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【干货】可穿戴计算与系统仿真

导读: 可穿戴计算作为一种崭新的计算模式,为计算机科学与技术提出了新的课题,将形成新的计算概念、理论和技术,并将拓展计算的功能和开辟新的应用领域。可穿戴计算也为系统仿真提供了新的计算平台,将会对系统仿真技术产生重要的影响。首先介绍了可穿戴计算,然后初步探讨了可穿戴计算在系统仿真中的应用。

  引 言

  可穿戴计算机(Wearable Computer,缩写为WearComp)是一类新概念、超微型、可穿戴的个人移动计算系统,由于能够被“穿戴”在身上,所以可实现人机之间自然、方便和直接的交互,使我们能以更自然的方式携带计算系统和获得计算功能,最终要实现人机之间的“最佳结合与协同”。

  可穿戴计算机是随着电子器件的不断微型化、性能的增强、无线移动网络技术日益成熟和广泛应用而出现的,也是人们对“计算”深入研究和认识,追求“计算以人为本,人机合一”这一理念的产物。

  可穿戴计算机在体系结构、功能、形态、用途、操作模式,以及设计和开发方法上都将与现在流行的移动计算装置(如笔记本电脑、掌上电脑等)不同,具有许多不可替代的功能,它将引发新的需求,开辟新的应用领域,用途非常广泛。

  可穿戴计算机的出现促成了一种崭新和独特的计算模式,即可穿戴计算(Wearable Computing,同样缩写为WearComp),它从计算概念、人机关系、交互方式、功能和用途等诸多方面都不同于传统的固定和移动计算模式,这种计算模式强调以自然的穿戴形式提供的计算功能,弱化机器的概念,计算系统不是以机器形式出现,机器将最终从我们的视线中将消失,计算系统是嵌入在衣物、挎包、腰包、腰带、手表、首饰或其他装饰物等物品中的,我们体验到的只是“服务”。在这种新的计算模式下,弱化以“传统计算”为主要任务,而是突出以增强人的能力和辅助人为目的,将使我们产生“计算依赖”,使我们需要计算就像需要衣物一样。

  可穿戴计算的思想和雏形早在20 世纪60 年代就出现了。目前形态可穿戴计算机(挎包和背心式等)的发明人应该是目前在加拿大多伦多大学的Steve Mann 博士,他早在80 年初代就开始进行可穿戴计算机的研究,他在MIT 攻读博士的时候继续了他的发明,并和其他研究人员一道形成了可穿戴计算研究方向,成为可穿戴计算研究领域的主流之一。另一股可穿戴计算的推动力量来自美国军方,主要有两个相关计划,一是90 年代中期美国陆军的陆地勇士(Land Warrior)计划,其目的是研制一种以可穿戴计算机为核心数字化作战单兵系统;二是90 年代中期美国DARPA 的聪明模块计划(Smart Modular)。

  1996 年在美国召开的两次会议引起了学术界和工业界对可穿戴计算的广泛关注。一次会议是1996 年7 月,美国国防部的DARPA 赞助举行了第一次WearComp 专题研讨会,题为“ 2005 可穿戴计算”,当时召集工业界、大学及军方的专家探讨未来可穿戴式计算机的潜力。另一次会议是1996年8 月,Boeing 公司在Seattle 主办的第二次WearComp的专题研讨会,工业界、学术界和独立实验室的研究人员与管理人员到会,会议形成了硬件、软件、网络、人的因素及应用等五个专题报告。这两次会议掀起了可穿戴计算研究的第一波热潮,为即将来临的可穿戴计算时代点燃了火种。值得注意的是,这首两届会议分别是军方和工业界发起的,而不是学术届,这从一个角度说明,应用领域对可穿戴计算机的需求是直接和迫切的。

  自此,国际上可穿戴计算已逐步成为计算技术前沿和热点研究领域,许多发达国家的著名大学和研究机构都成立了专门的研究中心和实验室,竞相开展了相关研究,如美国、加拿大、澳大利亚、日本、英国、德国、瑞士等等,竞争态势已经形成。中国也在20 世纪中后期介入了这个研究领域。

  1997 年由IEEE 主办了第一届ISWC (InternationalSymposium on Wearable Computers )可穿戴计算的国际会议,以后每年举行一次会议,规模和水平不断提高。IEEE专门设立可穿戴信息系统技术委员会TCWIS (TechnicalCommittee on Wearable Information Systems)。2000 年IEEE Pervasive Computing 期刊出版了可穿戴计算的专刊。多伦多大学的Steve Mann 博士已有两部关于可穿戴计算的著作出版, 一本是“ Cyborg: Digital Destiny and Human Possibility in the Age of the Wearable Computer ”,另一本是“Intelligent Image Processing”。.Virginia Tech 的Woodrow Bar -field 和University of New Mexico 的Thomas Caudell 共同汇编了“ Fundamentals of Wearable Computer and Augmented Reality”一书。目前有关可穿戴计算的论文已有上百篇之多,不少大学都推出了各种不同用途的可穿戴计算机样机和系统,至少已有几十项相关发明专利。

  计算机工业界几乎是在 90 年代中后期同步跟入可穿戴计算这个新兴领域。可穿戴计算整机和配件产品已投入市场,目前美国和日本都推出了具有实用价值的可穿戴计算机和专用器件(如核心模块,单手键盘,头戴显示器等。作为新一代的计算机,可穿戴计算机将形成一个新的产业,市场潜力巨大,其社会和经济效益不可估量。

  在应用方面,美国已采用可穿戴计算机作为数字化单兵系统的核心。可穿戴计算机在电信、仓储、快递业等领域也已投入了实际应用,在诸多其他应用领域,可穿戴计算机已进入试用阶段,如航空航天、旅游、食品加工、医疗、消防、机器维护与安装,以及野外勘探等等。

  可穿戴计算是很有发展前景的下一代的计算模式,为计算机科学与技术提出了新的课题与挑战,将形成新的计算概念、理论和技术。可穿戴计算机的出现促使我们以全新的角度去审视计算机,如人与计算机到底是什么关系、到底该怎样利用和使用计算机、未来计算机的作用和地位是什么等。这将使人们对计算机的认识在观念上产生了变化。

  可穿戴计算作为一种新的计算模式,可穿戴计算系统作为一种新的计算平台,也将会给系统仿真注入新的活力,将可能形成新的仿真概念、模式、原理、技术和仿真系统,并促成新的应用。我们将这种基于可穿戴计算的仿真简称为“可穿戴仿真(Wearable Simulation)”,缩写为WS。可穿

  戴带仿真将DIS(分布式交互仿真)扩展到移动状态,并分布到个人,是一种可随个人移动的分布式仿真,是一种新的仿真框架,具有新的仿真功能和应用模式,将可能成为的仿真领域新发展方向之一。

  1 可穿戴计算

  1.1 基本定义

  关于什么是可穿戴计算和可穿戴计算机,有不少描述和定义,其中加拿大多伦多大学的Mann 博士的观点较具有代表性,,他对可穿戴计算的认识和阐述比较深刻和全面,尽管还有一些不完善的地方需要进一步补充和改进。Mann 以三个操作模式和六个属性给出了可穿戴计算的定义。

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