AR人体工学第一？微软HoloLens2设计秘密大公开

上个月，微软HoloLens 2正式发售。作为HoloLens AR头显系列的第二代产品，这款产品不仅价格比第一代更高，其性能、外形设计、功能、界面等也得到了大幅提升。

从功能上来看，HoloLens 2最大的特点是支持眼球追踪功能，可用于瞳距调节、自动翻译等场景，此外手势识别功能的密度更高，单手最多可追踪25个关节点，追踪覆盖更全面。而外形设计来讲，虽然HoloLens 2比第一代仅轻了13g，但是由于采用更均匀的配重分布，戴起来会给人更轻的感觉。另外其光学面罩采用上翻式设计，穿脱更方便。

总之与HoloLens 1相比，HoloLens 2经历了很大升级和改变，当然3500美元的售价也比第一代高出500美元。那么为什么HoloLens会走上“大改”之路呢，在采取这样设计的背后都经历了哪些故事呢？

在与外媒Fast Company的采访中，微软负责Xbox游戏主机和HoloLens AR头显设计的设计总监Carl Ledbetter透露了很多细节，比如：遮光罩后面的圆筒是用来散热的管道，头显后面采用的是一种少见的质感聚合物，好处是在摘掉头显的时候，不会拉到头发。此外，为了在头显后面加入用于调节松紧度的旋钮，工程师还在电路板上扣出一个圆圈等等。

从工业设计角度来讲，眼睛周围的填充物、头显上完美对齐的菱形图案都是经过精心设计的，而且HoloLens 2的扬声器系统是任何一家高端扬声器无法媲美的。此外它的遮光罩由碳纤维加上聚合物涂层制成，好处是在高温下不容易变形，以确保头显的激光蚀刻全息波导光学系统不会出现一点错位。

像HoloLens 2这样，能够将电子产品的软、硬部件无缝结合的产品实属少见，更不要提它使用了十几种不同的材料。这些材料组合在一起，为HoloLens 2带来了优于上一代三倍的舒适度。

冰冻三尺并非一日之寒，为了打造HoloLens 2，微软从AI、界面交互、人体工学等方面做出了大量研究与优化。

用AI实现本能交互

第一代HoloLens发布于2016年，当时市面上还没有人发售类似的产品，尽管它在当时与众不同，但是体验感上差强人意。比如，它的UI看起来会令人困惑，抓取、点击AR影像效果没那么自然。你必须尴尬地用手指在空中敲击，有点像是在说手语，或者用手指模拟人在说话。

为了更好地用户体验，HoloLens 2的显示区域比第一代提高了一倍。而UI部分，HoloLens 2在最初的校准过程中加入了AR蜂鸟的玩法，当你看到鸟之后会自然地伸手与之交互，与此同时系统会对手势识别进行校准。微软将眼球追踪、手势追踪这种交互方式称为本能交互，并将这种理念用于HoloLens 2的每一种UX中。

简单来讲，微软希望用户不需要枯燥的传统教学过程就能摸索出HoloLens 2的使用方法，利用逼真的物理交互模拟，让AR头显的UI体验感足够自然。

HoloLens 2提高了内置的AI性能，让你可以抓住AR物体的一角也能放大，甚至可以用手抓住整个AR。微软HoloLens支付Alex Kipman曾称，HoloLens 2定义了智能边缘设备的最高水准，其AI技术即使没有稳定的网络连接也能收集和处理数据。

据悉，HoloLens 2的眼球追踪、手势追踪、SLAM技术所使用的的AI集成在其第二代定制芯片HPU 2.0中，Kipman称之为感知AI。感知AI可以让用户在无需担心延迟的情况下与AR交互，通常数据传输到云端，经过处理并返回到边缘的过程需要数百毫秒，而即使即使毫秒都能产生明显的感知差异。

为了训练手势追踪AI算法，微软制作了一个圆顶的容积摄影装置，用于捕捉各种类型的手的3D模型，然后通过这些模型微软渲染出更多逼真的虚拟手，用于训练AI手势识别算法（紧凑的深度神经网络）。当用户戴上HoloLens 2之后，手势识别系统会使用神经网络来为用户的手定制3D模型，以实现更准确的手势追踪。

