科技的美學：淺談 Apple Watch 的有趣細節（上）
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一、寫在前面
如果要選出一款銷量可觀但缺少討論度的消費級電子產品，我相信 Apple Watch 一定榜上有名。經過五年的發展，Apple Watch 憑藉 55% 的全球市場份額榮膺 2020 年第一季度的智慧手錶銷量冠軍[1]；與它的商業成功形成對比的是，與 Apple Watch 相關的討論始終不多：眾所周知，iPhone 12 在 10 月 14 日釋出後，為期一年的 iPhone 13 釋出會即將開始，而同為蘋果秋季釋出會主角的 Apple Watch S6 則陷入沉寂。
▲ IT 之家中，有關 iPhone 和 Watch 的文章數量對比
這也難怪，儘管 Apple Watch 在狹小的機身中容納了完備的硬體，但它必須在 iPhone 的輔助下才能正常執行；而 Apple Watch 錶盤上的資訊，如時間、天氣、日程，iPhone 都能在更大的螢幕上以更詳細的形式呈現。換言之，Apple Watch 彷彿一部功能精簡的 iPhone mini，它的亮點在 iPhone 的光環下顯得不值一提。
不過，蘋果在智慧手錶中下的功夫可不比在 iPhone 中的少。本文將根據作者的親身體驗，系統性地挖掘蘋果深埋在 Apple Watch 中的功能與細節。希望本文能重新點燃家友們對 Apple Watch 的好奇心，讓這款熟悉的產品再次讓大家說一聲 Awesome！
二、初看 Apple Watch 外觀
Apple Watch 的有趣細節在螢幕點亮前就進入我們的眼簾。“麻雀雖小，五臟俱全”，Apple Watch 也是如此。在缺少額頭、下巴的情況下，iPhone 上司空見慣的 Home 鍵、光線感應器都失去了擺放位置。如何在狹小的機身中實現“蘋果式”的人機互動成了首要難題。
作為一款小屏裝置，Apple Watch 使用“數碼錶冠”輔助手指進行縮放、滾動等操作。對於經典機械錶而言，錶冠是手錶唯一的互動元素。因為驅動指標前進的擒縱結構由齒輪構成，一個前後旋轉的圓形錶冠自然成為調節齒輪的首選。但對於 Apple Watch 等電子錶而言，想把錶冠的旋轉編譯成可被電路理解的訊號
為了將錶冠與 Apple Watch 近乎無極的縮放、滾動動畫配合起來，蘋果使用了一套光電系統來捕捉“數碼錶冠”的運動資料。用 Tim Cook 的原話說就是 [2]：
藉助紅外線和光敏二極體，Apple Watch 可將“數碼錶冠”的旋轉變成電子訊號。即使使用者不知道其中的原理，他們也能享受到與機械錶相似的簡易、精緻的使用體驗。
雖然在小小的錶冠裡使用紅外線聽起來很玄妙，但這套系統說白了就是滑鼠裡的光柵技術。當錶冠旋轉時，它會帶動一個遮擋物間歇阻斷紅外線的光路，這樣光敏二極體就會接收到一個閃爍的光訊號，進而把它轉化成電壓脈衝 [3]。
相比複雜的電路結構，“數碼錶冠”藉助光電系統實現的高精度運動識別更讓人印象深刻。因為人的手指無法保持絕對靜止，只要手指尚未離開錶冠，無論你是否在施力轉動，Apple Watch 都能通過錶冠的微小運動感知手指的停留。因此，當你慢慢轉動錶冠時，WatchOS 的列表會一頓一頓地前進；而當你像玩飛輪似的快速滑動錶冠，Apple Watch 感知到手指離開，便會讓列表順著慣性繼續滾動一段距離。
為了儘可能拓展 Apple Watch 的顯示面積，蘋果將機器正面的感測器全部移除。Touch ID、前置攝像頭這類 Apple Watch 不需要的功能還好說，但一個智慧裝置不能沒有環境光感應器。
▲ 在黑暗環境下，Apple Watch 會降低螢幕亮度
