Мультитач

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 16:21, 20 января 2018.
Мультитач
Multitouch-дисплей
Создатели: CERN
Разработчики: Bent Stumpe
Выпущена: 11 March 1972 года; 47 years ago (1972-03-11)
Состояние разработки: active
Веб-сайт {{#property:P856}}

Мультитач (от англ. Multi-touch — «множественное касание») — функция сенсорных систем ввода (сенсорный экран, сенсорная панель), осуществляющая одновременное определение координат двух и более точек касания. Мультитач используется в жестовых интерфейсах для, например, изменения масштаба изображения: при увеличении расстояния между точками касания происходит увеличение изображения. Кроме того, мультитач-экраны позволяют работать с устройством одновременно нескольким пользователям.

Мультитач позволяет не только определить взаимное расположение нескольких точек касания в каждый момент времени, но и определить пару координат для каждой точки касания, независимо от их положения относительно друг друга и границ сенсорной панели. Правильное распознавание всех точек касания увеличивает возможности интерфейса сенсорной системы ввода. Круг решаемых задач при использовании функции мультитач зависит от скорости, эффективности и интуитивности её применения.

История

Использование технологии началось с сенсорных экранов для управления электронными устройствами предшественника технологии «мультикасания» и персонального компьютера. Создатели первых синтезаторов и электронных инструментов, Hugh Le Caine и Роберт Муг экспериментировали с использованием чувствительных к нажатию ёмкостных датчиков для контролирования звуков, издаваемые их инструментами.

IBM начали строить первые сенсорные экраны в конце 1960-х, а в 1972 году Control Data выпустили PLATO IV — компьютер-терминал, используемый для образовательных целей, который использовал в своём пользовательском интерфейсе одиночные касания на 16x16 матрице сенсоров. Прототип х/у матрица ёмкостного MultiTouch экрана (слева), разработанная в CERN.

Первая реализация мультикасания на базе сенсорно-ёмкостного способа была разработана в ЦЕРН в 1977, на базе их ёмкостно-сенсорных экранов разработал в 1972 году датский инженер-электронщик Bent Stumpe. Эта технология была использована для разработки человеко-машинного интерфейса нового типа для управления синхрофазотроном.

В записке, датированной 11 марта 1972 года, Stumpe представил своё решение — ёмкостной сенсорный экран с фиксированным числом программируемых кнопок, находящихся на дисплее. Экран должен был состоять из множества конденсаторов — вплавленных в плёнку или в стекло медных проволочек, каждый конденсатор должен быть построен так, чтобы поблизости находящийся проводник, такой как палец, приведёт к увеличению электрической ёмкости на значительную величину. Конденсаторы должны были быть проволочками меди на стекле — тонкими (80 μm) и достаточно далеко друг от друга (80 μm), чтобы быть невидимым (CERN Courier апрель 1974 стр. 117). В конечном устройстве экран был просто покрыт лаком, который предотвращал касание пальцами конденсаторов.

В начале 1980-х годов разработка технологии Multi-touch началась по всему миру практически одновременно. Например, 1982 году в Торонтском университете.

Сейчас различные технические воплощения технологии используются и активно продвигаются в продуктах компаний Apple, Nokia, Hewlett-Packard, HTC, Dell, Microsoft, ASUS, Samsung и некоторых других.

Внедрение Multi-touch-технологий уже опробовали постояльцы гостиничной сети Sheraton, ориентированной на деловых людей.

Хотя слово «мультикасание» обычно относится к сенсорным экранам, тачпады Apple, начиная с PowerBook, также распознают жесты несколькими пальцами. В PowerBook есть особый смысл — прокрутка — лишь у параллельного движения двумя пальцами, а в MacBook, MacBook Pro и MacBook Air уже распознаются двухпальцевые повороты и разведения-сведения, а также разнонаправленные штрихи тремя и четырьмя пальцами. Также эту технологию поддерживает новая мышь компании Apple — Magic Mouse и отдельный тачпад — Magic Trackpad.

