觸摸屏：超高效的視覺人機交互

　　現在，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了。家庭，汽車，餐館，商店，飛機，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。

　　視覺內容能在短時間內產生更大的影響力，研究表明，大腦處理視覺內容的速度比文字內容快60000倍。21世紀，視覺內容可以說是一圖勝千言，觸摸屏能實現超高效的人機交互。

電影《遺漏戰(zhàn)境》中的觸摸屏

　　很難相信僅僅十幾年前，觸摸屏技術只能在科幻小說和電影中找到，經過幾代人的努力和幾個重大技術的進步達到了目前的水平。雖然觸摸屏的背景技術可以追溯到20世紀40年代，但有很多證據表明至少直到1965年后觸摸屏才切實可行。

流程圖

　　首先，讓我們把手指放到屏幕上，回溯到20世紀60年代。

　　20世紀六十年代：第一個觸摸屏

第一塊手指式觸摸屏

　　歷史上通常認為第一個手指式觸摸屏是由E．A． Johnson于1965年在位于英國馬爾文的皇家雷達研究院發(fā)明的。Johnson 最初在《電子快報》上發(fā)表題為“觸摸顯示—一種新的計算機輸入／輸出設備”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使用的一種觸摸屏的機制－－－就是我們所知的電容式觸摸屏。兩年后，Johnson在論文“觸摸顯示：編程人機界面”中用照片和示意圖進一步闡述了該技術，并發(fā)表在1967年的《人體工程學》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）類的透明導體。“導電”部分通常是人的手指，從而使之成為很好的電導體。Johnson的初始技術一次只能處理一個觸摸，和我們今天的“多點觸控”技術相距較遠。該發(fā)明是使用二進制來解釋界面觸摸是否接觸，響應會滯后很多。

　　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九十年代后期。

　　20世紀七十年代：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。伯里亞學院的校友雜志曾這樣形容：

　　研究小組用了一個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展緩慢。Sam想了一個辦法來解決這個問題。他和Parks及另外一名博士生Thurman Stewart用導電紙讀取一對X，Y坐標。這個想法導致了第一個計算機觸摸屏的誕生。他的學生用這個原型將原來需要幾天時間才能完成的計算在幾個小時內便完成了。

　　1970年，在Hurst回到橡樹嶺國家實驗室（ORNL）工作后，Hurst用業(yè)余的時間開始實驗。Hurst和其他九個來自不同專業(yè)領域的朋友在他的地下室著手改進這個偶然的發(fā)明。這個小組稱這個初創(chuàng)的企業(yè)為“Elographics”，且小組發(fā)現計算機顯示器上的觸摸屏是一個極好的人機交互方法。

　　作為一類技術，電阻式觸摸屏的生產成本通常非常實惠。在餐館，工廠和醫(yī)院中的機器和設備大都使用的是這種觸摸技術，因為其在這些環(huán)境中足夠耐用。智能手機制造商過去也使用這種電阻式觸摸屏，但在今天的手機領域其僅僅存在于低端的手機中。

第一臺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器，其中使用最廣泛的是伊利諾伊大學的PLATOIV－－－第一個計算機輔助教學系統(tǒng)。PLATO IV是第一臺用于課堂的觸摸屏電腦，學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，而是支持一種紅外系統(tǒng)。

　　20世紀八十年代：觸摸技術的十年

　　1982年，多倫多大學的NimishMehta開發(fā)出了第一個可操作的多點觸摸設備。它與其說是觸摸屏，倒不如說它是一個觸摸平板。輸入研究團隊，設計出了一個毛玻璃板，在其背部帶有能識別顯示在屏上的不同黑點，進而能偵測到操作動作的攝像頭。

　　不久之后，一名美國計算機能手，Myron Krueger設計出了手勢交互技術，他開發(fā)出了一個光學系統(tǒng)以跟蹤紀錄手的移動。克魯格設計的視頻地帶（video place）后來被稱之為視頻臺（video Desk）。他用一個投影器和一個視頻攝像頭跟蹤記錄人手，手指，及相應的人。不像多點觸摸技術那樣，完全不需要知道是誰及是什么東西在觸碰，但軟件可以對不同的姿態(tài)作出響應。

