關(guān)于AR設(shè)備人機(jī)接口分析與研究

時(shí)代周刊和ABI研究機(jī)構(gòu)稱AR是技術(shù)的未來，為什么？因?yàn)樗菙?shù)字化與物理世界相互‘碰撞’的紐帶，而且會(huì)改變一些行業(yè)的規(guī)則，涉及制造業(yè)、能源行業(yè)以及醫(yī)療保健等。AR這個(gè)概念已經(jīng)存在很多年了，它能夠在真實(shí)世界的物體上疊加文字和圖像，這吸引了無數(shù)業(yè)余愛好者以及技術(shù)發(fā)燒友。然而在2016年手機(jī)游戲“口袋妖怪（Pokémon Go）”將AR推向了主流，同時(shí)向全世界展示了AR設(shè)備如何將自己擴(kuò)展為未來各行業(yè)工作人員的一種工具。

AR設(shè)備的設(shè)計(jì)面臨諸多硬件挑戰(zhàn)，本文展示了AR如何改變像建筑工地、工廠車間等場景的環(huán)境，并且探索在設(shè)計(jì)可行AR產(chǎn)品過程中克服挑戰(zhàn)的方法。

21世紀(jì)的行業(yè)工作者

通過將數(shù)字信息疊加到物理實(shí)體上賦予行業(yè)從業(yè)者和工作場景更多的靈活性，這個(gè)想法非常的大膽，并且正在為許多行業(yè)帶來革命性的變化。

舉個(gè)例子，AR有可能會(huì)重振制造業(yè)，通過將工人與設(shè)備進(jìn)行連接，使得他們能夠與傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，這會(huì)帶來工作人員操作準(zhǔn)則或標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化，并且能夠?qū)崟r(shí)查看具體的操作內(nèi)容（圖1）。

圖1：AR能夠?qū)?shù)字信息疊加到實(shí)際物理對象上，它能夠變革工業(yè)的工作場所。（來源：Intel）

舉個(gè)例子，工廠內(nèi)的工人按照說明一步一步的組裝產(chǎn)品或者工業(yè)設(shè)計(jì)者采用AR來一點(diǎn)一點(diǎn)兒的展示比較新舊產(chǎn)品，這樣就不需要在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)僅供顯示用的且昂貴的設(shè)備原型了。其他例子包括現(xiàn)場人員修復(fù)設(shè)備時(shí)在玻璃屏幕上提供標(biāo)記、信息和圖表等，從而可以從遠(yuǎn)程工程師那里獲得幫助。技術(shù)員可以使用AR可穿戴設(shè)備來管理泵站操作而無需前往電腦控制臺(tái)。AR技術(shù)甚至可以讓新員工或者DIY愛好者使用AR疊加的說明信息來逐步的識(shí)別問題并且修復(fù)?，F(xiàn)代汽車公司在2015年為車主推出了AR手冊，這款A(yù)PP可以在智能手機(jī)和平板電腦上使用，允許車主掃描他們汽車的任何部位，并借助3D覆蓋圖像和指導(dǎo)視頻來進(jìn)行修復(fù)。這只是少數(shù)的幾種方式，為現(xiàn)場員工提供技術(shù)支持同時(shí)減輕了中心辦公室專家們的工作壓力。

設(shè)計(jì)人機(jī)接口

AR采用的人機(jī)接口（HMI）需要將原理圖和音頻疊加到實(shí)際物體上，這樣才能完成一些任務(wù)，比如運(yùn)動(dòng)跟蹤、模式識(shí)別和數(shù)據(jù)可視化等。AR硬件（包括攝像頭、傳感器、顯示器和連接器）正在迅速的自我完善，它采用的人機(jī)接口能夠服務(wù)于各種工業(yè)應(yīng)用。

設(shè)計(jì)AR接口面臨一些獨(dú)特的挑戰(zhàn)，首先APIs和App生態(tài)系統(tǒng)仍然在不斷的發(fā)展，頭戴內(nèi)的有限視野、耳機(jī)以及顯示器等在硬件選擇方面也提出了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。

