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多点触控 舞动屏幕

2011-03-03 本刊编辑


    苹果(APPLE)不断以其超前的理念、炫丽的造型、先锋的科技征服广大民众,人们对其总是充满着期待和出乎寻常的喜爱。当苹果把多点触控技术引入手机、平板电脑屏幕之中,赋予使用者更加直接便捷、更加接近人们日常行为的操作体验后,立即再次引发了消费者对其持续不断的热烈追捧,也开启了多点触控向主流操控界面迈进的征程。另一科技巨头微软在新windows 7操作系统中内置多点触控的支持,使得该技术更加受到关注。时至今日,多点触控技术已经引发了多个行业的高度关注,并已成为目前最时尚和前沿的人机交互技术,业内众多厂商纷纷致力其中,市场规模急速增长。 

多点触控的发展

    多点触控是采用人机交互技术与硬件设备共同实现的技术,能在没有传统输入设备(如:鼠标、键盘等)的情况下下进行计算机的人机交互操作。多点触控技术,能构成一个触摸屏(屏幕、桌面、墙壁等)或触控板,同时接受来自屏幕上多个点进行计算机的人机交互操作。

    事实上早在1971年,美国人Sam Hurst就发明了世界上第一个触摸传感器。虽然这个仪器和我们今天看到的触摸屏并不一样,却被视为触摸屏技术研发的开端。早期触摸屏技术主要被美国军方采用,直到1982年,Sam Hurst的公司在美国一次科技展会上展出了33台安装了触摸屏的电视机,平民百姓才第一次亲手“摸”到神奇的触摸屏。

    多点触控技术最早是由多伦多大学在1982年发明,其在1983年定义了第一个“收拢”手势;1984年贝尔实验室研制出了能够以多于一只手控制改变画面的触摸屏。同年,微软开始研究该技术;1991年Pierre Wellner研制出名为数码桌面的触屏技术,允许使用者同时以多个指头触控及拉动触屏内的影像。1999年,“约翰埃利亚斯”和“鲁尼韦斯特曼”生产了多点触控产品包括iGesture板和多点触控键盘,它在2005年被苹果电脑收购;2006年,纽约大学Jefferson Y Han教授在Siggraph大会上向众人演示最新成果,其领导研发的新型触摸屏可由双手同时操作,并且支持多人同时操作。与普通的触摸屏技术所不同的是,它同时可以有多个触摸热点得到响应,而且响应时间非常短——小于0.1秒;2007年,苹果及微软分别发表了应用多点触控技术的产品及计划,引起大众对使用多点触控的兴趣。2009年10月22日,微软发布的Windows 7首次在操作系统层面支持多点触控。

多点触控技术种类

    目前市场上流行的触摸控制技术有13种之多,出货量占到全部触摸屏产品的91%。由于触摸实现方式的不同,技术的不断改进,且生产厂家需要互相规避知识产权,因此出现了很多种触摸技术原理。不过不同的行业对触摸性能的侧重要求都有所不同,还没有一种通吃的技术。

    当前国内应用最多的多点触摸技术有:红外、光学影像、表面声波和投射式电容(或称为投影电容)。其中前三种适应于中大尺寸(大于10英寸),应用在如会展、博物馆、互动会议、商业店面商用显示和触摸市场。小尺寸的个人数码便携产品应用,包括苹果手机、GPS定位导航仪、平板电脑等,主要采用的是投射式电容技术。

支持多点触摸的技术    

多点触控 舞动屏幕

投射电容

    苹果iPhone、iPad以其崭新的触控操作界面惊艳市场,尤其是其多点触控的特性,使得操作界面更加人性化,而让苹果的多点触控得以发挥得淋漓尽致的,就是投射电容技术。投射电容式触摸屏采用多层ITO层,形成矩阵式分布,以X轴、Y轴交叉分布做为电容矩阵,当手指触碰屏幕时,可通过X、Y轴的扫描,检测到触碰位置电容的变化,进而计算出手指之所在。基于此种架构,投射电容可以做到多点触控操作。投射电容具有寿命长、准确高、不怕划伤和水油污等优势。不足之处是容易被周围磁场影响触摸的准确性,导致漂移。 [Page]

多点触控 舞动屏幕

    目前小于10英寸的掌上手持设备的多点触控大都采用电容式触摸屏,但很少应用在桌面液晶显示器或更大尺寸的触摸设备上,成本和良品率是很大的问题。不过有厂商称,随着大尺寸触控装置的普及,加上制程良品率的改善,预计约3-4年后就会有大尺寸电容式触控装置出现在市面上。 

