人體工學典范,微軟HoloLens 2設計細節大曝光

Jyadmin 提交于 周一, 12/23/2019 - 16:58

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上個月,微軟HoloLens 2正式發售。作為HoloLens AR頭顯系列的第二代產品,這款產品不僅價格比第一代更高,其性能、外形設計、功能、界面等也得到了大幅提升。

從功能上來看,HoloLens 2最大的特點是支持眼球追蹤功能,可用于瞳距調節、自動翻譯等場景,此外手勢識別功能的密度更高,單手最多可追蹤25個關節點,追蹤覆蓋更全面。而外形設計來講,雖然HoloLens 2比第一代僅輕了13g,但是由于采用更均勻的配重分布,戴起來會給人更輕的感覺。另外其光學面罩采用上翻式設計,穿脫更方便。

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微軟HoloLens 2設計細節

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總之與HoloLens 1相比,HoloLens 2經歷了很大升級和改變,當然3500美元的售價也比第一代高出500美元

在與外媒Fast Company的采訪中,微軟負責Xbox游戲主機和HoloLens AR頭顯設計的設計總監Carl Ledbetter透露了很多細節,比如:遮光罩后面的圓筒是用來散熱的管道,頭顯后面采用的是一種少見的質感聚合物,好處是在摘掉頭顯的時候,不會拉到頭發。此外,為了在頭顯后面加入用于調節松緊度的旋鈕,工程師還在電路板上扣出一個圓圈等等。

從工業設計角度來講,眼睛周圍的填充物、頭顯上完美對齊的菱形圖案都是經過精心設計的,而且HoloLens 2的揚聲器系統是任何一家高端揚聲器無法媲美的。此外它的遮光罩由碳纖維加上聚合物涂層制成,好處是在高溫下不容易變形,以確保頭顯的激光蝕刻全息波導光學系統不會出現一點錯位。

像HoloLens 2這樣,能夠將電子產品的軟、硬部件無縫結合的產品實屬少見,更不要提它使用了十幾種不同的材料。這些材料組合在一起,為HoloLens 2帶來了優于上一代三倍的舒適度。

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HoloLens AR頭顯設計

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冰凍三尺并非一日之寒,為了打造HoloLens 2,微軟從AI、界面交互、人體工學等方面做出了大量研究與優化。

用AI實現本能交互

第一代HoloLens發布于2016年,當時市面上還沒有人發售類似的產品,盡管它在當時與眾不同,但是體驗感上差強人意。比如,它的UI看起來會令人困惑,抓取、點擊AR影像效果沒那么自然。你必須尷尬地用手指在空中敲擊,有點像是在說手語,或者用手指模擬人在說話。

為了更好地用戶體驗,HoloLens 2的顯示區域比第一代提高了一倍。而UI部分,HoloLens 2在最初的校準過程中加入了AR蜂鳥的玩法,當你看到鳥之后會自然地伸手與之交互,與此同時系統會對手勢識別進行校準。微軟將眼球追蹤、手勢追蹤這種交互方式稱為本能交互,并將這種理念用于HoloLens 2的每一種UX中。

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HoloLens 2的每一種UX中

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簡單來講,微軟希望用戶不需要枯燥的傳統教學過程就能摸索出HoloLens 2的使用方法,利用逼真的物理交互模擬,讓AR頭顯的UI體驗感足夠自然。

HoloLens 2提高了內置的AI性能,讓你可以抓住AR物體的一角也能放大,甚至可以用手抓住整個AR。微軟HoloLens支付Alex Kipman曾稱,HoloLens 2定義了智能邊緣設備的最高水準,其AI技術即使沒有穩定的網絡連接也能收集和處理數據。
據悉,HoloLens 2的眼球追蹤、手勢追蹤、SLAM技術所使用的的AI集成在其第二代定制芯片HPU 2.0中,Kipman稱之為感知AI。感知AI可以讓用戶在無需擔心延遲的情況下與AR交互,通常數據傳輸到云端,經過處理并返回到邊緣的過程需要數百毫秒,而即使即使毫秒都能產生明顯的感知差異。

為了訓練手勢追蹤AI算法,微軟制作了一個圓頂的容積攝影裝置,用于捕捉各種類型的手的3D模型,然后通過這些模型微軟渲染出更多逼真的虛擬手,用于訓練AI手勢識別算法(緊湊的深度神經網絡)。當用戶戴上HoloLens 2之后,手勢識別系統會使用神經網絡來為用戶的手定制3D模型,以實現更準確的手勢追蹤。

