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一、写在前面
如果要选出一款销量可观但缺少讨论度的消费级电子产品，我相信 Apple Watch 一定榜上有名。经过五年的发展，Apple Watch 凭借 55% 的全球市场份额荣膺 2020 年第一季度的智能手表销量冠军 [1]；与它的商业成功形成对比的是，与 Apple Watch 相关的讨论始终不多：众所周知，iPhone 12 在 10 月 14 日发布后，为期一年的 iPhone 13 发布会即将开始，而同为苹果秋季发布会主角的 Apple Watch S6 则陷入沉寂。
▲ IT 之家中，有关 iPhone 和 Watch 的文章数量对比
这也难怪，尽管 Apple Watch 在狭小的机身中容纳了完备的硬件，但它必须在 iPhone 的辅助下才能正常运行；而 Apple Watch 表盘上的信息，如时间、天气、日程，iPhone 都能在更大的屏幕上以更详细的形式呈现。换言之，Apple Watch 仿佛一部功能精简的 iPhone mini，它的亮点在 iPhone 的光环下显得不值一提。
不过，苹果在智能手表中下的功夫可不比在 iPhone 中的少。本文将根据作者的亲身体验，系统性地挖掘苹果深埋在 Apple Watch 中的功能与细节。希望本文能重新点燃家友们对 Apple Watch 的好奇心，让这款熟悉的产品再次让大家说一声 Awesome！
二、初看 Apple Watch 外观
Apple Watch 的有趣细节在屏幕点亮前就进入我们的眼帘。“麻雀虽小，五脏俱全”，Apple Watch 也是如此。在缺少额头、下巴的情况下，iPhone 上司空见惯的 Home 键、光线感应器都失去了摆放位置。如何在狭小的机身中实现“苹果式”的人机交互成了首要难题。
作为一款小屏设备，Apple Watch 使用“数码表冠”辅助手指进行缩放、滚动等操作。对于经典机械表而言，表冠是手表唯一的交互元素。因为驱动指针前进的擒纵结构由齿轮构成，一个前后旋转的圆形表冠自然成为调节齿轮的首选。但对于 Apple Watch 等电子表而言，想把表冠的旋转编译成可被电路理解的信号就没那么容易了。
为了将表冠与 Apple Watch 近乎无极的缩放、滚动动画配合起来，苹果使用了一套光电系统来捕捉“数码表冠”的运动数据。用 Tim Cook 的原话说就是 [2]：
借助红外线和光敏二极管，Apple Watch 可将“数码表冠”的旋转变成电子信号。即使用户不知道其中的原理，他们也能享受到与机械表相似的简易、精致的使用体验。
虽然在小小的表冠里使用红外线听起来很玄妙，但这套系统说白了就是鼠标里的光栅技术。当表冠旋转时，它会带动一个遮挡物间歇阻断红外线的光路，这样光敏二极管就会接收到一个闪烁的光信号，进而把它转化成电压脉冲 [3]。
相比复杂的电路结构，“数码表冠”借助光电系统实现的高精度运动识别更让人印象深刻。因为人的手指无法保持绝对静止，只要手指尚未离开表冠，无论你是否在施力转动，Apple Watch 都能通过表冠的微小运动感知手指的停留。因此，当你慢慢转动表冠时，WatchOS 的列表会一顿一顿地前进；而当你像玩飞轮似的快速滑动表冠，Apple Watch 感知到手指离开，便会让列表顺着惯性继续滚动一段距离。
为了尽可能拓展 Apple Watch 的显示面积，苹果将机器正面的传感器全部移除。Touch ID、前置摄像头这类 Apple Watch 不需要的功能还好说，但一个智能设备不能没有环境光感应器。
▲ 在黑暗环境下，Apple Watch 会降低屏幕亮度
既然要选一个感知光线的开口，朝上的显示屏无疑是最佳位置。为了不干扰显示效果，苹果把一片太阳能电板放在了 OLED 面板下方。这块电板不用于发电，而是将穿过 OLED 屏幕的环境光转化成电压信号 [4]。相比传统的传感器，太阳能电板是一片敏感的薄膜，它可以放在屏幕的任意位置，且数量不定，十分灵活。
借助内置于屏幕的环境光传感器，Apple Watch 得以检测手表正面是否有物体覆盖。当用手掌盖住表盘时，Apple Watch 会进入息屏模式；如果有电话转接到 Apple Watch 上，捂住手表 3 秒，静音模式便会开启。自然的交互让 Apple Watch 易用且可靠。
顺带一提，赋予 Apple Watch 刷卡能力的 NFC 天线也镶嵌在屏幕的边框中。Series 4 之前的型号，WIFI、蜂窝数据的天线也是通过屏幕与外界沟通的。
简单看了看 Apple Watch 的外观后，终于到了开机环节。Apple Watch 不是独立的设备，它在首次开机时需要用 iPhone 激活；而手表与手机配对时，一个只出现过一次的粒子动画特别抢眼。
