資訊科技

多重觸控螢幕玩出新把戲

配備多重觸控螢幕的電腦 不需要滑鼠和鍵盤,靠雙手就能操作。

撰文/布朗(Stuart F. Brown)
翻譯/甘錫安

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多重觸控螢幕玩出新把戲

配備多重觸控螢幕的電腦 不需要滑鼠和鍵盤,靠雙手就能操作。

撰文/布朗(Stuart F. Brown)
翻譯/甘錫安

重點提要
■多重觸控電腦螢幕不僅可對單一手指做出反應,還可同時感應多根手指的指令。
■知覺像素公司開發的大型螢幕可感應多達10根手指頭或多人的手。微軟與三菱也發表了小型專業系統,供飯店、商店、工程以及設計機構使用。
■就如同滑鼠讓我們不再受鍵盤的限制一樣,多重觸控電腦未來將可讓我們不需使用滑鼠做為主要的電腦界面,也不再受滑鼠限制。

2007年,蘋果公司的iPhone風靡了大街小巷,讓一般大眾開始體驗多重觸控螢幕:用一根手指頭就可任意移動螢幕上的圖片;將兩根手指頭放在圖片邊緣,以分開或收合的動作就可放大或縮小圖片。這種界面除了實用外,也提供了操控的樂趣,因為這種操作方式不僅易學易用,甚至可帶來感官上的享受,很快就大獲好評。但其實在iPhone問世之前,世界各地實驗室的多重觸控螢幕早就快速發展,超越雙指指令了,工程師開發出的大尺寸螢幕,可同時感應10根指頭,甚至可回應多名使用者的手。

可以想見,攝影師、平面設計師或建築師等經常使用大量視覺資料的專業人士和團隊工作者,應該十分喜愛多重觸控電腦技術。事實上,這類技術早已廣泛運用,即使是完全沒有學過的人,只要稍微摸索就能知道如何移動、標記物件與平面圖。

可感應指尖的螢幕

美國紐約大學電腦科學顧問、紐約知覺像素公司創辦人漢恩(Jeff Han)是多重觸控技術的先鋒,走進他公司的大廳,首先可看到240公分長、90公分寬的大螢幕,只要在這面電子牆上動動手指,就能開啟影音世界。電子牆可同時執行10個以上的影像檔,而且螢幕上看不到工具列。漢恩希望存取不同檔案時,只要在螢幕上點兩下,就可打開圖表或功能表,供人點選。

早期有一些使用者已購買了全套系統,其中包括情治單位,因為他們需要在作戰室中快速比對地理座標以同步監測圖片。美國有線電視新聞網(CNN)的新聞主播也採用大尺寸知覺像素系統,報導美國總統初選結果,因為這套系統可清楚顯示美國50州,開票時,主播只要站在螢幕前,用手指在地圖上比劃,就可輕易縮放各州、郡,選情一目瞭然。談到未來發展,漢恩預測這項技術可在圖形化需求較高的產業中,例如能源交易以及醫學影像等,開拓出一片天地。

微軟研究所首席研究員布克斯頓(Bill Buxton)表示,多重觸控界面的研發工作可追溯到1980年代初期,但直到2000年左右,漢恩才克服這項技術的最大障礙:開發高解析度指尖感應技術。要解決這個問題,需要硬體和軟體的創新發明。

最根本的突破是名為「受抑內全反射」(FTIR)的光學效應,也是指紋辨識裝置的運作原理。某一天,自稱為「觸覺系」的漢恩注視著一大杯水時,悟出了這個效應,他發現以斜角度透過水觀察玻璃杯外的指紋會格外清楚。於是他構思出一套電子系統,讓指尖觸碰透明的電腦螢幕時,可透過光學方式追蹤指尖。此後六年,他一直致力於開發多重觸控界面。

他首先研究用於自動櫃員機和資訊站的超高解析度單點觸控螢幕,這類機器通常會在螢幕特定點上預先裝置電容,手指一碰觸這些點,機器能立即偵測,但要追蹤任意移動的手指,必須在螢幕後方裝置非常多的線路,如此也會限制螢幕的功能。漢恩最後設計出正方形的透明壓克力板螢幕,功能類似波導,也就是引導光波的管子(見78頁〈追蹤手指〉)。裝設在螢幕邊緣的發光二極體(LED)將紅外光射入壓克力板,光束在壓克力板內來回反射,相當類似光束在光纖中行進的現象。光束原本不會漏出,但如果有人將手指放在壓克力板表面時,在內部反射的光束碰到手指後,會散射開來,穿透壓克力板,從背面漏出,螢幕後方的攝影機可偵測漏出的光(這就是FTIR),進而得知手指觸碰的位置,並可同時追蹤多點漏出的光束。

不久後,漢恩發現壓克力板也可當做擴散屏幕使用。將投影機放在壓克力板後方並連接電腦,把影像投射到壓克力板上,影像會穿透壓克力板、擴散投射到另一面,因此這片螢幕可同時具備影像輸出及輸入(觸碰影像)兩種功能。

精確偵測手指位置也是項挑戰。要寫出一種軟體程式,可以追蹤手指動作並轉換為指令,以便讓螢幕影像執行處理,是相當困難的。與漢恩並肩合作的六位軟體開發人員,必須先撰寫高效能圖形引擎軟體,部份是為了減少手指在螢幕上快速拖曳物件時造成的延遲顯示(殘影)。另外,他們還必須處理指頭朝任意方向亂劃所造成的不正常FTIR光束。