? 顯示器需要更薄、更輕，這樣才能滿足工業(yè)設(shè)計(jì)的要求（圖2）
? 電源傳輸必須高效從而防止數(shù)據(jù)過載設(shè)備故障
? 攝像機(jī)、傳感器和顯示器等組件必須能夠做到以近乎零延遲來適應(yīng)超高速的圖形和視頻流

圖2：AR設(shè)備比如DAQRI公司推出的智能眼鏡需要更薄更輕的組件才能滿足工業(yè)設(shè)計(jì)的要求（來源：DAQRI）

AR設(shè)備連接器的一些獨(dú)特要求

連接器在AR硬件設(shè)計(jì)中尤其的重要，通常它們需要是緊湊、輕薄、反應(yīng)快速的，AR設(shè)計(jì)需要連接器的小型化，從而可以取代受限于引腳數(shù)量笨重的互連解決方案。這些連接器應(yīng)該足夠的可靠，確保信號(hào)的完整性同時(shí)服務(wù)那些高速數(shù)據(jù)鏈接的AR應(yīng)用。

此外AR設(shè)計(jì)中的連接器需要滿足不斷增長的數(shù)據(jù)傳輸需求以及增加的端口密度，它們應(yīng)該能夠提供多種協(xié)議支持從而實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)應(yīng)用。Molex公司推出的Nano-Pitch I/O互連系統(tǒng)擁有增強(qiáng)的數(shù)據(jù)速度和信號(hào)完整性，并且外形設(shè)計(jì)日益緊湊，此外它還提供了針對高速應(yīng)用而優(yōu)化的靈活管腳分配，同時(shí)在一定的線纜長度內(nèi)最大化高速數(shù)據(jù)傳輸通道。這些連接器的尺寸為5mm x 23mm x 9mm，連接器與線纜連接處設(shè)計(jì)了12mm的高度，用于直角線纜的引出（圖3），這使得它們足夠適合AR設(shè)備比如頭戴耳機(jī)和智能眼鏡等。

圖3：連接器的小型化對于日益復(fù)雜的電路封裝和超小型AR設(shè)計(jì)至關(guān)重要（來源：Molex）

高度緊湊的AR設(shè)備還要求連接器提供高速連接信號(hào)線最優(yōu)的布局布線，從而實(shí)現(xiàn)PCB尺寸的最小化，Molex公司推出的Nano-Pitch I/O連接器從PCB垂直和水平方向的配置上確保了設(shè)計(jì)的靈活性。

電源連機(jī)器也需要足夠的強(qiáng)大，為視頻子系統(tǒng)（比如立體攝像機(jī)）提供電源支持。小尺寸的電源連接器通常面臨在暴露在外面的端子和完全隔離的端子之前的選擇，前者因?yàn)楸┞对谕饷嫒菀讚p壞，后者則會(huì)占用太多的空間。

Molex公司推出的Nano-Fit電源連接器解決了這一設(shè)計(jì)難題，采用的是完全隔離的端子同時(shí)保持封裝管腳間距保持在2.5mm，此外為了在集成有多個(gè)相同電路尺寸端子的PCB上實(shí)現(xiàn)簡單化的組裝，這些連接器提供多種選擇從而保證正確的匹配以及TPA（端子位置保證）要求，這樣也就消除了端子可能掉落的風(fēng)險(xiǎn)。

總結(jié)

研究機(jī)構(gòu)ABI預(yù)計(jì)在2018年企業(yè)級(jí)的AR應(yīng)用會(huì)迎來一個(gè)拐點(diǎn)，AR設(shè)計(jì)師們正在迅速的克服硬件上的挑戰(zhàn)，整體技術(shù)的進(jìn)展可能比很多業(yè)內(nèi)觀察家們認(rèn)為的要快得多。AR設(shè)備的設(shè)計(jì)有很多硬件方面要考慮，尤其是連接器。“口袋妖怪（Pokémon Go）”向世界展示了AR如何吸引我們，現(xiàn)在需要我們?yōu)槠渌袠I(yè)創(chuàng)造AR設(shè)備并將AR的潛力進(jìn)一步發(fā)展壯大。