手机的屁股与脑袋

我们常说,一个人的屁股坐在哪儿,决定了他的脑袋怎么考虑和处理问题。对于我们使用的器物,也是这样的,例如手机。

走路的时候,是把手机放在裤兜里还是背包里?

在家的时候,手机是放在桌子上还是捏在手上?

乘坐交通工具的时候,手里捧的是手机、平板电脑、书籍、Kindle,还是杂志报纸?

感到无聊的时候,是手机电视,离我更近?还是门口离我更近?

站着、坐着、躺着,哪一种姿势拿着手机的时间更长?

摆在桌上时,是纵向摆放,还是横向摆放?

人与人之间的联系与隔阂,在信息的高效传播下被同时放大。这是坏,也是好。人与物的关系亦然。如果把自己浸与其中,便会成为matrix的养分和外延;如果完全抽离,又成了原始人。

保持中间态很辛苦,但更迷人。

新 iPhone 的 8 个设计秘密 | 设以观复 vol.2

这是《设以观复》的第二期,这个栏目的宗旨是,以工业设计师的视角,用平白易懂的语言,向普罗大众介绍事物背后的原理和逻辑。

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苹果的秋季发布会前不久刚结束,今年和往年一样,网上都是骂声和调侃。但不管是作为设计师,还是作为一名理性的消费者,此时都不应该参与到这些无聊的热闹当中,而是冷静下来,想想看,是基于什么原因设计成这样。

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今年iPhone更新的重点几乎都集中在A13芯片所带来的各项能力提升,而其中最引人注目就是摄影能力的全面大升级,尤其是三颗摄像头带来的全焦段无缝变焦。要实现这种能力,除了芯片和算法以外,硬件的布局也是极为关键的,它会同时影响到软件开发的工作量以及设计方案的取舍。

 

Q1:为什么三颗摄像头按等边三角形布置?

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这种布局,可以让三颗镜头尽可能地靠近彼此,同时确保三颗镜头互相之间的距离相等。这是最大程度减小三颗镜头之间视差的最佳数学模型,也是实现全焦段无缝变焦的硬件基础。

它们之间可以形成三组两两一组的关系,实时地互相校正视差、色温、白平衡等等这些信息。

如果采用一字摆开或L型的布局,那么视差所带来的软件开发量和芯片的实时计算量会因此大大增加。要实现iPhone这种三个焦段之间流畅的无缝衔接,显然它们都不是合适的布局。

这也是乔布斯一直强调的:

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Design is not just what it looks like and feels like. Design is how it works.

 

Q2:为什么不把摄像头模组居中对称布局,而是摆在左上角?

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发布会之前我曾在粉丝群里说,这个角落的镜头必定是广角镜头。事实确实如此。

因为广角镜头同时也是微距镜头,而微距摄影的必要条件就是,靠得足够近。

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出于对称审美把镜头矩阵摆在中间,固然是好看一些,但由此所带来的是,作为摄影最基本要素的取景视角的缺失。这是一种以审美牺牲功能的做法。

这是违背Design is how it works设计原则的。

同时,这也是国际主流设计理念 Affordance的实际体现。

Affordance这个理念我在这里没法详细展开说,但是可以举两个例子,大家感受一下。

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无印良品这款著名的CD机大家应该都认识,它把开关做成拉绳的形式,从你看到的第一眼起就知道,你应该去拉这根绳子。这当中有集体记忆的原因,也有人的本能的原因,这就是Afforednce。

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再比如这个牛奶盒子,它底部的形状和尺寸,都与这个扶手的顶部和尺寸刚好相符,如果你此时需要临时放下牛奶,回一条手机上的消息,你就会直接把它放上去。这也是Affordance。

 

Q3:后背玻璃的质感是怎么制作的?

