Touch та Multitouch

MultiTouch — технологія, котра стрімко ввірвалась в наш світ, і якщо екстраполювати поточні тенденції, скоро опиниться навіть у кавоварках. Її суть полягає в тому, що сенсорна поверхня здатна розпізнавати декілька дотиків одночасно. Такий новий механізм вводу обіцяє нам скору революцію у сфері спілкування з комп’ютерами та керування побутовою технікою.
Першим масовим mutlitouch-пристроєм, став Apple IPhone, випущений у 2007 році.

В цій статті я хочу розповісти про різні підходи до реалізації Touch-інтерфейсів з технічної сторони, при цьому не заглиблюючись в дивакуваті й незрозумілі простій людині нюанси.

Трішки історії



Далеко не Apple винайшли MultiTouch. Роботи в цій сфері велись з середини 80х років. У 1984 році Bell Labs розробили мульти-тач екран на якому можна було маніпулювати зображеннями за допомогою двох рук, але ця розробка так і не побачила світлого майбутнього.
У 1999 році компанія FingerWorks випустила кілька MultiTouch пристроїв, таких як зовнішній жестовий тачпад iGesture Pad і досить екзотична клавіатура TouchStream. Після кількох років, перебування у власній ніші продукції, FingerWorks були придбані Apple.

Технологічний аспект

Для простого користувача, все що можна тикали пальцем-стілусом є тач, а те, у що можна тикати кількома пальцями одночасно — мульти-тач. Але з технічної точки зору, до реалізації сенсорних поверхонь є безліч абсолютно різних підходів.

Резистивна технологія

Технологія відносто стара, і вже «не модна». Тачпад складається фактично з двох частин: верхнього еластичного шару (тонка поліефірна плівка і т. п.), і нижнього жорсткого шару (як правило скло), обидва шари є провідниками, і відповідно мають електричний опір. Вони розділені повітрям або іншим діелектриком. Палець торкаючись верхнього шару, прогинає його так, що той контактує з нижньою підкладкою. Напруга в точці контакту вимірюється і виходячи з неї обчислюються координати дотику.
Поверхні можуть бути прозорі і використовуватися в тач-скрінах, кпк і т. п. Для більшої точності натискання можна використовувати стилус, або будь-який стилусо-подібний предмет.


У цієї технології безліч недоліків, таких як невисока чутливість, механічне зношування, відносно великі фізичні розміри, схильність до фальшивих спрацьовувань.

Але інженери Nokia, використовуючи резистивну технологію у моделі 5800 домоглися тактильного фідбеку від екрану. Тобто, по відчуттям натискання кнопки на такому екрані схоже з натисканням реальної фізичної кнопки.
(згідно слів маркетологів. Особисто я там нічого особливого не відчув).

Ємнісна технологія

Взаємна ємність
Чутлива поверхня наноситься схожим чином, як звичайні друковані плати. Вона складається з верхнього ізоляційного шару і сітки доріжок-провідників під ним. Коли палець торкається поверхні, він змінює електричну ємність між сусідніми доріжками, виходячи з чого можливо обчислити положення і площу дотику.
З принципової точки зору, робота доріжок та давачів аналогічна до роботи звичайної клавіатури.

Цей підхід ефективніший від резистивних, більш довговічний завдяки відсутності рухомих частин, більш точний, і завдяки технології виготовлення, може бути нанесений практично на будь-яку поверхню. Більшість сучасних виробників (Synaptics, Apple, інші) використовують саме його. Провідникові доріжки можуть бути виготовлені з прозорих матеріалів, що дозволяє також використовувати ємнісну технологію в тач-скрінах. Так само, технологія дозволяє розпізнавати кілька дотиків одночасно, але реагує тільки на людські пальці (та інші об'єкти з подібними електричними характеристиками). Використання класичних стилусів, або підручних засобів в їхній якості неможливе, та на ринку присутні спеціальні пера, котрі по суті імітують властивості людського пальця.

Власна ємність
Технологія схожа до попередньої, але замість двох окремих шарів провідників, використовується один шар електродів, під'єднаних до ємнісно-чутливого електричного кола.


Технологія володіє більшою точністю в порівнянні з взаємно-ємнісною, але вона погано придатна для пристроїв з великою площею тач-поверхні через високу сприйнятливість до паразитних ємностей, що з'являються на самих електродах.
У IPhone та інших продуктах Apple за непідтвердженими даними використовуються одночасно обидва варіанти ємнісної технології.