既然要選一個感知光線的開口，朝上的顯示屏無疑是最佳位置。為了不干擾顯示效果，蘋果把一片太陽能電板放在了 OLED 面板下方。這塊電板不用於發電，而是將穿過 OLED 螢幕的環境光轉化成電壓訊號 [4]。相比傳統的感測器，太陽能電板是一片敏感的薄膜，它可以放在螢幕的任意位置，且數量不定，十分靈活。
藉助內置於螢幕的環境光感測器，Apple Watch 得以檢測手錶正面是否有物體覆蓋。當用手掌蓋住錶盤時，Apple Watch 會進入息屏模式；如果有電話轉接到 Apple Watch 上，捂住手錶 3 秒，靜音模式便會開啟。自然的互動讓 Apple Watch 易用且可靠。
順帶一提，賦予 Apple Watch 刷卡能力的 NFC 天線也鑲嵌在螢幕的邊框中。Series 4 之前的型號，WIFI、蜂窩資料的天線也是通過螢幕與外界溝通的。
簡單看了看 Apple Watch 的外觀後，終於到了開機環節。Apple Watch 不是獨立的裝置，它在首次開機時需要用 iPhone 啟用；而手錶與手機配對時，一個只出現過一次的粒子動畫特別搶眼。
使用 iPhone 掃描 Apple Watch 上的“粒子云”，手機就能識別 Apple Watch 的身份。雖然漂浮的粒子讓整個配對過程充滿魔幻氣息，但這技術說白了就是讓二維碼以動態且不易察覺的方式顯示出來，以滿足蘋果強迫症般的審美標準。
看似雜亂無章的粒子動效其實是隱藏二維碼的障眼法，這套系統的核心就是欺騙人的感官。人眼雖是現代科技無法企及的精密光學器官，但它有許多侷限性：用於感知顏色的視錐細胞只有紅、綠、藍三種。
舉個例子，如果一束黃光射入眼睛，因為感知綠色的細胞與感知紅色的細胞對黃色的敏感度都是 50%，它們中被啟用的細胞數量大致相同；而感知藍色的細胞對黃光完全不敏感，因此沒被啟用。大腦根據“紅、綠兩種細胞啟用數量相等”這一結果，判斷光線為黃色。
同理，如果我們將等量的紅光、綠光射入眼睛，紅色細胞與綠色細胞的啟用數量與黃光時的情況一樣，依然是相等的，大腦就會誤以為光線仍然是黃色。這就是顏色混合的原理 [5]。
值得注意的是，若想將紅光、綠光混合成黃色，這兩束光未必要同時到達人眼，它們的到達時間差個 0.01 秒依然能產生混合效果。
比如，我想讓 Apple Watch 的某個區域顯示為黃色，正常情況下只需將畫素點中的紅色子畫素與綠色子畫素點亮即可；但如果我讓這片區域的畫素以 60Hz 的頻率交替顯示紅色、綠色，其實也能呈現黃色的視覺效果。
上述兩種顯示方式雖能騙過人眼，但騙不過 iPhone 的攝像頭。我們只需將二維碼中的矩形圖案以交替顯示的方式偽裝成其他顏色，人眼就無法察覺二維碼的存在；如果再用動態粒子擾亂使用者的視線，那幾乎就沒有破綻了。而在 iPhone 的視野裡，顏色閃爍的部分即為二維碼，識別方式和普通二維碼並無區別
三、再看 Apple Watch 錶盤
智慧手錶之所以為“手錶”，關鍵在於它的主螢幕是錶盤，而不是 App 桌面。作為一個看時間的工具，Apple Watch 首先得保證時間的準確性。在手機、電腦全面普及的 2020 年，獲取時間資訊已經成為呼吸、喝水般習以為常的事，以至於大家逐漸遺忘 iPhone 與 Apple Watch 到底是通過何種方法計時的。
時間是不可捉摸的抽象概念。人類無法直接認知時間，於是通過與時間相關的自然現象來衡量時間的流逝。最簡單的要屬晝夜、四季的更迭，稍複雜一點的有鐘擺的往復運動，而沿用至今的則是擺輪、遊絲構成的彈性振盪系統，它是所有機械錶的心臟。至於 Apple Watch 這類電子錶，石英晶體在電場中的振動頻率成為了新的計時標準。
石英有個奇特的性質：當向按特定規格切割而成的石英薄片通電時，它就會以每秒 32, 768 次的速度穩定振動；換句話說，每當石英振動 32, 768 次，我們就定義時間過去了一秒。因為石英在振動時會產生電壓，我們可以直接把石英接入電路，製成一個週期固定的振盪裝置。我們稱這種電子元件為“實時時鐘電路”（RTC 電路）。