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HoloLens 2的揚聲器系統

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而為了訓練眼球追蹤AI算法,微軟也通過收集和測量大量瞳距數據來訓練眼球追蹤模型。為了開發HoloLens的云錨點功能,微軟開發了一個AI計算機視覺算法,它能夠處理傳感器的數據,并提取環境的3D幾何信息,并在云端拼接,創建出數字孿生或地圖。這些功能都是為了讓HoloLens用戶在AR中能夠實現自然、實時的交互。
Kipman表示,HoloLens的終極目標是實現普適計算,也就是讓人與人在計算平臺的交互更加自然。他覺得,手機、Skype、錄像帶等交互方式并不是人們想要的,對人來講,最直接的溝通方式是面對面。而AR將賦予人們這種能力,即使你們在不同的地點,也能仿佛身處在同樣的環境中。

外形設計得到大幅優化

除了UI和用戶體驗,HoloLens 2的外形設計也經歷了很大改變。第一代HoloLens的平衡做的并不夠好,戴時間久了就容易從鼻梁上掉下去。微軟聽取了第一代產品用戶的反饋,決定將HoloLens前面重后面輕的設計變成前后平衡,戴起來更符合人體工學。

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HoloLens前面重后面輕的設計

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當微軟告訴Ledbetter,HoloLens 2將比第一代搭載更大容量的電池、更多傳感器、更多算力、更大顯示區域,但重量要顯得更輕時,他當時還以為這是在開玩笑。
HoloLens 2僅比第一代輕13g,沒有像Magic Leap One那樣通過分體式計算單元來解決頭顯的重量問題,同時也沒有為了追求更接近眼鏡的形態,而像Google Glass那樣犧牲AR的質量和沉浸感。對此,HoloLens之父Alex Kipman認為,現在AR頭顯還沒有實現像眼鏡一樣輕薄的外形,因為它是一款工具,還不算是一款C端穿戴式外設。

Kipman表示:HoloLens的設計不在于時尚,技術不該與時尚掛鉤。時尚轉瞬即逝,而AR頭顯應該是永恒的,這樣數千年后當外星人來到地球,進行考古的時候或許還能找到它們,并從中了解到其背后的意義。

為了讓搭載多個傳感器的HoloLens 2也能戴起來足夠舒適,微軟決心重頭開始研究。先是用3D掃描的方法對不同年齡、性別、種族的600個人的頭部進行捕捉,希望找到額頭和后腦勺(最凸的部分)之間距離的最大值和最小值,同時也發現HoloLens需要全新的人體工學設計,才能適應不同尺寸的頭型。

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HoloLens的設計

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Ledbetter向記者展示了一些原型的外殼設計,包括多種色彩的泡棉、外殼等原件,它們不經意間透出一種純粹的時尚感。其中一臺原型機上面加入了彈簧裝置,甚至還有位于太陽穴部分用于調整松緊的復雜棘輪,有的泡棉甚至采用大網眼設計和珊瑚配色,看起來年輕活力。

設計外殼背后的困難

據悉,HoloLens 2的外殼是在激光蝕刻光學元件完成開發之前設計的,因此在框架設計的過程中需要運用大量創造力,比如開發人員用3D打印技術來模擬光學和顯示元件,并且用亞克力材料來模擬透鏡部分。盡管原型頭顯中模擬光學的設備會戳到頭發和皮膚,但達到了模擬的作用。

研發團隊遇到的另一大難題是給頭顯減重。于是他們去研究全世界的文化,發現人的頭頂其實能承受很重的籃子,因此想到也許HoloLens 2需要的不是大幅減重,而是要讓重量分布更均勻。

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AR頭顯

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因此,研發團隊通過加入多種重物,來了解不同的重量分布對于舒適性的影響。甚至在實驗中,還去測量參與者的脖子對于頭上重量的反應,最后發現如果HoloLens能夠做到前后重量比為50:50,那么會少刺激三個頸部肌肉。

但是這樣對工業設計來講并不容易,因為需要將計算和光學單元分為兩部分,它們之間需要通過頭箍中的線纜相連,沒辦法做到像智能手機那樣,將所有元件焊接在一個電路板上。這樣的缺點是,可能會造成延遲等不佳的用戶體驗,而速度恰恰對于AR頭顯非常重要,就像Kipman曾說的“就算是光速都不夠快”。

除了前后配重,HoloLens 2的面罩還采用翻蓋設計,看起來像是焊工戴的那種防護面罩。談及為什么這樣設計,Ledbetter表示這樣設計并不只是為了外觀,更重要的是為了更好的功能性和實用性,可以讓你看清楚周圍。當然即使面罩放下,用戶的余光也不會受到遮擋。

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(文章轉載自:青亭網)