Большинство современных больших мультикасаемых-экранов основаны на проекции. Есть также ИК-рамки, которые отслеживают несколько точек касания одновременно и могут использоваться с любыми типами дисплеев. В мире существует множество производителей, запустивших в серийное производство мультикасаемых ИК-экранов различных размеров: 32", 40", 42", 46", 50", при этом используются камеры и инфракрасная подсветка.

Большой популярностью в последнее время стали пользоваться сенсорные плёнки и стекло, производители которых покрывают все возможные размеры экранов от 17" до 50" и более.

Мультикасаемые-устройства с маленьким размером экрана быстро становятся обычным явлением, так, например, количество телефонов с мультитач-экраном увеличилось с 200 тыс., проданных в 2006 году, до 21 млн в 2012 году. Более надежные и настраиваемые мультитач-решения, а также увеличение количества и качества понимаемых жестов, делают популярным и удобным этот вид пользовательского интерфейса.

В январе 2010 года на выставке СES-2011 была представлена вторая версия сенсорного «рабочего стола» Microsoft PixelSense (ранее Microsoft Surface), который работает под управлением ОС Windows 7 и использует мультикасаемый интерфейс. Он также подешевел на треть и стал более доступным для массового потребителя. [Источник 1]

Технологии

Для простого пользователя, все во что можно тыкать пальцем-стилусом — есть тач, а то во что можно тыкать несколькомя пальцами одновременно — мульти-тач. Но вот с технической точки зрения, к реализации сенсорных поверхностей есть множество совершенно разных подходов.

Резистивная технология

Технология относительно старая, и становящаяся уже «немодной». Тачпад состоит фактически из двух частей: гибкого слоя сверху (тонкая полиэфирная пленка и т.п.), и нижнего жёсткого слоя (как правило стекло), оба слоя являются проводниками, и имеют электрическое сопротивление. Они разделены воздухом или другим диэлектриком. Палец касаясь верхнего слоя, прогибает его так, что тот контактирует с нижней подкладкой. Напряжение в точке контакта измеряется и вычисляются координаты касания. Поверхности могут быть прозрачны и использоваться в тач-скринах, кпк и т.п. Для большей точности нажатия можно использовать стилус, или любой стилусо-подобный предмет.

У этой технологии множество недостатков, таких как невысокая чувствительность, механический износ, относительно большие физические размеры, подверженность случайным касаниям. Но, Nokia, используя резистивную технологию у своих тач-концептах и новой модели 5800 добились тактильного фидбека от экрана. То-есть, по ощущениям нажатие кнопки на таком экране сходно с нажатием реальной физической кнопки.

Ёмкостная технология

Взаимная ёмкость

Сенситивная поверхность наносится подобно обыкновенным печатным платам. Она состоит из верхнего изоляционного слоя и сетки дорожек-проводников под ним. Когда палец касается поверхности, он изменяет электрическую ёмкость между соседними дорожками, исходя из чего возможно вычислить его положение и площадь касания.

Этот подход эффективнее резистивного, более долговечен из-за отсутствия подвижных частей, более точен, и благодаря технологии изготовления, может быть нанесён практически на любую поверхность. Большинство современных производителей (Synaptics, Apple, другие) используют именно её. Проводниковые дорожки могут быть изготовлены из прозрачных материалов, что позволяет также использовать ёмкостную технологию в тач-скринах. Так же, технология позволяет распознавать несколько касаний одновременно, но реагирует только на человеческие пальцы (и другие объекты со сходными электрическими характеристиками). Использование классических стилусов, или подручных средств в их качестве — невозможно, но на рынке присутствуют специальные стилусы, по сути имитирующие свойства человеческого пальца.

Собственная ёмкость

Технология подобна предыдущей, но вместо двух отдельных слоев проводников, используется один слой электродов, подсоединённых к емкостно-чуствительной цепи.

