傳統(tǒng)或顛覆?談觸控技術的現(xiàn)在與未來
觸控技術的原理和主流分類
隨著觸控屏幕在MP4、手機、平板電腦，一體機等科技產(chǎn)品中應用的增加，觸控技術進入人們的視野中并逐漸占據(jù)主角的地位。觸控作為一種全新的人機交流方式，有著生動直觀的操作界面且符合人體的使用習慣，能讓娛樂辦公變得更加的生動和放松。
IPAD的風靡得益于人性化的觸控體驗
微軟發(fā)行的windows7運行系統(tǒng)就具有支持多點觸控和手勢識別的功能。結果其它行業(yè)對多點觸控功能的需求也在發(fā)展，而且這種需求會持續(xù)增強。通過多點觸控技術，用戶可以拖放圖標和文件，剪貼文本，再塑圖形。多點觸控促成的手勢識別還使得用戶能夠進行屏幕淘選、縮放和旋轉(zhuǎn)移動，從而使照片覽視和三維設計等應用成為可能。而將于2012年正式發(fā)布的windsow 8,更加強化了觸控方面的體驗。
windows8將大幅加強觸控技術的運用
科技發(fā)展日新月異，觸控技術的發(fā)展也需要緊跟時代，是繼續(xù)保持傳統(tǒng)維小變還是大膽創(chuàng)新求顛覆?本文會談談觸控技術的當下和未來發(fā)展趨勢。
從傳感器的類型和信號傳輸方式來看，目前屏幕的觸控操作主要有四種，分別是電阻式，電容式表面聲波式和紅外線式。前兩種都是必須與屏幕融合在一起的觸控技術，也是目前最常用的兩種觸控技術;后兩種是在屏幕外就可以實現(xiàn)的觸控技術，可以稱為“外掛式”的觸控技術。#p#
電阻屏的主要原理和特點
● 電阻屏的主要原理
電阻觸控屏是主要由玻璃(或有機玻璃)屏幕基板和塑料層(屏幕最表層)組成。屏幕基板玻璃的上表面涂有一層透明的導電層(稱為ITO膜);塑料層上表面經(jīng)過硬化和光滑防刮處理，下表面也涂有一層ITO膜。在玻璃基板與塑料層之間的兩個導電層(ITO膜)由許多細小的透明隔離點隔開。當手指接觸屏幕時，兩個導電層發(fā)生接觸，不同的觸點會致使電阻值發(fā)生變化，設備中的控制器就可以據(jù)此來計算接觸點的坐標位置，并做出響應的觸控操作。
在行業(yè)內(nèi)，電阻式觸控屏有四線、五線甚至七線、八線的說法。這里的線是指觸控檢測電路的引腳數(shù)，四線電阻觸控屏分別在每個導電層中施加5V恒定電壓：一個是水平方向， 另一個是垂直方向，兩層總共需要四根引線，所以稱為四線電阻。
電阻屏工作原理
● 電阻屏的主要特點
1.電阻式觸控屏的精確度高，可到像素點的級別，適用的最大分辨率可達4096x4096。
2.屏幕不受灰塵、水汽和油污的影響，可以在較低或較高溫度的環(huán)境下使用。
3.電阻式觸控屏使用的是壓力感應，可以用任何物體來觸摸，即便是帶著手套也可以操作，并可以用來進行手寫識別。
4.電阻式觸控屏由于成熟的技術和較低的門檻，成為較為廉價。
5.電阻式觸控屏能夠設計成多點觸控，但當兩點同時受壓時，屏幕的壓力變得不平衡，導致觸控出現(xiàn)誤差，因而多點觸控的實現(xiàn)程度較難。
6.電阻式觸控屏較易因為劃傷等導致屏幕觸控部分受損。
