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2.6.2 声学脉冲识别触控技术(编号7)

《实感交互:人工智能下的人机交互技术》第2章触觉感知,本章试图为应用于人机交互界面的触控技术提供一个明确的定义。本节为大家介绍声学脉冲识别触控技术(编号7)。

作者:温秀颖 译来源:机械工业出版社|2019-02-03 20:50

2.6.2 声学脉冲识别触控技术(编号7)

声学脉冲识别(APR)技术和色散信号技术(DST,下一节内容)均使用了弯曲波。弯曲波是一种由某物体作用刚性基板表面而产生的机械能量。它不同于其他表面波之处在于它穿行整个基板的厚度,而不仅仅是在材料的表面;由此产生的一个优势是它的耐刮性。

当诸如手指或触针碰触基板时,触碰位置会产生向手指外扩散的弯曲波。因为弯曲波向外传递,它在扩散现象的影响下逐步分散扩展。弯曲波通过固体材料传播的速度取决于波频。由触碰引起的推力在基板内生成了许多不同频率的弯曲波。由于扩散,它们以不同的速度传播到玻璃边缘,而并非以统一的波阵面。结果,基板边缘或角落的传感器就接收到与原始脉冲完全不一样的波形;波的形成过程被来自基板内层的反射进一步修改。最终生成的是大量的混乱波集,在整个基板内相互影响。声学脉冲识别和色散信号技术的核心区别是这股混乱的波集是如何处理的。

在表面声波触摸屏中,玻璃基板是事先通过机器在其上千个方位进行敲打“定性” 的。每个弯曲波的“独特标记”方位被抽样并记录在一个查阅表内,该表存储在可长久保存的与某个基板有联系的内存里。操作时,碰触产生的弯曲波由四个不对称分布在基板周边的压电换能器感知(见图222)。不对称性可以确保独特标记尽可能的复杂;高度的复杂性则有助于区分标记。控制器处理四个换能器的输出来获得当前触碰的标记,并将其与查阅表中存储的样本进行比对;采样点间插值被用来计算正确的触碰位置。

表面声波的概念在21世纪初期由TonyHardie-Bick提出,他是一个有着自己公司的个人发明家。SoundTouchLtdEloTouchSolutions在2004年前后收购了SoundTouch公司。在开展了一些商业化活动之后,2006年公布了该项技术。这是为了取代模拟电阻式而2018送彩金的娱乐网站的一项更耐用、成本更低的技术,出现在2007年苹果公司使多点触控成为产品不可或缺的特性之前。

一项相似的基于感知弯曲波基本原理的触控技术也同时在法国SensitiveObject公司(当时称作“ReverSys”)独立2018送彩金的娱乐网站完成[40]。该公司与EloTouchSolutions的知识产权并未被相互损害,然而它们十分近似的交叉存在。因此两家公司在2007年发布产品后的不久就执行了交叉许可证协议。签署后,两家公司继续独立发布产品,因为协议只是为了避免对现有知识产权的诉讼而并非往后共享知识产权。SensitiveObject的核心发明是只需几步就能快速定性基板的方法,相对于EloTouchSolutions用机器手敲击基板上千次的方法。2010年1月EloTouchSolutions以6200万美元收购了SensitiveObject公司[41]。两家公司知识产权的合并可谓是强强联手。

然而,即使组合性能增强,表面声波由于其对弯曲波的依赖性仍存在许多局限。最严重的局限是表面声波并没有“保持”功能(相当于长按拖拽鼠标)。当接触物体停止移动时,弯曲波也就不再生产了。这意味着在Windows桌面上普遍使用的拖拽-停-拖拽次序无法实现,因为表面声波驱动程序必须在开始“停” 的时候发出一个自动“放开鼠标” 的命令。这实质上限制了该技术仅在商业范围内使用(即非Windows用户界面) 而并不面向个人消费者。

表面声波的另一个重要不足是它需要“敲击” 来产生足够的可以被探测到的弯曲波。如果一个胆怯或犹豫的用户悄悄地接近表面声波触摸屏并按下而不是有意识的敲击(即便是用户用力地按下),这个触控将无法被识别。除了缺乏长按拖拽功能和需要明显敲击之外,还有一个局限是其本质的单点触控技术。在多点触控越来越普及的今天,单点触控技术显得越发无足轻重了。

表面声波对弯曲波的依赖产生了三个额外缺点。首先,该触控技术并不具有确定性。多次触碰完全相同的位置会在靶点坐标周围产生一个“点集”,这意味着每次如果用触控笔比划并不会产生完全相同的结果。这和模拟电阻式有很大的不同。后者在触碰完全相同的位置总能产生相同的靶点。

其次,表面声波的弯曲波侦测算法由于以下两个原因无法最优化:

1)由一系列快速敲击产生的间歇性弯曲波,比如出现在自动贩卖机的应用中。

2)由拖拽产生的持续弯曲波,比如在相同的自动贩卖机签下自己的名字。

对“一般通用程序”的优化使得快速敲击和拖拽的性能无法实现最佳。

第三个也是最后一个局限是APR固定(夹紧) 工艺触摸屏对优化性能的重要性。这只需要想想敲击一个自然悬挂的玻璃面和一个四方夹紧固定的玻璃面的区别,就很容易得知了。也就是说,全球的产品制造商和系统装配商都必须接受关于如何适当装配表面声波触摸屏的培训。因此,表面声波作一个零部件并未在市场推广,只是被EloTouchSolutions装配到了触控系统(最终产品)中。

鉴于投射电容式技术的主导地位和许多上述局限性,表面声波如今已不可能成为主流的触控技术。但是EloTouchSolutions正在把表面声波有限的市场潜力与POS应用结合,使得上述局限不再重要。除了触摸屏显示系统之外,EloTouchSolutions也许可以吸纳ReverSys在制造触敏平面上的优势,从而2018送彩金的娱乐网站更多非传统的专营市场。比如,可以让智能手机的后壳实现触敏。

由于表面声波和色散信号技术非常相似,两种技术的优缺点可以合并总结在表210中。


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