電腦作業系統的架構中,通常預設使用者的輸入內容不是來自鍵盤就是滑鼠。鍵盤的敲擊動作十分明確,按下q就是q;而滑鼠的移動是以笛卡爾座標(用x、y標示位置的二維座標)來表示。這類輸入方法都符合「圖形使用者界面」(GUI)的通則。漢恩的多重觸控螢幕可同時產生10組以上x、y座標,他指出:「傳統GUI不是為同時有這麼多組資料而設計的。」目前的作業系統包括Windows、麥金塔和Linux等,都是針對單一滑鼠游標設計,漢恩說:「我們必須拆除許多線路,以便組織新的多重觸控圖形化架構。」

漢恩在研發工作中發現,在壓克力螢幕前貼上一層聚合物薄膜,把薄膜的表面設計成細小的脊狀,可用來偵測壓力。使用者在某一點用力或輕輕按壓時,薄膜會微微彎曲,指紋面積跟著擴大或縮小,散射光因而產生明暗變化,攝影機就能偵測到壓力。使用者持續用力按壓螢幕上的物件,就可將該物件推到鄰近物件的後方。

漢恩的知覺像素團隊成立於2006年,他們將各個部份整合起來,並在當年的「科技、娛樂、設計」(TED)研討會上,向熱情的觀眾展示這套系統。從那一刻開始,該系統的訂單一直穩定增加,不過知覺像素公司不願公開價格。

微軟、三菱加入戰局

在漢恩持續改良系統時,其他的工程師則以不同的方法追求相同的目標。軟體巨擘微軟公司推出了較小型的多重觸控電腦,稱為「桌面」(Surface),並試圖開發整套的硬體「桌面電腦」。這項計畫始於2001年,微軟硬體部門的巴塞奇與微軟研究所的威爾森,開始研發互動式桌面,讓桌面可辨識放在其上的某些實體。這兩位創新專家想像這類桌面可做成電子彈珠檯、視訊益智遊戲或相片瀏覽器。


在嘗試了超過85件產品原型後,他們最後做出一張桌子,桌面是透明壓克力板,下方有一具投影機(見右頁〈觸控桌〉),可將影像投射在水平放置的30吋螢幕上,同時裝置LED把紅外光射入桌面,使光束遇到指尖或物件後反射開來,如此便可辨識手指的指令,並用一部Windows Vista電腦負責處理整個過程。


目前微軟將桌面電腦提供給分屬休閒、零售、娛樂產業的四個合作夥伴,因為他們認為這些產業最可能採用這項技術,例如喜來登連鎖飯店將在飯店大廳安裝桌面電腦,供住客瀏覽、聽音樂、傳送數位相片、點餐等。微軟還開發了其他軟體,只要將具備無線傳輸功能的數位相機放在桌面上,就可將相片內容傳到電腦中。


第一代桌面系統要價5000~10000美元,跟大多數電子產品一樣,產量提高後價格會跟著降低,微軟表示,3~5年內,桌面電腦的價格就可降到一般消費水準。 位於美國麻州、剛由三菱電子研究實驗室獨立出來的新創公司Circle Twelve,也推出了「鑽石觸控」(DiamondTouch)桌,高科技開發人員或許會對這種桌子很感興趣。觸控桌經過特殊設計,可讓其他團隊針對目標用途撰寫軟體,目前已有幾十部在學術研究員及商業客戶手上使用。


三菱行銷副總裁波格(Adam Bogue)表示,鑽石觸控桌的目標是「支援小型團隊作業,讓多名使用者互動,系統也可辨識出每一個人。」把數名使用者的座位裝置在桌子周圍,並與桌下的電腦連線,使用者一碰觸桌面,螢幕內的天線陣列會送出極少量的射頻能量,經由使用者的身體和椅子進入電腦中的接收器,這種效應稱為電容耦合,耦合的天線則可在螢幕上顯示使用者碰觸的點,此外,整個電路還需要一片特製地毯才算完整。


這種設計看起來雖然受到嚴格限制,卻可追蹤哪個使用者輸入了什麼資料,同時賦予控制權給首先觸碰螢幕的使用者。如果第一位使用者尚未完成輸入,它會依據指定的座椅位置,忽略其他使用者的觸碰。這套系統還可在藍圖之類的圖片上,追蹤哪個使用者做了哪些記號。


總公司位於紐約市的栢誠公司(Parsons Brinckerhoff)是一家跨國的工程公司,已經試用過鑽石觸控桌,並計畫進一步採購,該公司視覺化部門地區經理凱斯表示:「大型工程往往要召開數千次會議,我們可在多個地點裝置觸控桌,讓大家可同步觀看同一資料。」


多重觸控最大的優點是讓多名使用者共同執行複雜的工作。此外,鑽石觸控與知覺像素系統也都具備鍵盤「模擬器」,可在螢幕上顯示虛擬鍵盤,供使用者打字,但擁護者似乎不大喜歡用這套生動的系統做這麼古板的事。我們可能已經不太記得約25年前滑鼠讓我們脫離鍵盤上的方向鍵時,感覺多麼輕鬆。不久後,多重觸控界面也將幫我們脫離滑鼠。漢恩說:「剛接觸非常新穎的使用界面時難免生疏,但現在只是剛開始而已。」