，它仍然属于计算机的范畴。智能可穿戴设备应具备以下基本特征：1. 穿戴性，要求设备轻便，不需手持，可在运动中使用，而手则可做其它的事情；2. 智能性，要求它能根据人的活动和对外界的感应，进行智能处理；3. 可控性，要求它与使用者可进行交互控制；4. 持续性，要求它能持久不间断使用； 5. 多样性，即不同应用在构成、功能、形式、形态等方面应有所不同

3、。与传统的计算机相比，可穿戴式智能设备与人的结合更为紧密。7.1 X3D语法概述3.1.1 智能可穿戴设备定义及特征穿戴式技术在计算机学术界和工业界一直备受关注，由于造价成本和技术问题，很多相关设备仅仅停留在概念而未能普及。随着移动互联网的发展、技术进步和高性能低功耗处理芯片的推出等，部分穿戴式设备已经从概念走向商业，谷歌、苹果、微软、索尼、奥林巴斯、摩托罗拉等都开发出了新一代可穿戴智能设备。穿戴式智能设备已经从概念走进现实，进入了人们的生活。7.1 X3D语法概述3.1.2 广义智能可穿戴式设备穿戴式技术在计算机学术界和工业界一直备受关注，由于造价成本和技术问题，很多相关设备仅仅停留在概念而

4、未能普及。随着移动互联网的发展、技术进步和高性能低功耗处理芯片的推出等，部分穿戴式设备已经从概念走向商业，谷歌、苹果、微软、索尼、奥林巴斯、摩托罗拉等都开发出了新一代可穿戴智能设备。穿戴式智能设备已经从概念走进现实，进入了人们的生活。7.1 X3D语法概述3.1.2 广义智能可穿戴式设备虚拟现实智能穿戴式设备：一是指针对虚拟现实系统开发的设备；二是把普通可穿戴设备的数据接入虚拟现实系统，其数据可以在虚拟现实系统中呈现并能和虚拟现实场景对象进行交互互动的设备。虚拟现实智能可穿戴设备在人机之间构建了一种新的互动方式。7.1 X3D语法概述3.1.2 虚拟现实智能可穿戴式设备3.2 智能可穿戴技术发

5、展能做事（智能处理事务的功能），不碍事（方便携带）、很懂事（能与人进行互动交流）、会来事（造型符合人体工学要求，美观时尚），是可穿戴设备发展的驱动力，也基本是计算机、也是可穿戴设备的发展经历。智能可穿戴技术拥有多年的发展历史。概念期：在20世纪60年代（60年前）即智能可穿戴技术思想和雏形已出现；研发期：在20世纪7080年代（40-50年前）出现可穿戴计算机原型；应用期（10-20年前）但其高速与多样化的发展却是近十年的事，随着计算机软硬件以及互联网技术的高速发展，智能腕表、手环、手套等出现，可穿戴式智能设备的形态开始变得多样化，逐渐在工业、医疗、军事、教育、娱乐等诸多领域表现出重要的研究价

6、值和应用潜力；高速发展期：2020年-2023年随着5G的进一步推广，智能可穿戴设备将进入一个全新的高速发展期。网络的瓶颈、材料的瓶颈被打破后，智能可穿戴设备将迎来全面的发展。3.2.1 智能可穿戴技术发展3.2 智能可穿戴技术发展20世纪60年代（60年前）概念期20世纪7080年代（40-50年前）研发期10-20年前应用期2020年-2023年高速发展期最初可穿戴技术的发展，受生产力和技术的限制，可穿戴产品主要表现为对PC的穿戴化改造。这也可以被看作是“穿戴式电脑”的起源。但有体积大、操作不灵活、设计不美观等特点。3.2 智能可穿戴技术发展直到2006年3月份，手腕触屏电脑出现，在业界引

7、起了一阵轰动。它可预装Linux或Windows CE操作系统，配备3.5英寸240 x 320分辨率显示屏、内置GPS模块，支持无线网络，除了支持触控外，用户还可以利用机身按键进行操作。它主要用于搜救部门，卫生医疗，安全，维修，交通，军事等领域。 早期可穿戴设备Zypad WL 1000的手腕式电脑2012年，出现的手套形态电话，一度也被很多人定义为可穿戴计算设备形态的一种，看起来很酷，但除了基础的通话功能之外，并没有其它方面的应用和功能特征，人机交互还是采用传统的按键，因而并不完全属于严格意义上的可穿戴设备，但为可穿戴设备的发展提供了思路。3.2 智能可穿戴技术发展早期可穿戴Glove O