Інші підходи до MultiTouch

Розсіювання повного внутрішнього відображення
Цей підхід з дуже вже розумною назвою, вельми перспективний для створення MultiTouch-поверхонь великої площі.
На акриловий екран за допомогою проекторів, розташованих з протилежного від користувача боку подається зображення. Коли поверхні торкається який-небудь об'єкт, світло випромінюване світлодіодами розміщеними по периметру екрану розсіюється в точці дотику і потрапляє на датчики відображень, за допомогою яких, програмними методами розраховується місце розташування точки контакту.

Інфрачервоне світло поширюється всередині акрилу, не виходячи назовні, але якщо палець торкається поверхні, світло розсіюється від нього і потрапляє на сенсори. Використання гнучкого матеріалу для покриття екрана дозволить вимірювати силу натискання, стежачи за зміною характеру розсіювання променів.

Microsoft Surface використовує подібний підхід, але джерело інфрачервоного світла розташоване поруч з проектором, а заломлення розпізнаються інфрачервоними камерами.

Менш розповсюджені технології

Інфрачервоне позиціювання

Є два принципово різних методи:

Перший
Cпирається на зміну електричного опору поверхні в результаті зміни температури. Цей метод неточний, повільний і вимагає теплих рук.
Другий
Gолягає в розміщенні сітки інфрачервоних випромінювачів і сенсорів по периметру, перед екраном. При дотику, об'єкт перекриває собою промені і тим самим дає визначити позицію. Цей метод застосовується у військових програмах, які вимагають сенсорної панелі.

Розпізнавання поверхневих акустичних хвиль
По тач-поверхні поширюються ультразвукові хвилі, при дотику до неї, вони спотворюються і, виходячи з цього прораховуються координати.

Тензіометри
Тензіометр - прилад для визначення механічних деформацій у твердому тілі і перетворення їх в електричні імпульси. При суміщення такого пристрою з екраном виходить недорогий, неточний, але міцний і надійний тач-скрін. Використовуються в банкоматах, апаратах, котрі продають квитки, поповнювачах рахунку і т. п. через свою вандалостійкість.

Оптичне розпізнавання
Відносно новий і перспективний підхід. Два або більше оптичних сенсора розміщуються по краях екрана (частіше по кутах). З протилежних сторін, в зоні видимості камер - інфрачервона підсвітка. При контакті стороннього тіла з екраном, виникає тінь від підсвічування, камери з різних кутів знімають її. Інформація зіставляється, і дозволяє обчислити місце розташування.

Дисперсія сигналу
Точка дотику обчислюється давачами щодо вібрацій і деформацій у склі. Заявляється, що ця технологія стійка до пилу, бруду та подряпин. Також, через малу кількість додаткових пристроїв, вона може бути застосована на звичайному склі (вікнах, столах і т. п.). Але оскільки відслідковуються механічні вібрації, ця система не може розпізнати нерухомих об'єктів.

Акустичне розпізнавання
Технологія подібна до методу дисперсії сигналу, але механічні коливання конвертуються в аудіо-сигнал і порівнюються з наперед-записаними профілями кожної точки екрана. Переваги та недоліки ті самі, що і в дисперсійного методу.

Піксель-сенсорні дисплеї
Компанія Sharp анонсувала надчутливі Touch-екрани. Суть новинки в тому, що кожен піксель включає в себе оптичний сенсор. Таким чином немає потреби в додатковому покритті екранів, і можна домогтися чистого зображення, у порівнянні з іншими сенсорними дисплеями. Такий екран може відслідковувати дотик, пересування, а також використовуватися в якості сканера.

коментарі:

+1Андрій В. 07.11.2009 14:45
Дякую. Дуже цікава стаття. Тепер мені зрозуміло чому Click Wheel в iPod реагує тільки на дотик пальцем
Андрій В. 07.11.2009 14:57
Тут є дуже цікава стаття про те як зробити сенсорну панель зі звичайного монітору власноруч
+2meako 07.11.2009 15:08
Ага, продаються спеціальні комплекти для переробки. Непогана стаття.
Андрій В. 07.11.2009 15:22
Я думаю собі щось таке зробити, але я ще не придумав навіщо:)

додати коментар: