产品设计与开发_鼠标

产品设计与开发—鼠标鼠标是人们最常用的外设之一，鼠标的发展其实和CPU的历程是差不多的，但是，人们对鼠标的关注远不及CPU，对鼠标的了解还是很一般的•鼠标自从诞生到今天，已经有35个年头了，这35年来，鼠标无论在性能还是工作原理上都有了许多变化，唯一不变的就是永远伴随着他的名字—“MOUSE”。引子:我们将从以下几个方面来介绍鼠标:•鼠标的发展历史•鼠标的分类•现存鼠标的弊端•未来鼠标的发展趋势鼠标的发明•鼠标是1964年由DouglasEngelbart(如图01)发明的，当时DouglasEngelbart在斯坦福研究所(SRI)工作，该研究所是斯坦福大学赞助的一个机构，DouglasEngelbart很早就在考虑如何使电脑的操作更加简便，用什么手段来取代由键盘输入的繁琐指令。•60年代初，他在参加一个会议时随手掏出了随身携带的笔记本(可不是笔记本电脑哦)，画出了一种在底部使用两个互相垂直的轮子来跟踪动作的装置草图，这就是鼠标的雏型。到了1964年，DouglasEngelbart再次对这种装置的构思进行完善，动手制作出了第一个成品。因此DouglasEngelbart也被称为“鼠标之父”。•下图就是1968年12月9日DouglasEngelbart(1998年获得图灵奖)在IEEE会议上展示的世界上第一个鼠标，一个木质的小盒子，盒子下面有两个互相垂直的轮子，每个轮子带动一个机械变阻器获得X、Y轴上的位移，在盒子的上面则有一个按钮开关提供连通信号。这款鼠标的鼻祖与今天的鼠标结构大不相同，甚至还需要外置电源给他供电才能正常工作。当时还没有“鼠标”的名称,由于该装置像老鼠一样拖着一条长长的连线(象老鼠的尾巴)，因此，DouglasEngelbart和他的同事在实验室里把它戏称为“Mouse”，他当时也曾想到将来鼠标有可能会被广泛应用，所以在申请专利时起名叫“显示系统X-Y位置指示器”，只是人们觉得“Mouse”这个名字更加让人感到亲切，于是就有了“鼠标”的称呼。鼠标的普及历程•鼠标被发明之后，首先于1973年被Xerox公司应用到经过改进的Alto电脑系统中(如下图所示)，但是遗憾的是，当时这些系统都是实验用的，完全被用于研究工作，并没有向大众推广，所以鼠标一直都默默无闻。•1981年，Xerox公司推出了使用鼠标，并应用GUI操作系统的Star8010电脑(如右图所示)，这是大众首次了解鼠标，可惜由于这种电脑价格过于昂贵，销量很小。尽管如此，鼠标已经引起了不少人的注意，并开始为人们所掌握。13341.jpg•1982年罗技公司发明的世界第一款光机鼠标，光机结构是鼠标发展史上最大的发明。也就是这个时候现在鼠标的结构设计基本成熟，光机鼠标统治了鼠标市场达18年之久。•1983年苹果公司受到仙童公司著名STAR计算机的启发，在当年推出的Iisa电脑上第一次使用了鼠标作为GUI界面操作工具。这款电脑虽然不成功，但它为转年推出的Macintosh以及MACOS操作系统提供了经验，鼠标的黄金年代来临了。这个时候的鼠标还是老式的机械式鼠标，但是对于最初的产品已经有了新的改良,鼠标球取代了不灵活的单滚球，单键设计被更加灵活的双键/三键所取代，可供电的标准RS232串行口设计取代了早期的独立接口，现代鼠标的基本结构已经成型13342.jpg•1984年罗技的第一款无线鼠标研制成功，那时候还依靠红外线作为信号的载体。虽然说这款产品由于性能方面的诸多问题而告失败，但是罗技在无线方面的创新也给后来的产品带来了很多思路的指引。1996年由微软发明的鼠标滚轮是鼠标发展史上十分重大的发明，今天滚轮已经成为鼠标的标配之一。现在流行的滚轮设计一般包括两种，一是机械式滚轮，也就是用滚轮来带动一个机械电位器以获得信息，微软的很多鼠标都是采用这种结构。它的优点就是滚动比较精准，但是机械结构存在磨损问题。另一种滚轮就是光电式滚轮，罗技等大多数厂商都是采用这种设计。它的滚轮内部就是一个栅轮。