8、ne的手套电话PC互联网逐步向移动互联网发展的过程中，平台产品的出现，给可穿戴设备提供了更大的发展空间，尤其是移动操作平台趋于成熟和开发群体的庞大，为可穿戴设备的开发奠定了坚实的基础。3.2 智能可穿戴技术发展在传统的人机交互时代，键盘、鼠标以及手柄是很常见的交互方式。3.2.2 智能可穿戴虚拟头盔将成为一种新的交互方式3.2 智能可穿戴技术发展人机交互时代的鼠标、键盘、手柄而在移动互联网时代，触控成为备受好评的新型交互形式。3.2.2 智能可穿戴虚拟头盔将成为一种新的交互方式3.2 智能可穿戴技术发展移动互联网时代的触控设备及智能手机VR时代来临后，Oculus Rift虚拟现实头盔的出现为

9、可穿戴设备吹响了冲锋号，Oculus开发了沉浸式人机交互解决方案，通过可穿戴设备将用户置身于游戏场景中，以视觉控制的方式，为用户提供了更逼真的游戏体验、和更直观的人机交互方式。使Oculus Rift在2013年E3游戏展上获得了“最佳硬件奖”头衔。在资本市场，首轮融资也达到1600万美元。这表明了外界对这种人机交互方式的认同和期待。3.2.2 智能可穿戴虚拟头盔将成为一种新的交互方式3.2 智能可穿戴技术发展Oculus Rift可穿戴虚拟现实头盔目前，尽管运动、军事、科研等特殊专门领域是可穿戴设备的主要关注点，但是在未来的几年里，这个重点将逐渐转移到健康、保健、日用等领域中。高感知、微硬件

10、、云计算、大数据等技术的应用，让可穿戴设备成为了人类对抗慢性疾病的一道有力防线。通过智能穿戴对个体数据的采集、计算、分析将会提前预知病症的状态，达到避免或降低了病症发作风险的目的。3.2.3 健康、保健、日用将是智能可穿戴设备未来发展的重要领域3.2 智能可穿戴技术发展健康保健领域的智能可穿戴手表、手环等智能衣物的出现标志着可穿戴智能设备进入了人们的日常生活当中，也带给了智能穿戴行业巨大的商机，一些公司已经发布了运动相关的周边产品，如智能运动鞋、智能运动衫等。3.2 智能可穿戴技术发展这也预示着在未来，智能穿戴产品将从功能性转向为针对性、目标性、个性化的发展目标。可穿戴智能健身衣通过前面两次课

11、的学习，我们已经了解了智能可穿戴设备是什么，以及智能可穿戴设备的发展历程和未来。那么智能可穿戴设备又有哪些类型呢?根据资料来看，智能可穿戴设备有很多的分类方式，比如说按应用功能分类、按穿戴部位分类、按与人体的贴合程度进行分类等等。本课将根据智能可穿戴设备的技术以及它与人体的贴合程度进行分类。按这种分类方式，可以分为:1. 智能可穿戴内置设备类；2. 智能可穿戴外置贴身设备类；3. 智能可穿戴外置机械辅助设备类；3.3 智能可穿戴交互设备分类健康保健领域的智能可穿戴手表、手环等智能可穿戴内置设备类是与人体深度贴合的穿戴设备，如隐形眼镜、内置芯片等。2012年，由比利时科学家研制出了内含计算芯片的

12、智能隐形眼镜。使智能显示深度与人体结合，也开启虚拟现实的发展未来。我们可以想象一下，虚拟现实显示头盔一路发展过来，由头罩式显示器到现在的外置眼镜显示器，使虚拟现实笨重变得轻松，也更容易被人接受。如果把隐形眼镜用作虚拟现实头显，那么虚拟现实将会更加轻松和自由。3.3.1 智能可穿戴内置设备3.3 智能可穿戴交互设备分类内置智能芯片是植入人体器官的设备。瑞士洛桑联邦理工学院工程系的斯蒂芬妮拉科和格雷库尔蒂纳在2015年年初宣布，他们已经开发出用于治疗脊髓损伤的智能植入物。美国哈佛大学查尔斯利伯教授研究小组所开发出了注射式大脑智能检测系统，可以通过注射器直接注射到脑组织中。注射后，纳米电子网会自行打

13、开，可以检测大脑活动，刺激组织，与神经元互动。以上都是与人体紧密贴合的智能可穿戴设备。3.3 智能可穿戴交互设备分类智能可穿戴外置设备类是大家最容易理解的，包括了外置式的智能眼镜、MR眼镜、VR头盔、衣服、鞋帽、首饰等，这些设备从外观来看就是日常穿戴的智能化。智能可穿戴外置设备3.3 智能可穿戴交互设备分类3.3.2 智能可穿戴外置贴身设备在智能可穿戴外置设备中，可弯曲屏幕是非常值得期待的智能可穿戴外置设备，它将带给我们很多的设计灵感和无限的设计可能。可弯曲的智能可穿戴外置设备3.3 智能可穿戴交互设备分类智能可穿戴外置机械辅助设备类是指体量较大，针对肢体开发，辅助肢体运动，或肢体运动数据捕捉