使用 iPhone 扫描 Apple Watch 上的“粒子云”，手机就能识别 Apple Watch 的身份。虽然漂浮的粒子让整个配对过程充满魔幻气息，但这技术说白了就是让二维码以动态且不易察觉的方式显示出来，以满足苹果强迫症般的审美标准。
看似杂乱无章的粒子动效其实是隐藏二维码的障眼法，这套系统的核心就是欺骗人的感官。人眼虽是现代科技无法企及的精密光学器官，但它有许多局限性：用于感知颜色的视锥细胞只有红、绿、蓝三种。
举个例子，如果一束黄光射入眼睛，因为感知绿色的细胞与感知红色的细胞对黄色的敏感度都是 50%，它们中被激活的细胞数量大致相同；而感知蓝色的细胞对黄光完全不敏感，因此没被激活。大脑根据“红、绿两种细胞激活数量相等”这一结果，判断光线为黄色。
同理，如果我们将等量的红光、绿光射入眼睛，红色细胞与绿色细胞的激活数量与黄光时的情况一样，依然是相等的，大脑就会误以为光线仍然是黄色。这就是颜色混合的原理 [5]。
值得注意的是，若想将红光、绿光混合成黄色，这两束光未必要同时到达人眼，它们的到达时间差个 0.01 秒依然能产生混合效果。
比如，我想让 Apple Watch 的某个区域显示为黄色，正常情况下只需将像素点中的红色子像素与绿色子像素点亮即可；但如果我让这片区域的像素以 60Hz 的频率交替显示红色、绿色，其实也能呈现黄色的视觉效果。
上述两种显示方式虽能骗过人眼，但骗不过 iPhone 的摄像头。我们只需将二维码中的矩形图案以交替显示的方式伪装成其他颜色，人眼就无法察觉二维码的存在；如果再用动态粒子扰乱用户的视线，那几乎就没有破绽了。而在 iPhone 的视野里，颜色闪烁的部分即为二维码，识别方式和普通二维码并无区别
三、再看 Apple Watch 表盘
智能手表之所以为“手表”，关键在于它的主屏幕是表盘，而不是 App 桌面。作为一个看时间的工具，Apple Watch 首先得保证时间的准确性。在手机、电脑全面普及的 2020 年，获取时间信息已经成为呼吸、喝水般习以为常的事，以至于大家逐渐遗忘 iPhone 与 Apple Watch 到底是通过何种方法计时的。
时间是不可捉摸的抽象概念。人类无法直接认知时间，于是通过与时间相关的自然现象来衡量时间的流逝。最简单的要属昼夜、四季的更迭，稍复杂一点的有钟摆的往复运动，而沿用至今的则是摆轮、游丝构成的弹性振荡系统，它是所有机械表的心脏。至于 Apple Watch 这类电子表，石英晶体在电场中的振动频率成为了新的计时标准。
石英有个奇特的性质：当向按特定规格切割而成的石英薄片通电时，它就会以每秒 32, 768 次的速度稳定振动；换句话说，每当石英振动 32, 768 次，我们就定义时间过去了一秒。因为石英在振动时会产生电压，我们可以直接把石英接入电路，制成一个周期固定的振荡装置。我们称这种电子元件为“实时时钟电路”（RTC 电路）。
综上，Apple Watch 本质上是石英表。RTC 电路能保证智能手表计时的准确性，但想让 Apple Watch 根据用户的所在地自动校准时间还需要另一套系统的帮助。GPS、北斗等导航卫星可以提供定位服务，但它们也提供授时服务。
目前，我们一般以“协调世界时”（UTC）作为全球标准时间，而这个时间是由当下最准的钟 — 铯-133 原子钟 — 生成的。这口钟将铯原子振荡 9,192,631,770 次的时间设为一秒，而导航卫星则把原子钟的时间信息传递给 Apple Watch。当然，GPS 不是唯一的授时服务，NTP 服务器、蜂窝网络都能向设备提供标准时间。
智能手表同时使用本地、在线的计时模块来保证时间信息的准确性，指针走慢、走快已经成为历史。得益于彩色 OLED 显示屏，Apple Watch 呈现时间的方式多种多样。现代感十足的动画表盘自不必说，它们将视觉效果放在第一位，时间本身反倒不重要了。
苹果在花里胡哨的同时，也设计了多款源自传统机械表的“复古”表盘。它们有用来计时的，有记录太阳运动的，而它们的共同点是：根本不会用。这也难怪，码表、天文表本就是机械表中的小类，它们内一圈、外一圈的刻度都有特殊的含义，使用时学习成本较高。不过，也正因为拥有这些“复古”表盘，仅仅发展了五年的 Apple Watch 竟有了点历史的厚重感。
▲ 遵循“新拟态”的设计风格，Apple Watch 的指针、刻度与背景都位于不同层级。细腻的阴影让扁平化的图案有了立体感
1. 计时码表
在表盘中加入计时器的需求源于赛马，而“视距仪”可以快速估算马匹奔跑的速度。三个小表盘的度量分别为：小时、分钟、秒。点按表盘，Apple Watch 进入计时模式。
此时表盘最外侧的一圈数字称为“视距仪”，即 60 秒内某个单位量的重复次数。打个比方，你在刷之家时使用码表计时，当你读完一则新闻后停止计时，指针停在 20 秒的位置，对应的“视距仪”数字是 180 单位/小时。这就是说，你阅读该则新闻耗时 20 秒，而你在一个小时可以阅读 180 则之家水文。