在栅轮的两侧分别有一个发光二级管和热敏二级管，工作原理上和光机鼠标获得滚动信息的方式是一样的。这种滚轮的寿命比较长而且手感很干脆，但是在滚动信息的精确性上却不如上面的机械式滚轮。1999年微软与安捷伦公司合作，推出了IntellimouseExplorer鼠标，揭开了光学成像鼠标的时代的序幕。其中Intellieye定位引擎是世界上第一个光学成像式鼠标引擎，它的高适应能力和不需清洁的特点成为当时最为轰动的鼠标产品，被多个科学评选评为1999年最杰出的科技产品之一。（不过由于那个时候微软的硬件产品没有正式进入中国，所以当时IntellimouseExplorer鼠标所引起的轰动反响并没有波及到中国大陆）2000年，罗技公司也推出了同类的光电鼠标产品，使用安捷伦H2000光学成像引擎，性能上和IntellimouseExplorer鼠标一样。这一代产品是光学成像引擎的第一代产品，这一代的光电鼠标拥有一些现在已经众所周知的缺点，比如仅为1500次/秒的刷新率和400CPI的分辨率。对采样表面的适应性差，尤其对镜面以及花纹表面2001年安捷伦推出了自己第二代光学成像引擎（A2030、A2051），首先推出产品的是安睫伦，它在CMOS和DSP引擎都没有重大变化的背景下，通过对光学引擎的重新设计将引擎的分辨率提升到800DPI，同时将刷新率提升到2000—2500次/秒。但是由于这一次的技术改良并没有增大CMOS的尺寸，所以相较第一代光学引擎性能提升并不明显。正是因为这样安捷伦公司并没有对第二代产品大肆宣传，只是无声无息的取代了第一代产品。2001年底微软结束了与安捷伦的合作以后，独立推出了第二代Intellieye引擎，与前一代相比它的改变极为重大—微软重新设计了CMOS和DSP算法，将刷新率提升到前所未有的6000次/秒，同时将CMOS尺寸提升到22X22，同时一举解决了光电鼠标的丢帧和表面适应性问题，同时全部控制电路整合到同一块芯片上，大大提高了系统的整合度。不过第二代Intellieye引擎光学部分并没有重新设计，所以其分辨率仍为400DPI。2002年初罗技推出了光电鼠标历史上独一无二的双光头极光飞貂来与IE3.0竞争，它使用了和其它安捷伦引擎所不同的IAS芯片和两个第二代的安捷伦DSP处理器，通过将两个SPI芯片交替运行来获得更高的处理速度，尽管CMOS的面积没有变化，但由于两个光头在不同的位置上采样，所以表面的适应性要比同期罗技单光头的鼠标来得好些。2002年下半年，罗技推出了和安捷伦合作一年的成果—新一代MX光学引擎，新的光学引擎在保留800DPI的前提下，将像素处理能力提升到令人诈舌的470万像素/秒，同时将CMOS尺寸加大到30X30。这使得它在性能上超过了一切原有的光学引擎，同时在光学性能上已经不亚于传统的光机鼠标，成为历史上第一款近乎完美的光学引擎。2003年9月，微软推出了全新系列的鼠标产品。它们全部采用“TiltWheel”滚轮，这种滚轮最大的特点是通过左右倾斜可以实现对水平方向移动的控制。鼠标分类鼠标的分类方法很多，通常按照键数、接口形式、内部构造进行分类。按键数分类•鼠标可以分为传统双键鼠、三键鼠和新型的多键鼠标。根据最早微软的要求定义的鼠标只需要左右两个键，双键鼠标结构简单，应用广泛,一般无需另外安装驱动程序就可以在WIN9X下正常运作。三键鼠标是IBM在两键鼠的基础上进一步定义而成的，又被称为PCMouse，与两键鼠相比,三键鼠上多了个中键，使用中键在某些特殊程序中往往能起到事倍功半的作用.早期的三键鼠标一般都有一个微型拨动开关，用于切换两键与三键两种不同工作方式。多键鼠标是在微软发布Microsoft智能鼠标（IntelliMouse）之后,鼠标发展的新领域－－“多功能应用”而产生的新一代多功能鼠标。随着应用的增加，之后其他厂商生产的新型鼠标除了有滚轮，还增加了拇指键等快捷按键，进一步简化了操作程序。多键多功能鼠标今后也将是鼠标未来发展的目标与方向。