電阻式觸摸屏的優(yōu)點是它的屏和控制系統(tǒng)都比較便宜，反應靈敏度也很好，而且不管是四線電阻觸摸屏還是五線電阻觸摸屏,它們都是一種對外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵和水汽，能適應各種惡劣的環(huán)境。它可以用任何物體來觸摸,穩(wěn)定性能較好。缺點是電阻觸摸屏的外層薄膜容易被劃傷導致觸摸屏不可用，多層結構會導致很大的光損失，對于手持設備通常需要加大背光源來彌補透光性不好的問題，但這樣也會增加電池的消耗。另一個比較明顯的缺點就是電阻屏對多點觸控的支持不夠好，而多點觸控又是時下最主要的觸控方式，在手機，平板電腦，一體機等科技產(chǎn)品里，為了實現(xiàn)多點觸控，電阻屏慢慢的被能完善支持多點觸控的電容屏取代。
經(jīng)典電阻屏手機NOKIA N97mini#p#
熱門的電容屏和多點觸控詳解
● 電容屏觸控原理
與電阻式觸控屏一樣，電容式觸控屏可以簡單地看成是由四層復合屏構成的屏體：最外層是玻璃保護層，接著是導電層，第三層是不導電的玻璃屏，最內(nèi)的第四層也是導電層。最內(nèi)導電層是屏蔽層，起到屏蔽內(nèi)部電氣信號的作用，中間的導電層是整個觸控屏的關鍵部分，四個角或四條邊上有直接的引線，負責觸控點位置的檢測。
屏體的整個結構是利用了政府電荷互相吸引的原理，把屏幕中的導電層與人體構成造成一個電容。中間導電層的引線有著一定的電壓，整個導電層分布著正電荷;而人體可以看作是一個接地的負電場，當人的手指接觸屏幕時，帶著負電荷的人體就成為了這個電容的負極;由于電容的正負電荷吸引，在導電層對應觸電的位置聚集了大量的正電荷，形成電容的正極。對于交流電來說，電容就是個導體。此時，微弱的高頻電流便從電容正極流向負極，通過控制器計算電流傳遞到觸點位置的距離便可以得到接觸點的坐標。
電容屏工作原理
● 電容屏的特點
1.觸控靈敏度高，精確度也相當高，可支持4096x4096的最大分辨率。
2.電容式觸控會受環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，比如受工作電壓、溫度、濕度、電磁場、靜電等的影響而導致觸控不準確或失誤的漂移情況，需要進行較頻繁的校準。
3.電容觸控基于電容的靜電感應，因而需要導電性的物體進行操作。這會給用戶的使用帶來一定的不便，比如在寒冷的冬天必須摘下手套才能進行觸控操作。
4.電容式觸控屏自身的特點使得它可以比較容易地實現(xiàn)多點觸控，早起的電容屏普遍只支持兩點觸控。另外，電容式觸控也可以加入手寫識別功能，只是要比電阻式觸控屏復雜許多。
● 多點觸控的原理
多點觸控技術的核心是FTIR(Frustrated Total Internal Reflection)，即受抑內(nèi)全反射技術。由LED(發(fā)光二極管)發(fā)出的光束從觸摸屏截面照向屏幕的表面后，將產(chǎn)生反射。如果屏幕表層是空氣，當入射光的角度滿足一定條件時，光就會在屏幕表面完全反射。但是如果有個折射率比較高的物質(zhì)(例如手指)壓住丙烯酸材料面板，屏幕表面全反射的條件就會被打破，部分光束透過表面，投射到手指表面。凹凸不平的手指表面導致光束產(chǎn)生散射(漫反射)，散射光透過觸摸屏后到達光電傳感器，光電傳感器將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺到y(tǒng)由此獲得相應的觸摸信息。由于多個觸點同時響應，新型觸摸屏充分釋放了人手的控制潛力。不再像鼠標那樣，一只手僅能夠操作一個點，而多點觸控技術是一種具有高度自由性的真正的多點控制界面。
超過10點的多點觸控電容屏
