基于移动平台的触摸屏人机交互方式的调研与探究

人机交互调研报告题目基于移动平台的触摸屏人机交互方式的调研与探究学院信息科学与工程学院专业计算机科学与技术姓名田丰学号20111221249班级计1112二O一三年十月二十日1一、触摸屏概述随着计算机技术的普及，在20世纪90年代初，出现了一种新的人机交互作用技术——触摸屏技术。利用这种技术使用者只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，这样摆脱了键盘和鼠标操作，使人机交互更为直截了当。因此，触摸屏技术已成为当前最简便的人机交流的输入设备。二、触摸屏发展史1971年，美国人SamHurst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。当年，SamHurst在肯尼迪大学当教师，因为每天要处理大量的图形数据而不胜其烦，就开始琢磨怎样提高工作效率，用最简单的方法搞定这些该死的图形。他把自己的三间地下室改造成了车间，一间用来加工木材，一间制造电子元件，一间用来装配这些零件，并最终制造出了最早的触摸屏。这种最早的触摸屏被命名为“AccuTouch”，由于是手工组装，一天生产几台设备。1973年，这项技术被美国《工业研究》杂志评选为当年100项最重要的新技术产品之一。不久，SamHurst成立了自己的公司，并和西门子公司合作，不断完善这项技术。这个时期的触摸屏技术主要被美国军方采用，直到1982年，SamHurst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。从此，触摸屏技术开始广泛应用于公共服务领域和个人娱乐设备。人们逐渐习惯用“摸”的方式，在电子售货机上选购商品，在卡拉OK机上点播歌曲，在银行、医院、图书馆、机场查询自己需要的信息。1991年，触摸屏正式进入中国。1996年中国自主研发的触摸自助一体机投入生产。今天我们在大街小巷看到的“数字北京信息亭”就离不开触摸屏技术，有了它，即使不会使用电脑的人也能轻易查到“我在哪里”、“我要到哪去”。三、触摸屏定义触控屏（Touchpanel）又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。四、触摸屏的工作原理为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。五、触摸屏的主要类型从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏触摸屏发展趋势目前触摸屏的应用范围从以往的银行自动柜员机、工控计算机等小众商2用市场，迅速扩展到手机、PDA、GPS(全球定位系统)、MP3，甚至平板电脑(UMPC)等大众消费电子领域。展望未来，触控操作简单、便捷，人性化的触摸屏有望成为人机互动的最佳界面而迅速普及1、红外式触摸屏红外式触摸屏的结构非常简单，在屏幕的四边排布了红外发射管与红外接收管，并且把它们一一对应起来，进而形成一个横竖交叉的红外线网。只要有物体接触屏幕上任何一点时，便会阻挡了该位置的红外线（如果物体对红外线几乎不吸收，并且让红外线接近100%通过的话，红外触摸屏失效），控制器即时算出触摸点的坐标位置。说白了，其实就是将美国大片中经常出现的红外防盗系统缩小，再加上一个坐标计算系统。红外式触摸屏红外线式触摸屏价格便宜、安装容易、能较好地感应轻微触摸与快速触摸，可以用在不同档次的计算机上；不受电流、电压和静电干扰，适宜于某些恶劣的环境；也没有电容充放电过程，响应速度比电容式快，分辨率与成本密切相关。可是红外线式触摸屏不防水和怕污垢，任何细小的外来物都会引起误差，影响其性能，只适用于环境较好、无红外线和强光干扰的各类公共场所、办公室以及要求不是非常精密的工业控制现场。2.CCD光学式触摸屏CCD光学式触摸屏是双CCD交汇测量技术的发展产物，得益于近年数码相机、拍照手机的高速普及的，CCD和CMOS的制造成本得到大幅度降低，让具有成本效益的CCD光学式触摸屏出现成为了可能。3CCD光学式触摸屏结构在结构上，CCD光学式触摸屏由含有镜头结构的两个CCD、背光源（例如红外线）组成和位于屏幕边缘的反射条组成，CCD布置在触摸屏的左右两角，在系统中拥有独立的坐标值。工作时，背光源会发射红外线或其他不可见光，手指接触触摸屏后，CCD会测量CCD到手指的距离、CCD主光线与其光学系统光轴等的夹角等一系列数据，最后计算出手指的坐标值，最后转换为鼠标信息传递给电脑。CCD光学式触摸屏工作原理CCD光学式触摸屏分辨率不如红外式触摸屏高，而且分辨率呈现中心向四周降低的特性，但是其响应时间短，增加CCD数量即可实现多点触摸，同时生产安装简单、故障率低，成本上除了背光源外，其他设备成本与屏幕大小关系不大，因此非常适合大尺寸触摸屏使用。毫无疑问，苹果已经把多点触摸风潮带动到电子产品中，首当其冲的是手机、相机、笔记本电脑等便携产品，而家具电子产品也可以普及多点触摸了，下面是一些应用实例与设计概念。3、DellST2220T多点触摸屏显示器ST2220T年初推出的一款触摸屏液晶显示器，采用光学触控面板，支持手指、手写笔等触控设备，触摸响应时间15ms，准确度95%以上区域为+/-2.5mm，配上了可调整倾斜度U型支架；搭载21.5寸1920×1080分辨率的IPS也就面板，距0.248mm，亮度250流明，原生对比度1000：1（动态对比度50000：1），178度广4视角（对比度10:1），可显1670万色，82%色域（CIE1976）/100%sGRB色域。DellST2220T触摸屏显示器，已经在国内上市ST2220T是独立的触摸屏显示器，因此非常适合作为电脑的升级选择。4、现代70寸大型多点触摸桌在2010年10月韩国国际会展中心举行的展会上，现代IT展示了一款70寸大型多点触摸电视（桌）。大型触摸桌已经不是什么新的概念，无论是国外的微软、三菱，还是国内的创维都展示了实际产品，但不同的是，现代IT展示的这款触摸桌除了可以横着放外，还可以竖立起来，摇身一变成为一台触摸屏电视。现代IT的触摸桌，形似大号iphone4现代IT并没有披露过多披露该触摸屏的详细信息，何时量产、上市等日期还不得而知。5、Touchscape多点触摸咖啡桌与遥遥无期的现代IT触摸桌不同，Touchscape近日带来了一台多点触摸咖啡桌（multi-touchcoffeetable），是一款CCD光学式触摸屏的产品。与Dell的ST2220不同，Touchscape多点触摸咖啡桌的电脑桌是包含完整计算5机产品，采用AMD3.4GHzPhenonIIX4处理器，内置4GB内存、180GB硬盘、蓝牙和Wifi无线网络，提供RJ-45、USB等接口。（硬盘空间小了点，日后可以自己升级机器么囧）在咖啡桌的顶部是，一块47寸1920×1080分辨率液晶面板。（拆了台液晶电视塞进去？）咖啡桌的长宽高为1300×900×500mm，重量达60KG。Touchscape多点触摸咖啡桌从硬件上看，Touchscape多点触摸咖啡桌显然是一台变种的电脑，为了提供其竞争力，Touchscape开发了一套软件，自动到官网下载新应用软件。同时，Touchscape也提供了自己的开发平台，提供了SDK用于创建各种方案。与手持设备大规模应用触摸屏不同，家用触摸屏产品刚踏上了普及之路，而且紧贴潮流，使用了多点触摸成技术，鉴于产品屏幕面积大，因此更倾向使用CCD光学式触摸屏。CCD光学式触摸屏是起步不久的触摸屏，成本还处于高位水平——DellST2220T的官方定价达到2999RMB，约为同规格的液晶显示器2倍。幸运的是，触摸屏技术非常适合与电脑结合在一起；不幸的是，触摸屏技术除了与电脑结合在一起外（Touchscape多点触摸咖啡桌也不过是一台变种电脑罢了），就无多少容身之处。因此，触摸屏技术要在家具中占有一席之地，成本与应用是必须解决的问题。电容式触摸屏虽然自iphone出现后才成为受人瞩目的触摸屏技术，但是电容式触摸屏已经20多岁了。早期美国的3M公司垄断了电容式触摸板的国际市场，数年前由于该专利的到期，全球触摸元件制造商纷纷加入开发电容式触摸屏产品中，苹果公司推出iphone、itouch等产品成了电容式触摸屏应用典范。电容式触摸屏结构6电容式触摸屏分为表面电容式和投射电容式两大门派，投射电容式触摸屏的构造是以一层玻璃作为基层，在其上覆盖一层透明的导电薄膜层，接着在导体层上覆盖一块保护玻璃；最后电容式触摸屏的四边均镀上了狭长的电极，其内部形成一个低电压交流电场。在人没有与触摸屏碰触时，各个电极是同电位的。但当用手指触摸电容触摸屏时，人体电场、手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边的电极会发出电流并流向触点。理论上流经四个电极的电流与手指到四角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的进行计算，便可得出接触点位置。而表面电容式触摸屏则是少去了投射电容式触摸屏表面的保护玻璃。电容触摸屏工作原理得益于双层玻璃设计，投影式电容触摸屏不仅能保护半导体和感应器，同时能减轻外界因素（如在触摸屏上的污垢、灰尘、油迹）对触摸屏的影响，还能提高耐用性（抗刮）。在透光率、清晰度，电容触摸屏优于四线电阻触摸屏，可是仍不能和表面声波触摸屏和五线电阻触摸屏相比较。而且电容触摸屏存在反光严重，各层膜透光率不均匀造成色彩失真，光线在各层间反射形成图像模糊等一系列问题。由于工作原理的问题，电容式触摸屏怕磁场，比较容易出现误操作。还会随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象。由于上述原因，电容式触摸屏不易在工业控制场所和有干扰的地方使用，可使用于要求不太精密的公共信息查询，需要经常校准、定位。不过由于电容式触摸屏较早实现了多点触摸技术，因此近年来在手持设备中得以迅速普及。但多点式电容式触摸屏在使用时表现出了容易损坏特点，为了提高寿命，必须增加导电薄膜层的冗余度。