新iPhone的玻璃后背,是通过CNC(数控加工)来塑造整体形态的,后续再将玻璃处理成整体磨砂、局部高亮的表面效果。

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玻璃的磨砂工艺,主要有两种。一是通过物理的喷砂工艺,用高速的玻璃砂撞击玻璃表面,制造出密度均匀的小坑;二是通过化学反应,用特定的药水腐蚀玻璃表面,形成雾面效果。

这两种工艺都可以通过在中间步骤加入局部的遮蔽保护,在同一个表面上同时实现磨砂和高亮两种视觉效果。

发布会后我和一些供应商讨论,我们普遍认为,苹果使用喷砂工艺的可能性更大,也更符合它们一直以来的技术积累和设计处理的手法。

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在苹果的新总部和一些线下实体店,也能见到它们对磨砂玻璃的使用,这也是它们技术积累的一部分成果转化。

 

Q4:为什么要设计成两层台阶?

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很多人吐槽,镜头部分玻璃和金属分别抬起两层,是丑上加丑。

我推测,这是苹果基于视觉效果与加工工艺之间做的一个平衡。

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如果玻璃不凸起,以三镜头模组的整体尺寸,按iPhone X那样的金属外框方式来设计,整个镜头模组会又大又厚,视觉上会失衡。

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如果凸起的厚度全部算到玻璃上,那么玻璃的CNC加工量和产品不良率又会大大增加。虽然苹果很有钱,但也不能无底线地浪费钱。

 

Q5:为什么镜头模组不做成一整个大镜片?

镜头凸台的玻璃采用局部高亮的处理,借助凸台形成的光线折射,营造出一种悬浮感,削弱了镜头的视觉厚度。

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由于结构设计的需要,镜头模组与玻璃后背之间必须有一层金属圈分割,既保护镜头,也作为玻璃开孔处的缓冲。

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通过把两种材料加工成相似的高亮表面,在光线时时处于变化的生活环境中,形成一种视觉上的质感统一。这种手法也给整个镜头模组带来了晶莹剔透的视觉效果。

苹果没采用色块分割的手法,而是选择通过材料的表面工艺实现质感上的区分与统一,这也是苹果设计手法上的延续。

 

Q6:为什么iPhone 11 才俩镜头也做个近似方形的台阶?

我推测是基于玻璃CNC加工的良品率来考虑的。

CNC在加工的过程中会存在高频震动,这种高频震动有概率会导致整片玻璃崩碎。

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苹果是将一片很薄的玻璃,通过将凸台以外的部分整个削薄的方式,做出这个玻璃盖板的。

由于薄的部分更容易开裂,导致整块玻璃崩碎。所以苹果将所有开孔都集中在了较厚的凸台部分,以便尽可能减小加工过程中的损耗。

这种良品率的提升,也体现在了价格的下调上。

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除了镜头,还有闪光灯和麦克风需要开孔,所以iPhone 11的凸台没采用X/XS那样的胶囊造型,而是更大的圆角矩形。这样也形成了与Pro和Pro max同一代的系列化形象。

 

以上是我对新iPhone设计方案的分析。

接下来再说说我对苹果在设计决策上的一些看法吧。

主要是让我感到出乎意料、又情理之中的两点:

 

第一点:居然没使用“复眼”的设计?

我去年分析华为mate 20的时候就谈到过,矩阵式复眼既适合表达摄影技术的进步,又能形成统一简练的视觉效果,是很适合作为三摄镜头的设计方案的。

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当时从供应链得知,苹果很早就在研发三镜头方案了,所以我一直以为他们也会采用在颜色上做划分的设计,因为这样能让镜头部分更整体。

但苹果选择了另一条路线,就是让整个后背更整体,这更符合苹果一贯的设计原则。因为后背的设计目标是一整块玻璃,再增加任何装饰,都是违背苹果一直追求的一体化的设计原则的。

从结果上看,这种设计有着更强的立体感,也更轻盈。

 

第二点:居然把CNC用到了玻璃上!