這種多點觸控技術，在近期的電容屏上得到了進一步發(fā)展，10點，20點甚至更多點的同時觸控已不存在技術障礙，只需考慮到成本、使用壽命和軟體支持度。
采用了多點觸控電容屏的聯(lián)想IdeaCentre B520一體電腦#p#
表面聲波和紅外線式觸控屏及特點
● 表面聲波式觸控的原理
表面聲波式觸控技術使用超聲波在玻璃表面的傳播來實現(xiàn)手指的定位。屏幕的左上角和右下角各固定有豎直(Y軸)和水平(X軸)方向的超聲波發(fā)射換能器，右上角則固定有兩個相應的超聲波接受換能器。玻璃屏的四條邊則刻有45度角由疏導密間隔的精密反射條紋。
表面聲波式觸控的工作原理
在水平(X軸)方向上，控制電路產(chǎn)生發(fā)射點信號，經(jīng)玻璃屏上的水平(X軸)發(fā)射換能器轉(zhuǎn)換成在厚度方向振動的超聲波，并在換能器楔形座的折射下分離出沿玻璃表面?zhèn)鞑サ姆至浚罱K到達邊框45度傾斜的反射條紋，產(chǎn)生與入射波成90度、與垂直(Y軸)方向平行的分量;該分量在到達水平(X軸)方向邊框的另一邊也會遇到45度傾斜的反射條紋，經(jīng)反射后沿與發(fā)射方向相反的方向傳至水平(X軸)接受換能器。X軸接受換能器將受到的聲波轉(zhuǎn)換成電信號，Y軸同理。結合X軸和Y軸接受換能器的信號，經(jīng)過處理便可以得到屏幕表面的能量分布信息。當有觸摸操作時，手指會吸收部分聲波能量，使得接受換能器收到的信號會發(fā)生衰減，此時分別分析X軸和Y軸的衰減情況便可以判斷出觸控點的坐標，進而確定觸摸點的位置。
● 表面聲波式觸控的主要特點：
1.屏幕沒有復合膜層，屏幕的清晰度和透光率最高，并能夠感應Z軸方向的壓力。
2.抗擊破壞能力好，聲波式觸控的屏幕可以使用高強度的玻璃，能夠承受一定程度的劃傷。
3.不受電磁影響，無漂移現(xiàn)象。超聲波是機械波，不會受到電磁輻射和環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生飄逸現(xiàn)象。
4.適用的屏幕分辨率高，可達4096x4096，適合10英寸以上的屏幕，且不影響屏幕本身的快速響應。
5.使用壽命長。聲波式觸控屏幕不存在復雜加工的鍍膜或多層膜結構，觸控操作的靈敏度只與超聲波收發(fā)器和屏幕的潔凈程度有關，因而有著較長的使用周期。
6.成本較低。由于國內(nèi)技術的成熟，聲波式觸控屏幕的生產(chǎn)成本非常低，況且使用到的換能器數(shù)目也相對較少。
7.表面聲波是觸控的缺點是會受到灰塵、水滴、油污等固態(tài)物質(zhì)影響，需要定期進行反射條紋的清潔。
● 紅外線式觸控的原理
紅外線式觸控屏的實現(xiàn)原理與表面聲波式觸控相似，它使用的是紅外線發(fā)射與接收感測元件。這些元件在屏幕表面形成紅外線探測網(wǎng)，觸控操作的物體(比如手指)可以改變觸電的紅外線，進而被轉(zhuǎn)化成觸控的坐標位置而實現(xiàn)操作的響應。在紅外線式觸控屏上，屏幕的四邊排布的電路板裝置有紅外發(fā)射管和紅外接收管，對應形成橫豎交叉的紅外線矩陣。隨著技術的發(fā)展，紅外線式觸控在穩(wěn)定性和抗光干擾上都有所提升，但由于自身的局限，在現(xiàn)實中的應用仍舊不多。
紅外線式觸控的工作原理
紅外線式觸控的特點
1.不受電流、電壓和靜電干擾，屏幕可以抗擊大力沖擊。