表面声波

    表面声波是利用声波可以在刚体表面传播的特性设计而成。表面声波触摸屏由触摸屏、声波发生器、反射器和声波接受器组成。表面声波屏的四角(除左下角)分别安装竖直或水平方向超声波发射换能器及接收换能器,四边刻有45度角由疏至密的反射条纹,发出如参照波形般的超声信号。当手指接触屏幕,便会吸收一部分声波能量,控制器依据减弱的信号计算出触摸点的位置。由于表面声波是一种沿介质表面传播的机械波,所以触摸屏部分可以是一块平面、曲面或是柱面的玻璃平板,安装CRT、LED、LCD或PDP显示器屏幕的前面。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响,分辨率高;透光率好,能保持清晰透亮的图像质量;反应速度快;屏体的强化玻璃,能承受各种粗暴的触摸,非常适合面对公共场所的触摸屏应用。不过此技术比较怕沾灰尘和水滴、油污,积累到一定程度,信号会衰减得很厉害,需要定期清洁。此外,目前技术条件下应用尺寸还不是太大,多在30英寸以下,且为两点触控。

红外技术

    红外触控屏是在显示器的前面安装一个电路板外框,电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管,对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触控屏幕时,手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线,因而可以判断出触摸点在屏幕的位置。任何触摸物体都可改变触点上的红外线而实现触控屏操作。红外触控屏不受电流、电压和静电干扰,准确率高,支持多点(目前最高可以实现32点),尺寸范围可达150英寸。具有工艺简单、维护成本低、适宜恶劣的环境条件的特点。红外触控技术经历了多次升级和技术变革,是目前能以最低成本应用于桌面液晶以及更大尺寸显示设备的多点触控技术。 

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光学影像

    光学影像技术是近几年快速发展起来的适合中大尺寸触摸屏的新型触摸技术。其工作原理是在触摸屏相邻边角上放置两个摄像头,通过摄像头连续不断地捕捉触摸表面上的物体移动变化对红外线的影响来进行定位。当触摸表面上的物体进行点击或移动等操作时,摄像头会根据物体对光线的遮挡情况快速确定触摸位置,进而准确判断触摸点或对触摸的手势动作进行分析,实现相应的功能操作。光学技术具有响应速度快、触摸精度高、环境适应性强等特点,且可以实现任意不透明物体触摸及多点触摸功能。

    业内不少人看好光学影像技术,认为其产品潜力很大,在大尺寸触摸屏产品上拥有成本优势。同辉佳视产品经理史新路告诉笔者,这是由于光学影像技术的主要元器件是两个摄像头组成,随着产品尺寸的加大,触摸屏成本并不会大幅度提高,与其他触摸技术成本随着尺寸扩大呈平方或线性增长相比,光学触摸技术享有相当大的成本优势。

多点触控 舞动屏幕

小尺寸 大市场

    从目前市场发展情况及调查机构发布的数据来看,多点触控在小尺寸市场应用更为普遍,更具发展空间,投射电容技术在小尺寸中占据绝对主导地位。

    随着苹果iPhone、iPad等产品的火爆,多点触控技术的应用越来越广,对触摸屏的需求也展现出火爆的趋势。

    据DisplaySearch统计,2010年全球触控面板出货超过6亿片,未来5年都将以2位数成长,并以2010年成长25.2%为最。面板尺寸方面,对4英寸以下触摸屏手机的市场最大,占整体市场的78-80%。除了手机以外,电脑、Netbook和消费性电子也逐渐将多点触控技术导入,规模愈来愈大,价格逐渐压低。市场调研机构iSuppli预测,仅苹果的iPad,2011和2012年的销售量就将分别达到4,370万台和6,330万台。 [Page]

    Windows 7对多点触控的支持所造成的市场影响不容小视,这会成为除了手机和消费性电子对小尺寸触控面板的需求旺盛以外的另外一个市场驱动力量,促进多点触控技术在包括小型笔记本电脑在内的PC市场更快推进。许多相关软硬件厂商也看准商机,纷纷推出相应产品,多点触控有望成为必备技术。

    在苹果和微软两大巨头强大影响驱使下,投射电容很快成为小屏幕触摸的应用标准。iPhone的出现给触摸屏行业带来了地震性的变化,使用在iPhone触摸屏的投射电容多点触摸技术,对于中小尺寸(小于10英寸)触摸装备而言,已经成为了第一选择。