按接口分类•鼠标可以分为COM、PS/2、USB三类，传统的鼠标是COM口连接的,它占用了一个串行通讯口。由于丰富的外设不断涌出和主板频繁的的升级,人们逐渐开始使用PS/2鼠标，把本来为数不多的串行通讯口让给其他外设使用，因此COM鼠标在市场上已成强弩之末。PS/2鼠标是目前市场上的主流产品，作为替代COM鼠标的接班人，目前市场份额已经相当的大，而且种类繁多，造型多样。俗话说兔子尾巴长不了，PS/2这些老鼠看样子也难以幸免。随着USB接口的兴起，预计今后USB接口鼠标将会成为市场新的卖点，不甘落后的厂家近日纷纷推出了各自的USB接口鼠标，虽造型手感并不怎么样，但也给相对沉稳的鼠标市场注入了一剂兴奋剂。就目前测试数据来看,USB鼠标对普通鼠的性能提高相当甚微，所以USB鼠标只不过是厂家为了增加产品的新卖点而采用的一种手段.按内部构造分类可以分为•机械式•光机式•光电式机械式鼠标的结构最为简单，由鼠标底部的胶质小球带动X方向滚轴和Y方向滚轴，在滚轴的末端有译码轮，译码轮附有金属导电片与电刷直接接触。鼠标的移动带动小球的滚动,再通过摩擦作用使两个滚轴带动译码轮旋转，接触译码轮的电刷随即产生与二维空间位移相关的脉冲信号。由于电刷直接接触译码轮和鼠标小球与桌面直接摩擦,所以精度有限，电刷和译码轮的磨损也较为厉害，直接影响机械鼠标的寿命。因此，机械式鼠标已基本淘汰而被同样价廉的光机鼠取而代之.•所谓光机鼠标,顾名思义就是一种光电和机械相结合的鼠标，是目前市场上最常见的一种鼠标。光机鼠在机械鼠标的基础上，将磨损最厉害的接触式电刷和译码轮改进成为非接触式的LED对射光路元件（主要是由一个发光二极管和一个光栅轮）,在转动时可以间隔的通过光束来产生脉冲信号。由于采用的是非接触部件使磨损率下降，从而大大地提高了鼠标的寿命，也能在一定范围内提高鼠标的精度。光机鼠的外形与机械鼠标没有区别，不打开鼠标的外壳很难分辨。出于这个原因，虽然市面上绝大部分的鼠标都采用了光机结构，但习惯上人们还称其为机械式鼠标•光电鼠标通过发光二极管（LED）和光敏管协作来测量鼠标的位移，一般需要一块专用的光电板将LED发出的光束部分反射到光敏接收管，形成高低电平交错的脉冲信号。这种结构可以做出分辨率较高的鼠标，且由于接触部件较少，鼠标的可靠性大大增强，适用于对精度要求较高的场合。不过光电鼠标的价格较高，尤其是专业的高精度鼠标价格更是昂贵，而且光电鼠标必须还配有一块光学鼠标垫，由于鼠标垫大都有不耐脏、不便携带等致命缺点，往往会给使用者带来相当大的麻烦。现存鼠标的弊端•1、无效移动：鼠标作为标准输入设备，其本身的使用简单优点必须依赖图形用户界面才得以实现，而为了保证软件界面的一致性，不同软件的各种可视化操作元素的位置和排列关系通常是固定不变的。这就造成了一个矛盾：鼠标的当前位置与被操作的可视化元素(例如滚动条、快捷按钮)总会存在距离，为了点击该元素，用户必须首先将鼠标移动到该元素上方的狭小区域内，从鼠标当前位置到可视化元素的移动距离，称为鼠标的无效移动距离。2.过度关注：由于在图形用户界面中，当前操作对象的确定是依靠移动鼠标以驱动鼠标指针、鼠标指针再指向该目标来实现的，因此用户在操作中必须时刻注视鼠标指针的位移和速度，并在大脑中快速计算与预期目标的相互位置关系，及时修正鼠标的运动方向和速度，这就造成了一种过于强调技巧性的用户心理紧张，从而加重用户的操作负荷。3、双击操作难度大如果问一个初学者学习鼠标操作中最难的动作是什么，十有八九会答曰：“双击”，这个要求在鼠标静止条件下、确定的时间间隔内连击两次鼠标左键的动作，几乎使80%的用户感到难以掌握。要么是鼠标被移动了，要么是两次单击间隔时间过长，而持续紧张的练习又造成了动作变形。即使在用户掌握了双击操作后，这种操作的弊端也是显而易见的：增加了点击鼠标的工作强度进而加速了手腕的疲劳，降低了鼠标按键的寿命。4、单手操作鼠标的一个缺点就是单手操作，另一只手不能很好地发挥作用，造成浪费。5、很少考虑用户保护的