而为了训练眼球追踪AI算法，微软也通过收集和测量大量瞳距数据来训练眼球追踪模型。为了开发HoloLens的云锚点功能，微软开发了一个AI计算机视觉算法，它能够处理传感器的数据，并提取环境的3D几何信息，并在云端拼接，创建出数字孪生或地图。这些功能都是为了让HoloLens用户在AR中能够实现自然、实时的交互。

Kipman表示，HoloLens的终极目标是实现普适计算，也就是让人与人在计算平台的交互更加自然。他觉得，手机、Skype、录像带等交互方式并不是人们想要的，对人来讲，最直接的沟通方式是面对面。而AR将赋予人们这种能力，即使你们在不同的地点，也能仿佛身处在同样的环境中。

外形设计得到大幅优化

除了UI和用户体验，HoloLens 2的外形设计也经历了很大改变。第一代HoloLens的平衡做的并不够好，戴时间久了就容易从鼻梁上掉下去。微软听取了第一代产品用户的反馈，决定将HoloLens前面重后面轻的设计变成前后平衡，戴起来更符合人体工学。

当微软告诉Ledbetter，HoloLens 2将比第一代搭载更大容量的电池、更多传感器、更多算力、更大显示区域，但重量要显得更轻时，他当时还以为这是在开玩笑。

HoloLens 2仅比第一代轻13g，没有像Magic Leap One那样通过分体式计算单元来解决头显的重量问题，同时也没有为了追求更接近眼镜的形态，而像Google Glass那样牺牲AR的质量和沉浸感。对此，HoloLens之父Alex Kipman认为，现在AR头显还没有实现像眼镜一样轻薄的外形，因为它是一款工具，还不算是一款C端穿戴式外设。

Kipman表示：HoloLens的设计不在于时尚，技术不该与时尚挂钩。时尚转瞬即逝，而AR头显应该是永恒的，这样数千年后当外星人来到地球，进行考古的时候或许还能找到它们，并从中了解到其背后的意义。

为了让搭载多个传感器的HoloLens 2也能戴起来足够舒适，微软决心重头开始研究。先是用3D扫描的方法对不同年龄、性别、种族的600个人的头部进行捕捉，希望找到额头和后脑勺（最凸的部分）之间距离的最大值和最小值，同时也发现HoloLens需要全新的人体工学设计，才能适应不同尺寸的头型。

Ledbetter向记者展示了一些原型的外壳设计，包括多种色彩的泡棉、外壳等原件，它们不经意间透出一种纯粹的时尚感。其中一台原型机上面加入了弹簧装置，甚至还有位于太阳穴部分用于调整松紧的复杂棘轮，有的泡棉甚至采用大网眼设计和珊瑚配色，看起来年轻活力。

设计外壳背后的困难

据悉，HoloLens 2的外壳是在激光蚀刻光学元件完成开发之前设计的，因此在框架设计的过程中需要运用大量创造力，比如开发人员用3D打印技术来模拟光学和显示元件，并且用亚克力材料来模拟透镜部分。尽管原型头显中模拟光学的设备会戳到头发和皮肤，但达到了模拟的作用。

研发团队遇到的另一大难题是给头显减重。于是他们去研究全世界的文化，发现人的头顶其实能承受很重的篮子，因此想到也许HoloLens 2需要的不是大幅减重，而是要让重量分布更均匀。

因此，研发团队通过加入多种重物，来了解不同的重量分布对于舒适性的影响。甚至在实验中，还去测量参与者的脖子对于头上重量的反应，最后发现如果HoloLens能够做到前后重量比为50：50，那么会少刺激三个颈部肌肉。

但是这样对工业设计来讲并不容易，因为需要将计算和光学单元分为两部分，它们之间需要通过头箍中的线缆相连，没办法做到像智能手机那样，将所有元件焊接在一个电路板上。这样的缺点是，可能会造成延迟等不佳的用户体验，而速度恰恰对于AR头显非常重要，就像Kipman曾说的“就算是光速都不够快”。

除了前后配重，HoloLens 2的面罩还采用翻盖设计，看起来像是焊工戴的那种防护面罩。谈及为什么这样设计，Ledbetter表示这样设计并不只是为了外观，更重要的是为了更好的功能性和实用性，可以让你看清楚周围。当然即使面罩放下，用户的余光也不会受到遮挡。本文系青亭网翻译自：Fast Company