三年前,2.5D玻璃的出货成本,大概是平面玻璃的三到四倍。由于玻璃的材料特性,决定了CNC加工的难度。现在不少低端手机也用上了这类曲面屏,主要是因为利润足够稀释掉损耗,而不是工艺真的有了质的飞跃。

新iPhone的玻璃后背这么干,真的很烧钱。

所以我此前一直以为新iPhone会延续iPhone X那样,只开一个大孔,整个摄影模组从里往外套,因为这样好做。但是我竟然忘了,苹果是一家功能主义内核的极简主义审美的公司。能用一个零件做好的,绝不拆分成两个。

他们宁愿多花钱把玻璃做成异形的一个整体,实现从材料、加工到视觉上的一体化。这种方式也源自过去对铝合金加工的经验的积累,也是在建造新门店和新总部过程中的对玻璃工艺的进一步开发,虽然我真的万万没想到,但又真的是情理之中、水到渠成的结果。

 

最后,再说几句无关设计的话。

不管是三镜头无缝变焦的算法,还是各项性能提升的同时大幅降低能耗,这些工作任意单一一项都是巨大的工作量,然而他们这么多项同时开干,最终实现一款产品的整体提升,这是各个部门之间紧密配合、高效工作的缩影。

这种能力不是那些换个「样式」就敢说自己是设计创新的团队所能比拟的。

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虽然失去了两个灵魂人物,但拥有这种一流的组织、动员能力的团队,我还是会继续期待他们未来的产品的。

手机渐变色工艺的设计和制作难度大吗?

通常来说,我们判断一项工艺难不难,主要是看两个维度:

一、原理层面上的实现难度;

二、工艺制程的良率可控程度。

首先,可以明确的是,这类工艺都已经是有理论基础的成熟工艺,也就是在原理层面上已经解决了实现问题。所以难点并不在于工艺本身的可实现性,而落在了制程中对最终效果以及良率的把控上

可以实现这类渐变、光晕效果的工艺,目前主流的有 PVD镀膜(Physical Vapor Deposition,物理气相沉积)、各种转印(热转印、水转印等)、喷涂、IML(In Molding Label,模内注塑)、磁性油墨等等。前面举例这些是相对成熟可控的,应用得比较多。所谓成熟可控,是指工艺流程中的各个环节可量化、可数控的比例相对较大,可以通过一些方法和经验得到与设计尽可能接近的可量产成品。

这恰恰就是难点所在。

以最简单的喷涂[1]为例(为方便外行的朋友理解,以下描述均作简化处理),如果要在一块较平坦的外壳上实现渐变色,需要用喷枪先在壳料的一侧以某个倾斜角度对素材(未处理的壳料)喷射事先调制好的油漆,待这一层油漆干透后,再从另一侧以某一角度喷涂,中间重叠过渡的部分就会形成一个渐变的效果。但是实际的工序不会这么简单,比如素材在上色前可能需要做一些预处理(视不同工艺),上漆之前需要上一道底漆(底漆使用什么配方视工艺而定),两种颜色的漆可能需要加入其它成分(比如珠光粉、金属粉末等),两次喷涂之间可能需要一道遮挡物以控制喷涂范围,全部漆上完之后还需要UV固化,甚至二次喷涂等后工序。

即便以上描述已经做了简化处理,但仍然可以感受到,这个过程当中实际上是存在一个不可控的空间的,也就是两道颜色叠加过渡的部分不是精准数控的。这个非精确控制的空间存在于以上所说的包括 PVD、转印、喷涂、IML、磁性油墨等各项工艺当中,区别在于,不同工艺在精准程度的控制能力上。比如通过入射角度、喷射速度、粘稠度、膜的厚度等各项参数来控制,但这些参数本身也具有一定的非可控性和随机性。

再比如 PVD 镀膜,可以通过镀层的厚度变化来实现不同视角下不同光泽的变化,那么哪个位置厚哪个位置薄?如何控制不同位置的镀层厚度?这些都不是像 CNC 那样,可以依靠机械手段严格按照 3D 图纸来精细化加工的。