綜上，Apple Watch 本質上是石英錶。RTC 電路能保證智慧手錶計時的準確性，但想讓 Apple Watch 根據使用者的所在地自動校準時間還需要另一套系統的幫助。GPS、北斗等導航衛星可以提供定位服務，但它們也提供授時服務。
目前，我們一般以“協調世界時”（UTC）作為全球標準時間，而這個時間是由當下最準的鍾 — 銫-133 原子鐘 — 生成的。這口鐘將銫原子振盪 9,192,631,770 次的時間設為一秒，而導航衛星則把原子鐘的時間資訊傳遞給 Apple Watch。當然，GPS 不是唯一的授時服務，NTP 伺服器、蜂窩網路都能向裝置提供標準時間。
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智慧手錶同時使用本地、線上的計時模組來保證時間資訊的準確性，指標走慢、走快已經成為歷史。得益於彩色 OLED 顯示屏，Apple Watch 呈現時間的方式多種多樣。現代感十足的動畫表盤自不必說，它們將視覺效果放在第一位，時間本身反倒不重要了。
蘋果在花裡胡哨的同時，也設計了多款源自傳統機械錶的“復古”錶盤。它們有用來計時的，有記錄太陽運動的，而它們的共同點是：根本不會用。這也難怪，碼錶、天文表本就是機械錶中的小類，它們內一圈、外一圈的刻度都有特殊的含義，使用時學習成本較高。不過，也正因為擁有這些“復古”錶盤，僅僅發展了五年的 Apple Watch竟有了點歷史的厚重感。
▲ 遵循“新擬態”的設計風格，Apple Watch 的指標、刻度與背景都位於不同層級。細膩的陰影讓扁平化的圖案有了立體感
1. 計時碼錶
在錶盤中加入計時器的需求源於賽馬，而“視距儀”可以快速估算馬匹奔跑的速度。三個小錶盤的度量分別為：小時、分鐘、秒。點按錶盤，Apple Watch 進入計時模式。
此時錶盤最外側的一圈數字稱為“視距儀”，即 60 秒內某個單位量的重複次數。打個比方，你在刷之家時使用碼錶計時，當你讀完一則新聞後停止計時，指標停在 20 秒的位置，對應的“視距儀”數字是 180 單位/小時。這就是說，你閱讀該則新聞耗時 20 秒，而你在一個小時可以閱讀 180 則之家水文。
2. 正計時錶
“正計時”是“倒計時”的反義詞，即設定好起點，記錄經過的時間。這個功能源自潛水錶，用以計算潛水員待在水下的時間。當潛水員上浮時，他需要在每個深度層停留一會兒，讓溶解於體內的氮氣釋放出來，防止回到水面時血液中產生氣泡（減壓病）。點按錶盤，Apple Watch 進入正計時模式。
轉動錶冠，外側的表圈便會旋轉，綠色箭頭指示計時的起點。確定起點後，點選綠色的“開始”鍵啟動計時器。起點與分針間的虛線（在表圈上）指示經過的時間。刻度內側的圓點用於指示 5 分鐘的間隔，是潛水錶的標誌性圖案。
3. GMT 表
為了統一各地的時間，人們按照經度將地球分為 24 個時區，而位於零度經線的格林尼治（英國倫敦）就被定為“零時區”，格林尼治時間也就成了“標準時間”（GMT）。中國採用東八時區，因此 GMT 加 8 小時即為我國時間。GMT 錶盤最初為飛行員設計，它通過內外刻度同時指示兩個時區，方便穿梭兩地的飛行員快速檢視時間。點按錶盤，Apple Watch 進入時區設定模式。
紅藍兩色的 GMT 表圈擁有 24 個刻度，早晚 6 點位於兩色的拼接處。紅色代表白天、藍色代表黑夜。轉動錶冠，表圈開始旋轉，中央的時區列表能幫助使用者找到想要的時區。此處以紐約為例：
黑色的時針、分針指示本地時間，對應的刻度是內側的 12 個數字，即圖中所示中國下午 1:40；
紅色的指標稱為 GMT 指標，指示所選時區的時間，對應的刻度是外側的 24 個短橫，指標附近的刻度會自動變成數字，方便閱讀。圖中 GMT 指標指向藍色區域 1 點，即紐約凌晨 1:40.
