深入探究：Apple Watch 如何准确追踪游泳运动

上周，我戴着 Apple Watch Series 3 跳进了大学地下游泳池。随着可穿戴设备的成熟，苹果越来越多地将其作为健身设备进行营销，得益于与耐克的合作，这款设备特别适合作为跑步伴侣。但 Apple Watch 还可以解决比晨跑更具活力和多样性的事情：水中锻炼。

自 2016 年防水以来，该设备一直充当游泳追踪器，但在其最新操作系统中，它提供了更精细的指标：组别检测。它知道你何时在泳池边休息，然后利用这些信息将锻炼分成几组圈数，向你展示你每组游了多远和多长、你使用了哪种泳姿以及休息时间。

您不需要最新款的 Apple Watch 即可获取这些信息。运行第四代操作系统的 Series 2 就足够了。但我戴着该公司最新版本的手表游泳，该手表具有蜂窝连接功能。我可以在去游泳池的路上打电话，而不用带手机，但这是最新款手表提供的最大优势。

在泳池里，Apple Watch 成为量化水中锻炼复杂动作的工具，作为一名长期的业余游泳者，我一直对其工作原理很感兴趣。

苹果开发了自己的算法来识别不同水平的游泳者的游泳姿势以及他们燃烧的卡路里。这个过程收集了 700 多名游泳者和 1500 多次游泳训练的数据。苹果还收集了更多戴着从天花板垂下的面罩在原地游泳（在“无边无际”的泳池中）的人的数据。

这需要大量的数据。所有这些数据都是必需的，因为技能水平会影响游泳姿势。“如果你是迈克尔·菲尔普斯，你就能非常清楚地区分这四种泳姿——仰泳、自由泳、蛙泳和蝶泳，”苹果健身和健康技术总监杰伊·布拉尼克 (Jay Blahnik) 说。“如果你是我，你会发现，一旦你看到陀螺仪和加速度计的信号，它们就没有那么强烈和清晰了。”

从手腕到卫星

这款手表使用陀螺仪和加速计来追踪你的划水动作，但在开放水域，它可以利用另一个传感器：GPS 芯片。如果你在海里或湖里游泳，手表会利用它们来确定你的游速和距离。但 GPS 信号无法通过水传播。幸运的是，人们很可能在开放水域进行自由泳，而对于这种划水动作，你的手臂会定期露出水面。苹果会在整个游泳过程中将 GPS 芯片设置为获取模式。每次你的手从水面上抬起时，它都会寻找卫星信号。“我们每次都试图捕捉它，”苹果定位和运动服务工程总监 Ron Huang 说。

加速度计测量运动，陀螺仪确定手表每秒旋转多少度。这些传感器共同帮助苹果公司确定中风类型。

“我们观察的实际上是你每次划水时手腕的运动轨迹，”黄说。蝶泳和自由泳在手表的传感器上看起来最相似，这代表了它们最大的“混淆矩阵”。但正确判断很重要，因为划水类型会影响你燃烧的卡路里数量。例如，蝶泳比蛙泳燃烧的卡路里多 40%。

更复杂的是，陀螺仪往往会指示手表在旋转，即使它没有旋转——这种现象称为陀螺仪漂移。例如，你的手腕可能静止不动，但陀螺仪可能会显示它每秒旋转 10 度。在这种情况下，苹果依靠加速度计来找到基本事实。如果它从加速度计上看到你没有移动，但陀螺仪仍然显示旋转，它就可以知道应该将陀螺仪的读数降低多少。

转，转，转

熟练的游泳者在到达泳池边缘时会进行翻身转身，就像在水中翻腾半个筋斗然后扭转身体来改变方向。但我不会，苹果健康部门的主管 Blahnik 也不会。“如果你见过我翻身转身，你会发现它不太好——事实上，它太糟糕了，我根本翻身不起来，”Blahnik 承认。“我们需要非常擅长判断转身，无论你是游泳高手还是经验不足的游泳者。”换句话说，无论你如何转身，手表仍然需要注意到它。

这正是陀螺仪真正发挥作用的地方。它测量空间中三个不同平面的旋转：绕 x、y 和 z 轴。x 轴水平穿过显示屏；y 轴垂直；z 轴从屏幕直射而出。手表的软件会解读陀螺仪的数据，以确定您何时到达墙壁并朝新方向旋转 180 度，就像飞机的偏航是机头方向的量度一样。例如，将手腕平放在身前并与地面平行，想象 z 轴直射天空：绕 z 轴旋转会显示您的方向发生变化。

通过了解您通常需要多少次划水才能穿过泳池，Apple 知道您何时需要转身。假设您通常需要大约 25 次划水，但在锻炼的后期，Apple 注意到您只用了 10 次。然后它可以推断出这很可能是因为您只是在泳池中央游动，它应该忽略它看到的任何偏航变化。您可能只是转了 90 度，在分道浮标上游动。

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相信你的感觉

苹果做出的最有趣的决定或许是如何处理泳池长度这个棘手的问题。在开始游泳之前，手表会提示你告诉它泳池的长度，以米或码为单位。但苹果知道你很有可能会测量错误。也许泳池长 25 米，但你说是 25 码。“答案完全错误，”黄仁勋说道。游泳结束时，手表会告诉你总共游了多远，但这只是基于你所说的泳池长度；如果你在你说的 25 米长的泳池里游 10 圈，手表会告诉你游了 250 米。苹果只是根据你所说的来决定这个指标。无论如何，手表不需要知道泳池的长度来准确计算你的圈数，因为它通过标记转身来独立完成这件事。

但重要的是，游泳总距离测量并不重要，至少在计算出你燃烧了多少卡路里时并不重要。这是因为苹果正在使用自己的传感器来确定该指标。“我们注意到的一件事是，你游泳的圈数并不是你燃烧的实际卡路里的一个很好的指标，”黄说。

他说，想象一下一位游泳高手，他只需划几下就轻松穿过泳池。他们燃烧的卡路里不如那些努力游到池边、划了很多下的人多。因此，手表使用传感器寻找偏航变化来标记您完成一圈并转身的时间，并计算您的划水次数；它使用这些信息来帮助估算卡路里燃烧量。“我们不想仅仅通过圈数和距离来告诉你卡路里；我们想实际测量你的游泳效率水平和你的划水次数，”黄说。

编者注：本文已更新，澄清 Apple 从无尽泳池收集的数据是其收集的其他数据的补充，而不是其中的一部分，并澄清了有关泳池长度的解释。