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

視頻臺（video Desk）工作原理

　　觸摸屏在二十世紀八十年代早期，被大量進行商用化。惠普在1983年9月，以其HP－150為其商用化開端。該計算機采用MS－DOS操作系統(tǒng)，并且?guī)в幸粋€9英寸索尼CRT顯示器，該顯示器被能夠識別，屏上的用戶手指下移的紅外發(fā)光器和探測器所包圍，整個系統(tǒng)耗費2795美元，但它沒有立刻獲得市場的青睞，因為它還存在一些使用性問題。例如戳向屏幕，將阻擋相應紅外射線，以使計算機判定手指所指位置。這容易導致所謂的“猩猩手臂”，由于用戶持續(xù)長時間的伸直手，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，當貝爾實驗室的Bob Boie開發(fā)出了首個透明多點觸摸屏的疊層時，多點觸摸技術才向前發(fā)展了一步。正如Ars在去年所寫到的：第一個多點觸摸屏在1984年，由貝爾實驗室開發(fā)出來。比爾．巴克斯頓報道說，那個由鮑勃．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“用手指操作圖形對象，并且時間響應很快。”

　　這一發(fā)明促進了我們今天在平板及智能手機上的多點觸摸技術的發(fā)展。

　　20世紀九十年代：大眾化的觸摸屏

IBM的Simon通信設備

　　在1993年，IBM和貝爾南方共同開發(fā)了Simon通信設備，很可能是世界上第一款智能手機，盡管當時還沒有這個名詞。它能翻頁，收發(fā)e－mail，帶有日歷，預約計劃，電話簿，計算器，及筆寫式畫板。它還有一個電阻性觸摸屏，因此要用手寫筆來操作菜單條及輸入數據。

蘋果公司的MessagePad 100

　　那一年蘋果公司也開始了它的個人數字助理（PDA）－－Newton PDA。盡管Newton平臺開始于1987年，但MessagePad 100才是首個搭載該系統(tǒng)的蘋果設備。正如時代雜志當時所說，當時蘋果的CEO事實上創(chuàng)造了“PDA”這一專門術語。就像IBM的個人通信設備，MessagePad 100帶有手寫識別軟件，通過手寫筆來進行操作。

　　MessagePad100手寫識別軟件工作有問題，并且銷售量也不高。但蘋果仍然堅持生產了6年多。

PalmComputing公司的產品

　　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產品也需要用手寫筆。

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

　　到上個世紀九十年代后期，特拉華大學的畢業(yè)生，Wayne Westerman發(fā)表了題為“Hand Tracking，Finger Identification， and Chordic Manipulation on a Multi－Touch Surface”的博士論文。該論文詳細闡述了，我們今天所知的，并成為現代設備配備的觸摸屏技術主流的電容性多點觸摸技術。

FingerWorks公司的產品

　　Westerman和其顧問老師John Elias開了一家叫FingerWorks的公司。該公司開始生產基于手勢的多點觸摸屏產品線，包括被稱作TouchStream的基于手勢的鍵盤。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。

　　21世紀第一個十年及其超越

　　由于之前的技術積累，二十一世紀的頭十年就成為觸摸屏技術真正興盛的時期，觸摸屏技術也越來越為大眾所接受和喜愛。

Alias｜Wavefront公司基于手勢的PortfolioWall產品

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

索尼的智能皮膚感應原理

　　2002年，索尼推出了一款名為SmartSkin的輸入系統(tǒng)，能夠同時識別多只手定位及多觸點。該技術通過電容性感應器及網狀天線，計算手與表面之間的距離，既使在昏暗的光線條件下，也不會出現故障。

DSIDatotech公司HandGear產品

　　2002年，當位于加拿大的DSIDatotech公司開發(fā)出了支持多點觸控的HandGear設備。HandGear能夠使用戶更好的實時把握三維物體，該公司甚至開發(fā)出了自動桌面的應用接口。不幸的是，當他們打算繼續(xù)推進的他的多觸點技術設想時，公司所有的資金已消耗完了，致使DSI Datotech公司早早關門。

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，在那之后，摩托羅拉、索尼愛立信、三星、HTC等手機廠商，都在不斷尋找真正適合手機的觸摸屏設計。但真正引爆觸摸屏手機的還是蘋果公司在2007推出具有高分辨率、多點觸控功能的第一臺iPhone。真正確立了觸摸屏的標準。而在今天，電容觸摸屏已經成為一種智能手機的標準配備。