2. 正计时表
“正计时”是“倒计时”的反义词，即设定好起点，记录经过的时间。这个功能源自潜水表，用以计算潜水员待在水下的时间。当潜水员上浮时，他需要在每个深度层停留一会儿，让溶解于体内的氮气释放出来，防止回到水面时血液中产生气泡（减压病）。点按表盘，Apple Watch 进入正计时模式。
转动表冠，外侧的表圈便会旋转，绿色箭头指示计时的起点。确定起点后，点击绿色的“开始”键启动计时器。起点与分针间的虚线（在表圈上）指示经过的时间。刻度内侧的圆点用于指示 5 分钟的间隔，是潜水表的标志性图案。
3. GMT 表
为了统一各地的时间，人们按照经度将地球分为 24 个时区，而位于零度经线的格林尼治（英国伦敦）就被定为“零时区”，格林尼治时间也就成了“标准时间”（GMT）。中国采用东八时区，因此 GMT 加 8 小时即为我国时间。GMT 表盘最初为飞行员设计，它通过内外刻度同时指示两个时区，方便穿梭两地的飞行员快速查看时间。点按表盘，Apple Watch 进入时区设置模式。
红蓝两色的 GMT 表圈拥有 24 个刻度，早晚 6 点位于两色的拼接处。红色代表白天、蓝色代表黑夜。转动表冠，表圈开始旋转，中央的时区列表能帮助用户找到想要的时区。此处以纽约为例：
黑色的时针、分针指示本地时间，对应的刻度是内侧的 12 个数字，即图中所示中国下午 1:40；
红色的指针称为 GMT 指针，指示所选时区的时间，对应的刻度是外侧的 24 个短横，指针附近的刻度会自动变成数字，方便阅读。图中 GMT 指针指向蓝色区域 1 点，即纽约凌晨 1:40.
4. 太阳刻度表
昼夜变化大概是人类乃至地球一切生物最早使用的“时钟”。我国春秋时期就出现了基于太阳高度角的计时工具 — 日晷。但日晷需要安装在固定位置才能保证时间的准确性，故无法做成手表；Apple Watch 通过 OLED 显示器重现了一天中太阳光线的变化。点击表盘，Apple Watch 进入太阳模式。
中央的小表盘为普通刻度表盘，它会随虚拟太阳的移动而公转；
外圈的大表盘为太阳刻度盘，共有 24 个时刻，直接显示一整天的时间；
大表盘的指针为虚拟的太阳，它在不同位置有特定的光照效果。
▲ 日落：太阳与地平线重合的时刻；
▲ 民用黄昏：指日出或日落后阳光经过大气的折射，进而照亮低层大气与地球表面的时刻；此时天仍明亮，人们可正常进行户外活动；
▲ 航海黄昏：天光继续变暗，人眼无法分辨室外景物的细节，对于水手而言则无法看清地平线，转而依靠星星判断方向；
▲ 天文黄昏：天光非常微弱，大部分天体已可正常观测；
▲ 夜晚：太阳下降到地平线 18 度以后，折射的阳光彻底消失，天空完全陷入黑暗。
5. 加州表
对于经典的方形表盘，Apple Watch 把功夫花在了刻度上。
▲ 阿拉伯 - 印度数字：它起源于 9 世纪的印度，是现代阿拉伯数字的祖先。目前仍在西亚地区和部分南亚地区流行（如伊拉克）。它是首个合并了进位制与十进制的计数系统，且拥有“零”这个曾被西方视为禁忌的概念；
▲ 天城文数字：它起源于 13 世纪的尼泊尔，曾被广泛用于书写梵语经书。天城文对泰国、柬埔寨等东南亚国家影响深远。它同样是进位制与十进制的计数系统。
四、小结
在上篇中，我介绍了 Apple Watch 隐藏于机身中的精巧结构，以及具有历史底蕴的表盘设计。如果各位读者感兴趣，我会接着在下篇中介绍 Apple Watch 监测心率、血氧以及心电的原理，让大家明白表壳后面的一系列传感器都是做什么用的。想要收到后续通知，记得在开头点个关注哦。
电子产品有电子产品的美学。站在科技的高峰，我们应该继承钟表的文化，用现代思路重现经典，进而构建符合 21 世纪的钟表美学。苹果在 Apple Watch 中打磨的种种细节让来自流水线的消费品有了不输手工、定制的底蕴。这种难以言表却感受真切的使用体验，这大概就是苹果产品能在各个领域独树一帜的原因吧。
参考
1. Strategy Analytics: Global Smartwatch Shipments Grow 20 Percent to 14 Million in Q1 2020
3. METHODS FOR MANUFACTURING THIN WALLED ENCLOSURES AND RELATED SYSTEM AND APPARATUS
6. Invisible optical label for transmitting information between computing devices
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