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　　觸摸屏：超高效的視覺人機(jī)交互

　　現(xiàn)在，我們可能很難容忍一款沒有觸控功能的平板電腦或者智能手機(jī)了。家庭，汽車，餐館，商店，飛機(jī)，無論何處是公共還是私人空間，觸摸屏在我們生活中都隨處可見。

　　視覺內(nèi)容能在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生更大的影響力，研究表明，大腦處理視覺內(nèi)容的速度比文字內(nèi)容快60000倍。21世紀(jì)，視覺內(nèi)容可以說是一圖勝千言，觸摸屏能實(shí)現(xiàn)超高效的人機(jī)交互。

電影《遺漏戰(zhàn)境》中的觸摸屏

　　很難相信僅僅十幾年前，觸摸屏技術(shù)只能在科幻小說和電影中找到，經(jīng)過幾代人的努力和幾個(gè)重大技術(shù)的進(jìn)步達(dá)到了目前的水平。雖然觸摸屏的背景技術(shù)可以追溯到20世紀(jì)40年代，但有很多證據(jù)表明至少直到1965年后觸摸屏才切實(shí)可行。

流程圖

　　首先，讓我們把手指放到屏幕上，回溯到20世紀(jì)60年代。

　　20世紀(jì)六十年代：第一個(gè)觸摸屏

第一塊手指式觸摸屏

　　歷史上通常認(rèn)為第一個(gè)手指式觸摸屏是由E．A． Johnson于1965年在位于英國馬爾文的皇家雷達(dá)研究院發(fā)明的。Johnson 最初在《電子快報(bào)》上發(fā)表題為“觸摸顯示—一種新的計(jì)算機(jī)輸入／輸出設(shè)備”的論文中描述了他的工作。論文中一幅示意圖描述了我們今天許多智能手機(jī)使用的一種觸摸屏的機(jī)制－－－就是我們所知的電容式觸摸屏。兩年后，Johnson在論文“觸摸顯示：編程人機(jī)界面”中用照片和示意圖進(jìn)一步闡述了該技術(shù)，并發(fā)表在1967年的《人體工程學(xué)》期刊上。

　　電容觸摸屏的工作原理

　　電容式觸摸屏面板使用諸如玻璃類的絕緣體，其表面涂覆有氧化銦錫（ITO）類的透明導(dǎo)體。“導(dǎo)電”部分通常是人的手指，從而使之成為很好的電導(dǎo)體。Johnson的初始技術(shù)一次只能處理一個(gè)觸摸，和我們今天的“多點(diǎn)觸控”技術(shù)相距較遠(yuǎn)。該發(fā)明是使用二進(jìn)制來解釋界面觸摸是否接觸，響應(yīng)會(huì)滯后很多。

　　即使沒有額外的功能，早期的觸摸界面想法也有一些接受者。約翰遜的發(fā)現(xiàn)最終被英國的空中交通管制員采用，并一直使用到了二十世紀(jì)九十年代后期。

　　20世紀(jì)七十年代：電阻式觸摸屏的發(fā)明

　　雖然電容式觸摸屏先被發(fā)明，但在觸摸屏的早期卻被電阻式觸摸屏超越了。美國發(fā)明家G． Samuel Hurst博士偶然的發(fā)明了電阻式觸摸屏。伯里亞學(xué)院的校友雜志曾這樣形容：

　　研究小組用了一個(gè)只能在夜間工作的老舊的范德格拉加速器來研究原子物理。繁瑣的分析使得研究進(jìn)展緩慢。Sam想了一個(gè)辦法來解決這個(gè)問題。他和Parks及另外一名博士生Thurman Stewart用導(dǎo)電紙讀取一對(duì)X，Y坐標(biāo)。這個(gè)想法導(dǎo)致了第一個(gè)計(jì)算機(jī)觸摸屏的誕生。他的學(xué)生用這個(gè)原型將原來需要幾天時(shí)間才能完成的計(jì)算在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)便完成了。

　　1970年，在Hurst回到橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）工作后，Hurst用業(yè)余的時(shí)間開始實(shí)驗(yàn)。Hurst和其他九個(gè)來自不同專業(yè)領(lǐng)域的朋友在他的地下室著手改進(jìn)這個(gè)偶然的發(fā)明。這個(gè)小組稱這個(gè)初創(chuàng)的企業(yè)為“Elographics”，且小組發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)顯示器上的觸摸屏是一個(gè)極好的人機(jī)交互方法。

　　作為一類技術(shù)，電阻式觸摸屏的生產(chǎn)成本通常非常實(shí)惠。在餐館，工廠和醫(yī)院中的機(jī)器和設(shè)備大都使用的是這種觸摸技術(shù)，因?yàn)槠湓谶@些環(huán)境中足夠耐用。智能手機(jī)制造商過去也使用這種電阻式觸摸屏，但在今天的手機(jī)領(lǐng)域其僅僅存在于低端的手機(jī)中。