Технология может обладать более высокой точностью по сравнению со взаимно-емкостной, но она плохо применима для устройств с большой площадью тач-поверхности из-за высокой восприимчивости к паразитным ёмкостям, появляющимся на самих электродах. В IPhone по неподтверждённым данным используются оба подхода. Технология DuoSense™, представленная компанией N-Trig для продуктов Microsoft является по сути все той же взаимно-емкостной технологией, с поддержкой мультитач и специальных стилусов (продукты Apple впрочем, тоже.). [Источник 2]

Менее распостранённые технологии

Инфракрасное позиционирование

Есть два принципиально различных метода:

  • Первый опирается на изменение электрического сопротивления поверхности в последствии изменения температуры. Этот метод неточен, медленен и требует тёплых рук.
  • Второй состоит в размещении сетки инфракрасных излучателей и сенсоров по периметру, перед экраном. При касании, объект заслоняет собою лучи и тем самым даёт определить позицию. Этот метод применяется в военных приложениях, требующих сенсорной панели.

Распознавание поверхностных акустических волн

По тач-поверхности распространяются ультразвуковые волны, при касании её сторонним предметом, они искажаются и исходя из этого просчитывается положение касания.

Тензиометры

Тензиометр — прибор для определения механических деформаций в твёрдом теле и преобразования их в электрические импульсы. При совмещении такого устройства с экраном получается недорогой, неточный, но прочный и надёжный тач-скрин. Используются в аппаратах продающих билеты, счето-пополнителях и т.п. из-за своей вандалостойкости.

Оптическое распознавание

Относительно новый и перспективный подход. Два или больше оптических сенсора размещаются по краям экрана (чаще по углам). С противоположных сторон, в зоне видимости камер — инфракрасная подсветка. При соприкосновении стороннего тела с экраном, возникает тень от подсветки, камеры с разных углов снимают её. Информация сопоставляется, и позволяет вычислить местоположение.

Дисперсия сигнала

Точка касания вычисляется датчиками относительно вибраций и деформаций в стекле. Заявляется, что эта технология устойчива к пыли, грязи и царапинам. Так же, из-за малого количества дополнительных приспособлений, она может быть применена на обычных стеклах (окнах, столешницах и т.п.). Но поскольку отслеживаются механические вибрации, эта система не может опознать недвижимый объект.

Акустическое распознавание

Технология подобна методу дисперсии сигнала, но механические колебания конвертируются в аудио-сигнал и сравниваются с предзаписаными профилями каждой точки экрана. Преимущества и недостатки те же, что и в дисперсионного метода.

Пиксель-сенсорные дисплеи

Компания Sharp анонсировала сверхчуствительные Touch-экраны. Суть новинки в том, что каждый пиксель экрана включает в себя оптический сенсор. Таким образом нет нужды в дополнительном покрытии поверх экрана, и можно добиться более чистого изображения, по сравнению с другими сенсорными дисплеями. Такой экран может отслеживать касания, передвижение, а так же использоваться в качестве сканера.

Наиболее распространенные мультитач-жесты

4 наиболее распространенных мультитач-жеста: [Источник 3]

Сдвинуть пальцы.jpg Сдвинуть пальцы — мельче

Раздвинуть пальцы.jpg Раздвинуть пальцы — крупнее

Двигать несколькими пальцами.jpg Двигать несколькими пальцами — прокрутка

Поворот двумя пальцами.jpg Поворот двумя пальцами — поворот объекта/изображения/видео

Жесты мультикасаний на тачпаде

  • Касание двумя пальцами одновременно — нажатие на правую кнопку мыши
  • Касание двумя пальцами и вверх или вниз — вертикальная прокрутка
  • Касание двумя пальцами и влево или вправо — горизонтальная прокрутка
  • Касание тремя пальцами и вверх — переключение между приложениями
  • Касание тремя пальцами и влево или вправо — переключение между окнами приложений
  • Касание тремя пальцами и вниз- закрытие панели приложений
  • Касание тремя пальцами — переход в поиск
  • Раздвинуть пальцы — масштабирование


Источники

  1. Мультитач. История // Wikipedia. [2016-2018]. Дата обновления: 01.02.2016. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Мультитач (дата обращения 13.01.2018).
  2. Мультитач. Технологии // GeekTimes. [2008-2018]. Дата обновления: 07.10.2008. URL: https://geektimes.ru/post/41768/ (дата обращения 13.01.2018).
  3. Мультитач. Жесты // Infocom. [2012-2018]. Дата обновления: 20.12.2012. URL: http://infocom.uz/2012/12/20/chto-takoe-multitach/ (дата обращения 13.01.2018).