2.可以擴充網(wǎng)路控制、聲感應、人體接近感應、用戶軟件加密保護、紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>
3.屏幕的分辨率由邊框的紅外對管數(shù)目決定，但屏幕越大，紅外對管布局越復雜，因此它還無法再大尺寸屏幕中使用。
4.抗光干擾性差，在光照變化大的環(huán)境中使用時需要多層次自調(diào)節(jié)，自恢復的硬件適應能力和高度智能化的判別識別。
隨著便攜數(shù)碼設備的流行，表面聲波和紅外線觸控技術由于受環(huán)境因素影響較大、在小型設備上的設計較復雜，因此很少有采用這兩種技術的觸控產(chǎn)品而在目前一些數(shù)碼產(chǎn)品上，用戶對電容式觸控屏喜好程度明顯高于電阻式觸控屏，電容式觸控屏只需“點到即止”的接觸就可以實現(xiàn)操作，而電阻式觸控屏必須要使出力氣才能實現(xiàn)操作，這才是造成前者使用體驗優(yōu)于后者的重要原因。同時，電容式觸控屏也易實現(xiàn)多點觸控且定位偏于高端，許多廠商在提高精度、減少環(huán)境因素影響和觸控界面設計上花了不少心思，這也使得它的使用體驗超越電阻式觸控屏。
采用了紅外線式觸控的海爾樂趣Q52-D210一體電腦#p#
未來的觸控技術大展望
● 感知壓力(Sensitive To Pressure)技術
現(xiàn)在一些觸摸屏提供了壓力感知技術。但不是非常精確，因為它們通過測量表面 積來判斷壓力(比如你按的越重，手指與屏幕的接觸面就會越大)。不過這不是真正的壓力，壓力感應可能是觸屏未來的方向。索尼等公司在LCD觸屏下方應用力感應電阻和壓電驅(qū)動器，將這一技術推向現(xiàn)實。
采用不同壓力操控屏幕不但可以減少按鈕數(shù)量，也可以為每屏畫面提供更多的控制效果。比如在電腦或電子書閱讀器上，這種技術可以讓用戶通過用力按屏幕更快地翻頁。在音樂播放器上，用戶可以使用不同力度改變?yōu)g覽曲庫的速度。
● 懸浮感應(Hover Detection)技術
憑借壓力感應LCD觸屏的擴展，用戶或許可以不需要接觸觸屏。三菱和Cypress等公司參與了“懸浮探測”演示。這些屏幕不但相應點擊，還會測量手指與屏幕表面間的距離。這種被稱為“鼠標懸停(Mouse Over)”的功能可以讓觸屏技術變得像魔法一般。
這種技術可以增強可用性。很顯然該功能需要對時間和位置進行限制，用戶不會希望一靠近屏幕它就產(chǎn)生響應。不過就像目標停在圖標上方一樣，手指停在鏈接上方可以被用來打開彈出式菜單或提出頁面預覽。如果用戶想進入頁面，它們只需簡單的降低手指位置，按在屏幕上。
● 雙屏(Dual Screen)技術
觸屏產(chǎn)品經(jīng)常會在兩個屏幕上提供觸摸功能。宏基Iconia是一款提供完整觸屏體驗的小型上網(wǎng)本，網(wǎng)頁可以在屏幕間流動。Iconia采用手勢記憶來追蹤動作，在識別出相應的運動軌跡后打開網(wǎng)站或程序。Iconia的屏幕可以分別運行兩個不同的程序或者分別作為屏幕與鍵盤，全都采用觸屏功能。
這樣的雙屏技術也出現(xiàn)在Kyocera Echo這樣的移動設備上，它可以扮演平板、兩塊獨立或互補的屏幕。這款手機通過Sprint發(fā)售，兩塊屏幕可以同時運行不同的程序也可以分別扮演顯示屏和虛擬鍵盤的角色。
雙屏觸控技術的宏碁Iconia#p#
觸覺反饋是趨勢?體感技術是延伸?