第一臺(tái)用于課堂的觸摸屏電腦－－－PLATO IV

　　到了1971年，市面上推出了許多不同的觸控機(jī)器，其中使用最廣泛的是伊利諾伊大學(xué)的PLATOIV－－－第一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)。PLATO IV是第一臺(tái)用于課堂的觸摸屏電腦，學(xué)生可以觸摸屏幕來回答問題，但它沒有使用電容式或電阻式觸摸技術(shù)，而是支持一種紅外系統(tǒng)。

　　20世紀(jì)八十年代：觸摸技術(shù)的十年

　　1982年，多倫多大學(xué)的NimishMehta開發(fā)出了第一個(gè)可操作的多點(diǎn)觸摸設(shè)備。它與其說是觸摸屏，倒不如說它是一個(gè)觸摸平板。輸入研究團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)出了一個(gè)毛玻璃板，在其背部帶有能識(shí)別顯示在屏上的不同黑點(diǎn)，進(jìn)而能偵測(cè)到操作動(dòng)作的攝像頭。

　　不久之后，一名美國計(jì)算機(jī)能手，Myron Krueger設(shè)計(jì)出了手勢(shì)交互技術(shù)，他開發(fā)出了一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)以跟蹤紀(jì)錄手的移動(dòng)?？唆敻裨O(shè)計(jì)的視頻地帶（video place）后來被稱之為視頻臺(tái)（video Desk）。他用一個(gè)投影器和一個(gè)視頻攝像頭跟蹤記錄人手，手指，及相應(yīng)的人。不像多點(diǎn)觸摸技術(shù)那樣，完全不需要知道是誰及是什么東西在觸碰，但軟件可以對(duì)不同的姿態(tài)作出響應(yīng)。

　　該研究工作比該觸摸技術(shù)出現(xiàn)的時(shí)間，早十多年，并且形成巨大影響，然而卻沒能得到應(yīng)有知名度。”克魯格在他的職業(yè)生涯的后期，成為虛擬現(xiàn)實(shí)及交互操作藝術(shù)的先驅(qū)。

視頻臺(tái)（video Desk）工作原理

　　觸摸屏在二十世紀(jì)八十年代早期，被大量進(jìn)行商用化?；萜赵?983年9月，以其HP－150為其商用化開端。該計(jì)算機(jī)采用MS－DOS操作系統(tǒng)，并且?guī)в幸粋€(gè)9英寸索尼CRT顯示器，該顯示器被能夠識(shí)別，屏上的用戶手指下移的紅外發(fā)光器和探測(cè)器所包圍，整個(gè)系統(tǒng)耗費(fèi)2795美元，但它沒有立刻獲得市場(chǎng)的青睞，因?yàn)樗€存在一些使用性問題。例如戳向屏幕，將阻擋相應(yīng)紅外射線，以使計(jì)算機(jī)判定手指所指位置。這容易導(dǎo)致所謂的“猩猩手臂”，由于用戶持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的伸直手，形成的手臂肌肉疲勞。

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搭載MS－DOS操作系統(tǒng)和索尼9英寸觸摸屏的HP－150

　　一年后，當(dāng)貝爾實(shí)驗(yàn)室的Bob Boie開發(fā)出了首個(gè)透明多點(diǎn)觸摸屏的疊層時(shí)，多點(diǎn)觸摸技術(shù)才向前發(fā)展了一步。正如Ars在去年所寫到的：第一個(gè)多點(diǎn)觸摸屏在1984年，由貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出來。比爾．巴克斯頓報(bào)道說，那個(gè)由鮑勃．博伊厄開發(fā)的顯示屏，“利用疊加在CRT上的觸摸傳感器的透明電容組。”它使用戶能夠“用手指操作圖形對(duì)象，并且時(shí)間響應(yīng)很快。”

　　這一發(fā)明促進(jìn)了我們今天在平板及智能手機(jī)上的多點(diǎn)觸摸技術(shù)的發(fā)展。

　　20世紀(jì)九十年代：大眾化的觸摸屏

IBM的Simon通信設(shè)備

　　在1993年，IBM和貝爾南方共同開發(fā)了Simon通信設(shè)備，很可能是世界上第一款智能手機(jī)，盡管當(dāng)時(shí)還沒有這個(gè)名詞。它能翻頁，收發(fā)e－mail，帶有日歷，預(yù)約計(jì)劃，電話簿，計(jì)算器，及筆寫式畫板。它還有一個(gè)電阻性觸摸屏，因此要用手寫筆來操作菜單條及輸入數(shù)據(jù)。

