传统或颠覆？谈触控技术的现在与未来

  泡泡网笔记本频道7月5日 随着触控屏幕在MP4、手机、平板电脑，一体机等科学技术产品中应用的增加，触控技术进入人们的视野中并逐渐占据主角的地位。触控作为一种全新的人机交流方式，有着生动直观的操作界面且符合人体的使用习惯，能让娱乐办公变得更的生动和放松。

  微软发行的Windows 7运行系统就具有支持多点触控和手势识别的功能。结果其它行业对多点触控功能的需求也在发展，而且这种需求会持续增强。通过多点触控技术，用户都能够拖放图标和文件，剪贴文本，再塑图形。多点触控促成的手势识别还使得用户能进行屏幕淘选、缩放和旋转移动，从而使照片览视和三维设计等应用成为可能。而将于2012年正式对外发布的windsow 8,更加强化了触控方面的体验。

  科技发展日新月异，触控技术的发展也需要紧跟时代，是继续保持传统维小变还是大胆创新求颠覆？本文会谈谈触控技术的当下和未来发展趋势。

  从传感器的类型和信号传输方式来看，目前屏幕的触控操作主要有四种，分别是电阻式，电容式表面声波式和红外线式。前两种都是必须与屏幕融合在一起的触控技术，也是目前最常用的两种触控技术；后两种是在屏幕外就能轻松实现的触控技术，可以称为“外挂式”的触控技术。

  电阻触控屏是主要由玻璃（或有机玻璃）屏幕基板和塑料层（屏幕最表层）组成。屏幕基板玻璃的上表面涂有一层透明的导电层（称为ITO膜）；塑料层上表面经过硬化和光滑防刮处理，下表面也涂有一层ITO膜。在玻璃基板与塑料层之间的两个导电层（ITO膜）由许多细小的透明隔离点隔开。当手指接触屏幕时，两个导电层发生接触，不同的触点会致使电阻值发生明显的变化，设备中的控制器就可以据此来计算接触点的坐标位置，并做出响应的触控操作。

  在行业内，电阻式触控屏有四线、五线甚至七线、八线的说法。这里的线是指触控检测电路的引脚数，四线电阻触控屏分别在每个导电层中施加5V恒定电压：一个是水平方向， 另一个是垂直方向，两层总共需要四根引线，所以称为四线电阻。

  1.电阻式触控屏的精确度高，可到像素点的级别，适用的最大分辨率可达4096x4096。

  3.电阻式触控屏使用的是压力感应，可以用任何物体来触摸，即便是带着手套也可以操作，并可拿来进行手写识别。

  5.电阻式触控屏能够设计成多点触控，但当两点同时受压时，屏幕的压力变得不平衡，导致触控出现误差，因而多点触控的实现程度较难。

  电阻式触摸屏的优点是它的屏和控制管理系统都比较便宜，反应灵敏度也很好，而且不管是四线电阻触摸屏还是五线电阻触摸屏,它们都是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘和水汽，能适应任何恶劣的环境。它可以用任何物体来触摸,稳定性能较好。缺点是电阻触摸屏的外层薄膜容易被划伤导致触摸屏不可用，多层结构会导致很大的光损失，对于手持设备常常要加大背光源来弥补透光性不好的问题，但这样也会增加电池的消耗。另一个显而易见的缺点就是电阻屏对多点触控的支持不够好，而多点触控又是时下最主要的触控方式，在手机，平板电脑，一体机等科学技术产品里，为实现多点触控，电阻屏慢慢的被能完善支持多点触控的电容屏取代。

  与电阻式触控屏一样，电容式触控屏可以简单地看成是由四层复合屏构成的屏体：最外层是玻璃保护层，接着是导电层，第三层是不导电的玻璃屏，最内的第四层也是导电层。最内导电层是屏蔽层，起到屏蔽内部电气信号的作用，中间的导电层是整个触控屏的关键部分，四个角或四条边上有直接的引线，负责触控点位置的检测。