14、传感，有较大机械构件外观的智能设备。3.3.3 智能可穿戴外置机械辅助设备3.3 智能可穿戴交互设备分类派克汉尼汾公司的Indego外骨骼装置通过上次课我们已经了解到了各种智能可穿戴设备的类型，那以这些穿戴设备是如何让人与机器进行互动交流的呢，现在主要的交互技术有：骨传导、眼动跟踪、AR/MR、语音、体感、触觉、脑波等七种交互技术.3.4 智能可穿戴设备交互技术3.4 智能可穿戴设备交互技术派克汉尼汾公司的Indeg骨传导交互技术主要是一种针对于声音的交互技术，将声音信号通过振动颅骨，不通过外耳和中耳而直接传输到内耳的一种技术。1.骨传导交互技术就象我们用双手捂住耳朵，自言自语，无论多么小的声

15、音，我们都能听见自己说什么，这就是骨传导作用的结果。骨传导设备包括：骨传导输入设备和骨传导输出设备。骨传导输入设备，是指采用骨传导技术接收说话人说话时产生的骨振信号，传递到处理设备。骨传导输出设备，是指将传递来的音频电信号转换为骨振信号，并通过颅骨将振动传递到人内耳的设备。3.4 智能可穿戴设备交互技术目前在智能眼镜、智能耳机等方面，骨传导技术使用比较普遍，它们采用了声音骨传导技术来构建设备与使用者之间的声音交互。3.4 智能可穿戴设备交互技术智能眼镜和智能耳机眼动跟踪，又称为视线跟踪、眼动测量。眼动追踪技术是一项科学应用技术，通常由三种追踪方式：一是根据眼球和眼球周边的特征变化进行跟踪，二是

16、根据虹膜角度变化进行跟踪，三是主动投射红外线等光束到虹膜来提取特征。眼动追踪技术在当代心理学研究有比较广泛的应用。随着可穿戴设备，尤其是智能眼镜的出现，这项技术开始被应用到可穿戴设备的人机交互中。3.4 智能可穿戴设备交互技术2.眼动跟踪交互技术通常眼动跟踪可分为硬件检测、数据提取、数据综合3个步骤。眼动跟踪交互技术的主要原理是，当人的眼睛看向不同方向时，眼部会有细微的变化，当硬件检测到这些变化时，计算机可以提取这些特征，进行综合分析，预测用户的状态和需求，并进行响应，达到用眼睛控制设备的目的。3.4 智能可穿戴设备交互技术眼动追踪技术除了心理研究之外也开始应用于的智能手机、平板电脑以及虚拟现

17、实之中，在游戏、VR、AR的体验中，最能体现眼动追踪技术的优势。该技术使人机交互更快速、更直观。如果设计完善，这些系统还能实现虚拟显示，对用户的自然反应甚至潜意识做出响应，打造出沉浸式虚拟体验。3.4 智能可穿戴设备交互技术采用眼动追踪技术的AR RideOn滑雪护目镜AR/MR技术可以为可穿戴设备设备提供新的交互方式，主要是在人机之间构建了一种新的虚拟屏幕，并借助于虚拟屏幕实现场景的交互。这是目前智能眼镜、沉浸式设备、体感游戏等方面应用比较广泛的交互技术之一。3.4 智能可穿戴设备交互技术3.AR/MR交互技术语音交互可以说是可穿戴设备时代人机交互之间直接，也是当前应用广泛的交互技术之一。尤

18、其是可穿戴设备的出现，以及相关语音识别与大数据技术的逐渐成熟，给语音交互带来全新的契机。3.4 智能可穿戴设备交互技术4.语音交互技术新一代语音交互的崛起，并不是识别技术上取得了多大的突破，而是将语音与智能终端以及云端后台进行了恰到好处的整合，让人类的语音借助于数据化的方式与程序世界实现互动交流，并达到控制、理解用户意图的目的。3.4 智能可穿戴设备交互技术4.语音交互技术语音交互技术的应用分为两个发展方向：一个方向是大词汇量连续语音识别系统，主要应用于计算机的听写;另一个重要的发展方向是小型化、便携式产品和虚拟现实的语音交互应用，如智能机器人、智能音箱等。语音交互在今后的重点是加强排干扰能力

19、和完善多语境下的识别。智能机器人、智能音箱3.4 智能可穿戴设备交互技术5.体感交互技术体感交互技术是指利用计算机图形学等技术识别人的肢体语言，并转化为计算机可理解的操作命令来操作设备。也可以说是可穿戴设备趋势下带动起来的人机交互技术。是目前智能眼镜、沉浸式设备、体感游戏等方面应用比较广泛的交互技术之一，也是目前技术领域常见的交互方式。AR、MR中将虚拟物体与真实环境的融合，常用手势对虚拟物体进行交互控制。3.4 智能可穿戴设备交互技术6.触觉交互技术触觉交互是目前可穿戴设备产业中比较新的人机交互技术，对人机之间的信息交流和沟通方式将产生深远的影响。软硬、冷暖、粗细，以及物体形状等信息，都可以在触摸中感知，人类更复杂的情感