蘋果公司的MessagePad 100

　　那一年蘋果公司也開始了它的個(gè)人數(shù)字助理（PDA）－－Newton PDA。盡管Newton平臺(tái)開始于1987年，但MessagePad 100才是首個(gè)搭載該系統(tǒng)的蘋果設(shè)備。正如時(shí)代雜志當(dāng)時(shí)所說，當(dāng)時(shí)蘋果的CEO事實(shí)上創(chuàng)造了“PDA”這一專門術(shù)語。就像IBM的個(gè)人通信設(shè)備，MessagePad 100帶有手寫識(shí)別軟件，通過手寫筆來進(jìn)行操作。

　　MessagePad100手寫識(shí)別軟件工作有問題，并且銷售量也不高。但蘋果仍然堅(jiān)持生產(chǎn)了6年多。

PalmComputing公司的產(chǎn)品

　　三年后，Palm Computing公司推出了他們的PDA，并稱之為Pilot。就象它之前的觸摸屏裝置，Pilot 1000和Pilot 5000產(chǎn)品也需要用手寫筆。

　　Palm Computing公司的PDA設(shè)備比IBM及蘋果的產(chǎn)品更成功一點(diǎn)。它很快就成為“商務(wù)”的同義詞，這部分地歸功于其手寫識(shí)別軟件的良好工作性能。

　　到上個(gè)世紀(jì)九十年代后期，特拉華大學(xué)的畢業(yè)生，Wayne Westerman發(fā)表了題為“Hand Tracking，F(xiàn)inger Identification， and Chordic Manipulation on a Multi－Touch Surface”的博士論文。該論文詳細(xì)闡述了，我們今天所知的，并成為現(xiàn)代設(shè)備配備的觸摸屏技術(shù)主流的電容性多點(diǎn)觸摸技術(shù)。

FingerWorks公司的產(chǎn)品

　　Westerman和其顧問老師John Elias開了一家叫FingerWorks的公司。該公司開始生產(chǎn)基于手勢(shì)的多點(diǎn)觸摸屏產(chǎn)品線，包括被稱作TouchStream的基于手勢(shì)的鍵盤。FingerWorks公司最終在2005年，為蘋果公司收購。通過此舉，蘋果獲得了了許多該公司特有的觸控技術(shù)。

　　21世紀(jì)第一個(gè)十年及其超越

　　由于之前的技術(shù)積累，二十一世紀(jì)的頭十年就成為觸摸屏技術(shù)真正興盛的時(shí)期，觸摸屏技術(shù)也越來越為大眾所接受和喜愛。

Alias｜Wavefront公司基于手勢(shì)的PortfolioWall產(chǎn)品

　　當(dāng)新千年到來之際，各公司都注入更多的資源以將觸摸屏技術(shù)整合進(jìn)日常處理中。2001年，PortfolioWall首次亮相。該產(chǎn)品由通用汽車與Alias｜Wavefront公司的人員共同完成，用戶僅用手勢(shì)就可以操作圖像、動(dòng)畫、3D模型。

索尼的智能皮膚感應(yīng)原理

　　2002年，索尼推出了一款名為SmartSkin的輸入系統(tǒng)，能夠同時(shí)識(shí)別多只手定位及多觸點(diǎn)。該技術(shù)通過電容性感應(yīng)器及網(wǎng)狀天線，計(jì)算手與表面之間的距離，既使在昏暗的光線條件下，也不會(huì)出現(xiàn)故障。

DSIDatotech公司HandGear產(chǎn)品

　　2002年，當(dāng)位于加拿大的DSIDatotech公司開發(fā)出了支持多點(diǎn)觸控的HandGear設(shè)備。HandGear能夠使用戶更好的實(shí)時(shí)把握三維物體，該公司甚至開發(fā)出了自動(dòng)桌面的應(yīng)用接口。不幸的是，當(dāng)他們打算繼續(xù)推進(jìn)的他的多觸點(diǎn)技術(shù)設(shè)想時(shí)，公司所有的資金已消耗完了，致使DSI Datotech公司早早關(guān)門。

第一代iPhone

　　前面提到過IBM的Simon可能是世界上第一款觸摸屏手機(jī)，在那之后，摩托羅拉、索尼愛立信、三星、HTC等手機(jī)廠商，都在不斷尋找真正適合手機(jī)的觸摸屏設(shè)計(jì)。但真正引爆觸摸屏手機(jī)的還是蘋果公司在2007推出具有高分辨率、多點(diǎn)觸控功能的第一臺(tái)iPhone。真正確立了觸摸屏的標(biāo)準(zhǔn)。而在今天，電容觸摸屏已經(jīng)成為一種智能手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配備。