4. 太陽刻度表
晝夜變化大概是人類乃至地球一切生物最早使用的“時鐘”。我國春秋時期就出現了基於太陽高度角的計時工具 — 日晷。但日晷需要安裝在固定位置才能保證時間的準確性，故無法做成手錶；Apple Watch 通過 OLED 顯示器重現了一天中太陽光線的變化。點選錶盤，Apple Watch 進入太陽模式。
中央的小錶盤為普通刻度錶盤，它會隨虛擬太陽的移動而公轉；
外圈的大表盤為太陽刻度盤，共有 24 個時刻，直接顯示一整天的時間；
大表盤的指標為虛擬的太陽，它在不同位置有特定的光照效果。
▲ 日落：太陽與地平線重合的時刻；
▲ 民用黃昏：指日出或日落後陽光經過大氣的折射，進而照亮低層大氣與地球表面的時刻；此時天仍明亮，人們可正常進行戶外活動；
▲ 航海黃昏：天光繼續變暗，人眼無法分辨室外景物的細節，對於水手而言則無法看清地平線，轉而依靠星星判斷方向；
▲ 天文黃昏：天光非常微弱，大部分天體已可正常觀測；
▲ 夜晚：太陽下降到地平線 18 度以後，折射的陽光徹底消失，天空完全陷入黑暗。
5. 加州表
對於經典的方形錶盤，Apple Watch 把功夫花在了刻度上。
▲ 阿拉伯 - 印度數字：它起源於 9 世紀的印度，是現代阿拉伯數字的祖先。目前仍在西亞地區和部分南亞地區流行（如伊拉克）。它是首個合併了進位制與十進位制的計數系統，且擁有“零”這個曾被西方視為禁忌的概念；
▲ 天城文數字：它起源於 13 世紀的尼泊爾，曾被廣泛用於書寫梵語經書。天城文對泰國、柬埔寨等東南亞國家影響深遠。它同樣是進位制與十進位制的計數系統。
四、小結
在上篇中，我介紹了 Apple Watch 隱藏於機身中的精巧結構，以及具有歷史底蘊的錶盤設計。如果各位讀者感興趣，我會接著在下篇中介紹 Apple Watch 監測心率、血氧以及心電的原理，讓大家明白錶殼後面的一系列感測器都是做什麼用的。想要收到後續通知，記得在開頭點個關注哦。
電子產品有電子產品的美學。站在科技的高峰，我們應該繼承鐘錶的文化，用現代思路重現經典，進而構建符合 21 世紀的鐘表美學。蘋果在 Apple Watch 中打磨的種種細節讓來自流水線的消費品有了不輸手工、定製的底蘊。這種難以言表卻感受真切的使用體驗，這大概就是蘋果產品能在各個領域獨樹一幟的原因吧。
參考