    投射电容技术具有三个最主要的优点:使用寿命长、卓越的透光性、无限制的多点触摸可能。而之前小屏幕使用的电阻技术虽然成本低,但实现多点触摸功能比较困难。投射电容技术拥有感知多指触摸的能力,理论上只要屏幕放得下多少指,就能感知多少指的触摸。当然投射电容技术也有缺点,如对电磁干扰非常敏感,这一点给产品集成带来了挑战,尤其是集成到一个22英寸以上的LCD上更是困难,这也是为什么现在用于小尺寸的一个重要原因。另外,透射电容触摸屏依靠人类的身体电容来确定触摸位置,因此它们目前需要人体作为触摸物体。最后,成本还比较高,一个透射电容触摸屏(3.5英寸)目前约比模拟电阻的贵3倍左右,尽管这种差别已经在两年间下降了一半。但瑕不掩瑜,随着发展,这些劣势已经大大减轻和改善,投射电容在小屏幕主导已成必然。

多点触控 舞动屏幕

大尺寸 风初起

    近两年,大尺寸多点触控产品越来越多地出现在国内各大展会。这些产品与普通电子白板产品不同,更加侧重在视觉展示的同时进行类似体感式的操作应用,如图像的旋转、缩放、多人同时操作、多人交互式游戏等。厂商们乐观地认为在展示展览和互动游戏领域,多点触摸会有奇效。 

    多点触控在中大尺寸方面,实现的技术手段很多,除了目前最为常用的红外、影像光学、表面光波之外,还有受抑全内反射多点触控技术(FTIR)、正面和背面散射光多点触控技术(Front and Rear DI)、激光平面多点触控技术(LLP)、发光二极管平面多点触控技术(LED-LP)、散射光平面多点触控技术(DSI)等各种方法。不过无论哪种方法,由于尚无杀手级应用的出现,其目前在国内仍处于起步阶段。

    北京途拓科技是一家从成立就专注于大尺寸多点触控技术的研发和应用的公司,公司的激光平面多点触控技术(LLP)产品在各种展会上频频亮相。总结过往经验,公司副总经理王大治认为,与小尺寸多点技术面向的个人市场相比,大尺寸多点触控技术面向的商用市场有着很大不同。

    对于个人市场,多点触控应用的特点是并发数量少,以两点到五点、单人多点操作为主,后台支持的应用门类丰富,今后是向着精致细腻的方向发展。目前该类应用已经发展成熟,并且多个顶尖公司的竞争愈演愈烈。

    而在商用显示触摸市场,多点触控设备往往并发量要更高,多人同时多点操作更为普遍,不过其后台应用支持多数要求比较单一,多集中在某一类内容的应用上,然而这不意味着简单。由于不同行业不同单位需求特点不同,厂商不仅要提供硬件,还需根据各种应用编写软件来实现不同的互动展现形式和功能。因技术参差不齐,能够提供稳定的软硬件整体完整方案的厂商不多。

    “今后大尺寸多点触控技术更多是向着行业细分、专业应用方向发展,应用普及还会经历一个较长的积累过程,包括相关硬件产品的普及积累,用户操作理念转变的积累,应用软件和应用模式的积累等等。”王大治表示。

    北京同辉佳视在商用显示和数字告示方面有着丰富的经验,公司产品经理史新路告诉记者:他们也一直在跟踪关注多点触控在商用的发展,并推出了影像光学的触控解决方案供客户选择,不过至今为止,很少有客户提出多点触控要求。分析原因,一方面可能是客户没有找到合适的应用点,另一方面价格也要提升不少,同时还涉及到相关软件开发与维护的问题。 [Page]
微软早在2007年就推出了多点触摸产品Surface,但直到2009年才在欧美销售,据说欧洲售价

    为1,1000欧元,实在是有些高,不知有多少人能接受,不过微软并不急,大概也看出市场远未成熟,更多意在展而非卖。

多点触控 舞动屏幕

触摸未来

    毋庸置疑,在未来多点触摸的应用会非常广泛。当初苹果推出这个功能的时候很多人认为多点触控技术可以用到手机、PMP、GPS等,而现在多点触控已经发展到电子书阅读器、游戏机、电视和PC,大尺寸多点触摸也成功商用,这让多人在同一块屏幕上协同完成一些工作,如游戏、绘图、工程设计、影像处理成为现实,极大提高了用户的感官体验,改善了用户的使用环境和效率。在技术层面上,触摸屏和LCD显示屏的进一步结合成为必然,目前已经有多家面板厂开始进行内嵌入式触摸屏产品的研发生产。

    键盘鼠标在短期内不会被多点触摸技术所完全取代,因为在实际中还会有很多局限性,如大量字体输入和某些大屏幕操控采用多点触摸会带来不便和效率下降。在未来相当长时间内,多点触摸技术会与鼠标键盘共存,但使用比重会一定会大大提升,成为操控方式中的主流。

芦伟

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