所以,这类工艺在制程上的上下限也比一般的工艺要宽,因为定窄了可能没法儿出货。

这里顺带简单介绍一下什么叫上下限。由于制造工艺会受到制程、材料特性、生产管控水平等因素存在公差,那么我们在制程上就需要针对这个公差制定一个标准和可接受的范围。比如一个外壳的标注尺寸是 30±0.05mm,那意思就是说,只要这个供应商生产出来的壳料尺寸控制在 29.95~30.05mm 这个范围之内,那就是允许的,可以入库的,超出这个范围(按照一定百分比,例如 1%的不良率)的物料,就需要根据商务条款进行处理(可能直接报废,可能退回修改,也可能基于某些特殊情况而允许入库)。

了解了公差这个概念后,大家就可以理解,为什么有一些手机明明是同一个造型,但不同颜色的价格居然会不一样,这就是因为不同颜色的良率是不一样的。有时候,厂商会为了保证产品的一致性,不放宽上下限,以牺牲良率的方式来确保品质,但良率低了,价格自然要高。

比如曾经某些手机采用陶瓷作为机身材料,下一代就没再用了,就是因为陶瓷本身的不良率居高不下(非常非常高),导致成本太高,无法形成良性循环。再比如一些常被吐槽的问题,手机边框夹头发、屏幕松动、按键异响等,都属于公差和良率管控的问题。有些时候,为了保证良率,保证可出货,也会视情况故意放大上下限。

所以,一项工艺的制程当中数控化程度越高,就意味着良率越高,可量产性越高。

然而以上提到的实现渐变色效果的这些工艺当中,除了IML 以外,均存在比较大(与 IML 相比而言)的随机空间,这就导致公差的范围和良率都会是很头疼的问题。尽管 IML可以做到非常好的形变控制,但对素材本身的造型也有相对应的要求,这就对了设计有了一些限制,比如手机外壳的深度太大的话就难以实现了。

但是为了量产,各厂商和供应商们也是想尽了一切办法来提高可控性。

比如上面提到的喷射角度,这就需要相对应的治具、夹具(用于固定壳料的辅助零件)来配合喷枪,又或者是油漆本身的流动性、添加物来改善或掩盖某些容易出现的瑕疵。

然而,这些方法,都是需要试和找的。

尽管供应商在渐变色工艺上会有一系列标准的做法,但是在面对不同的客户时,都需要进行一些具体的、定制化的制程改造,甚至是和客户一起研发(例如 Jony Ive 曾在 SARS 期间常驻珠三角长达三个月,为了改良 iPhone 的氧化制程)。

这个过程,就是从设计到量产中最大的难点所在。因为这个过程需要设计师和供应商不断地互相磨合、互相试探底线、共同探讨改良的机会,只有通过不断地、大量的、不厌其烦地试错,才能找到一个合适的度,既满足设计的实现,又有合适的良率,既对得起用户,又照顾到品牌的脸面,还能让品牌和供应商都有钱赚。

然而实际上,这些手机所用到的渐变工艺,往往不仅仅是单一的一种工艺,而是多种工艺的搭配组合,这其中的研发、生产成本可就相当大了。

但为什么有些低价型号也陆续出现这些渐变色工艺了呢?

因为制造工艺的边际成本是越来越低的,只要越来越多的产品在使用同一类工艺,那么这项工艺的价格就会越来越低,产品也会越来越便宜。但是,价格的降低是因为数量和总利润的增长,并不意味真实制造成本的必然下降或良率的必然上升,只是供应商调低了自己的利润率而已,因为数量可以吸收掉那些不良品带来的损失。这也是新工艺总是先出现在高端产品中,待出货量达到一定规模后再下放到低端产品线的主要原因之一。

曾经的 氧化铝工艺也是这样[2] 的过程。

 

※ 本文首发于知乎:手机渐变色工艺的设计和制作难度大吗?

参考资料

  1. [专利] 渐变喷涂的处理方法 patents.google.com
  2. 设计潮流是随机的吗? zhihu.com