AR人體工學第一？微軟HoloLens2設計秘密大公開

從功能上來看，HoloLens 2最大的特點是支持眼球追蹤功能，可用於瞳距調節、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，追蹤覆蓋更全麵。而外形設計來講，雖然HoloLens 2比第一代僅輕了13g，但是由於采用更均勻的配重分布，戴起來會給人更輕的感覺。另外其光學麵罩采用上翻式設計，穿脫更方便。

總之與HoloLens 1相比，HoloLens 2經曆了很大升級和改變，當然3500美元的售價也比第一代高出500美元。那麼為什麼HoloLens會走上“大改”之路呢，在采取這樣設計的背後都經曆了哪些故事呢？

在與外媒Fast Company的采訪中，微軟負責Xbox遊戲主機和HoloLens AR頭顯設計的設計總監Carl Ledbetter透露了很多細節，比如：遮光罩後麵的圓筒是用來散熱的管道，頭顯後麵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，為了在頭顯後麵加入用於調節鬆緊度的旋鈕，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的揚聲器係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塗層製成，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係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帶來了優於上一代三倍的舒適度。

冰凍三尺並非一日之寒，為了打造HoloLens 2，微軟從AI、界麵交互、人體工學等方麵做出了大量研究與優化。

用AI實現本能交互

第一代HoloLens發布於2016年，當時市麵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影像效果沒那麼自然。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，當你看到鳥之後會自然地伸手與之交互，與此同時係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，並將這種理念用於HoloLens 2的每一種UX中。

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集成在其第二代定製芯片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，通常數據傳輸到雲端，經過處理並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，微軟製作了一個圓頂的容積攝影裝置，用於捕捉各種類型的手的3D模型，然後通過這些模型微軟渲染出更多逼真的虛擬手，用於訓練AI手勢識別算法（緊湊的深度神經網絡）。當用戶戴上HoloLens 2之後，手勢識別係統會使用神經網絡來為用戶的手定製3D模型，以實現更準確的手勢追蹤。

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的雲錨點功能，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，並提取環境的3D幾何信息，並在雲端拚接，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台的交互更加自然。他覺得，手機、Skype、錄像帶等交互方式並不是人們想要的，對人來講，最直接的溝通方式是麵對麵。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的外形設計也經曆了很大改變。第一代HoloLens的平衡做的並不夠好，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前麵重後麵輕的設計變成前後平衡，戴起來更符合人體工學。

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的設計不在於時尚，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，這樣數千年後當外星人來到地球，進行考古的時候或許還能找到它們，並從中了解到其背後的意義。

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，希望找到額頭和後腦勺（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。

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。其中一台原型機上麵加入了彈簧裝置，甚至還有位於太陽穴部分用於調整鬆緊的複雜棘輪，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。

設計外殼背後的困難

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，並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。於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。

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於舒適性的影響。甚至在實驗中，還去測量參與者的脖子對於頭上重量的反應，最後發現如果HoloLens能夠做到前後重量比為50：50，那麼會少刺激三個頸部肌肉。

但是這樣對工業設計來講並不容易，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，而速度恰恰對於AR頭顯非常重要，就像Kipman曾說的“就算是光速都不夠快”。

除了前後配重，HoloLens 2的麵罩還采用翻蓋設計，看起來像是焊工戴的那種防護麵罩。談及為什麼這樣設計，Ledbetter表示這樣設計並不隻是為了外觀，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。當然即使麵罩放下，用戶的餘光也不會受到遮擋。本文係青亭網翻譯自：Fast Company