● 觸覺反饋(Tactile Feedback)
觸控技術雖然是人機交互的未來走向，但是目前的觸控屏幕輸入方式還是無法全面取代傳統(tǒng)的鍵鼠，使用者會面臨缺少傳統(tǒng)機械按鍵的操作體驗，尤其是觸控式屏幕的觸按目前多半透過音效或虛擬按鍵圖示變化”，而最可行的“解決方法是把觸控屏幕搭配整合觸覺反饋模塊”。現(xiàn)在的觸摸屏的確沒有提供更真實的反饋。如果我們不盯著屏幕，就沒辦法判斷自己的某次點擊是否真的有效。和已經(jīng)用了上百年的鍵盤相比，觸摸屏還是讓人感覺不夠友好。如何讓觸摸屏能夠提供更多觸感，是觸控技術未來急需解決的一大問題，所以觸屏反饋技術就如此的應運而生了。
能提供觸覺反饋的設備
現(xiàn)在已有觸屏產(chǎn)品可以提供觸覺反饋，很快你在手機和電腦上就不用依賴視覺線索。舉個例子，手指劃過屏幕，有些按鈕摸起來感覺平滑、有些感覺粗糙。這種技術很快就能讓觸屏實現(xiàn)差異化，并且改變整個用戶體驗。很快，觸屏的觸覺反饋就能為不同材質(zhì)提供不同觸感、通過改變不同按鍵的觸感模擬真實的計算機和手機鍵盤。觸覺反饋將為車載儀表盤和操作面板的觸屏帶來很多好處。用戶可以在目光注視著路面的同時在觸屏上進行輸入。
● 體感技術
說起體感技術，大家基本都是從家用游戲機領域了解到的。如今最火的體感技術運用，當屬微軟的Project Natal了。搭載了Project Natal的Kinect在短時間內(nèi)賣出1000萬套，足見火爆的程度。
Kinect已售出一千萬套
什么是Natal?微軟的解釋是：“Natal”項目是一個讓游戲玩家無需任何游戲控制器的游戲控制方式。“Natal”集成的傳感器可以追逐到你身體的3D動作，對用戶進行面部“辨識”，甚至還能聽懂你的語音命令!Wii的局限在于僅能用手控制。而Natal”項目能用上你身體的所有部分，包括頭、手、腳、軀干。微軟的目標是：“全身游戲”。
這一切的細節(jié)在于Natal的幾個重要傳感器功能，這些傳感器包括：攝像頭、深度傳感器，多點陣列麥克風，以及一個可處理專用軟件的處理器。
1.RGB攝像頭：Natal項目的攝像頭是一個RGB攝像頭，這意味著它可以為XBox 360提供紅、綠、藍三個通道的顏色。它的作用在于面部識別和動作追蹤。
2.深度傳感器：深度傳感器由紅外線投影機加單色CMOS傳感器組成。雖然功能并不復雜，但它可以讓XBox真正“看到”3D空間，而不是通過計算得出空間數(shù)據(jù)。
3.多點陣列麥克風：主要功能當然是為了聊天，并可以幫助過濾環(huán)境噪聲。這個功能可以讓使用耳機的Xbox Live聊天黨聽到你更清晰的聲音。
4.定制處理器和微軟的定制軟件：Natal項目的重中之重就是，所有的硬件都是由微軟設計的軟件進行控制的。這意味著將來可能不會出現(xiàn)第三方的兼容Natal產(chǎn)品。
水果忍者還可以這么玩!
體感技術的迅速崛起，和傳統(tǒng)的觸摸式觸控技術到底是相互排斥還是相互促進和補充呢?其實二者都有著彼此的優(yōu)勢和缺點，在一些領域都無法取代對方：傳統(tǒng)的觸摸技術主要依賴于人最靈活敏感的雙手，利用手和大腦的高速協(xié)調(diào)同步性，能將復雜和深硬的操作通過觸控技術簡單化，人機交互更加自如;而體感技術是一定程度上的化易為繁，初看感覺是畫蛇添足，實際上人的整個身體都參與其中，能讓人全方位，全身心的投入進去，如能更多配合3D顯示技術，會讓臨場真實感大大增強，如同身臨其境一般，在人和機器之間搭起了一座無形的橋梁;雖然體感技術在游戲領域出現(xiàn)的較多，但在其他領域，體感技術也有著非常廣闊的發(fā)展前景，它和觸控技術并沒有直接的沖突;我們總不能縮放個圖片還要動用到全身器官，也不會用2個指頭去玩大型模擬賽車游戲，體感技術也可以看作是傳統(tǒng)觸控技術的一種延伸。二者能互相促進，共同推進人機交互技術的進步。
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