  屏体的整个结构是利用了政府电荷互相吸引的原理，把屏幕中的导电层与人体构成造成一个电容。中间导电层的引线有着一定的电压，整个导电层分布着正电荷；而人体可以看作是一个接地的负电场，当人的手指接触屏幕时，带着负电荷的人体就成为了这个电容的负极；由于电容的正负电荷吸引，在导电层对应触电的位置聚集了大量的正电荷，形成电容的正极。对于交流电来说，电容就是个导体。此时，微弱的高频电流便从电容正极流向负极，通过控制器计算电流传递到触点位置的距离便能够获得接触点的坐标。

  1.触控灵敏度较高，精确度也相当高，可支持4096x4096的最大分辨率。

  2.电容式触控会受外因的影响而出现不稳定的现象，比如受工作电压、温度、湿度、电磁场、静电等的影响而导致触控不准确或失误的漂移情况，有必要进行较频繁的校准。

  3.电容触控基于电容的静电感应，因而需要导电性的物体做相关操作。这会给用户的使用带来一定的不便，比如在寒冷的冬天必须摘下手套才能进行触控操作。

  4.电容式触控屏自身的特点使得它可以非常容易地实现多点触控，早起的电容屏普遍只支持两点触控。另外，电容式触控也能加入手写识别功能，只是要比电阻式触控屏复杂许多。

  多点触控技术的核心是FTIR(Frustrated Total Internal Reflection)，即受抑内全反射技术。由LED(发光二极管)发出的光束从触摸屏截面照向屏幕的表面后，将产生反射。如果屏幕表层是空气，当入射光的角度满足一定条件时，光就会在屏幕表面完全反射。但是如果有个折射率比较高的物质(例如手指)压住丙烯酸材料面板，屏幕表面全反射的条件就会被打破，部分光束透过表面，投射到手指表面。凹凸不平的手指表面导致光束产生散射(漫反射)，散射光透过触摸屏后到达光电传感器，光电传感器将光信号转变为电信号，系统由此获得相应的触摸信息。由于多个触点同时响应，新型触摸屏充分释放了人手的控制潜力。不再像鼠标那样，一只手仅能够操作一个点，而多点触控技术是一种具有高度自由性的真正的多点控制界面。

  这种多点触控技术，在近期的电容屏上得到了逐步发展，10点，20点甚至更多点的同时触控已不存在技术障碍，只需考虑到成本、常规使用的寿命和软体支持度。

  表面声波式触控技术使用超声波在玻璃表面的传播来实现手指的定位。屏幕的左上角和右下角各固定有竖直（Y轴）和水平（X轴）方向的超声波发射换能器，右上角则固定有两个相应的超声波接受换能器。玻璃屏的四条边则刻有45度角由疏导密间隔的精密反射条纹。

  在水平（X轴）方向上，控制电路产生发射点信号，经玻璃屏上的水平（X轴）发射换能器转换成在厚度方向振动的超声波，并在换能器楔形座的折射下分离出沿玻璃表面传播的分量，最终到达边框45度倾斜的反射条纹，产生与入射波成90度、与垂直（Y轴）方向平行的分量；该分量在到达水平（X轴）方向边框的另一边也会遇到45度倾斜的反射条纹，经反射后沿与发射方向相反的方向传至水平（X轴）接受换能器。X轴接受换能器将受到的声波转换成电信号，Y轴同理。结合X轴和Y轴接受换能器的信号，经过处理便能够获得屏幕表面的能量分布信息。当有触摸操作时，手指会吸收部分声波能量，使得接受换能器收到的信号会发生衰减，此时分别分析X轴和Y轴的衰减情况便能判断出触控点的坐标，进而确定触摸点的位置。

  1.屏幕没有复合膜层，屏幕的清晰度以及透光率最高，并能够感应Z轴方向的压力。

  2.抗击破坏能力好，声波式触控的屏幕能够正常的使用高强度的玻璃，可承受某些特定的程度的划伤。

  3.不受电磁影响，无漂移现象。超声波是机械波，不会受到电磁辐射和环境和温度影响而产生飘逸现象。

  4.适用的屏幕分辨率比较高，可达4096x4096，适合10英寸以上的屏幕，且不影响屏幕本身的快速响应。

  5.使用寿命长。声波式触控屏幕不存在复杂加工的镀膜或多层膜结构，触控操作的灵敏度只与超声波收发器和屏幕的洁净程度有关，因而有着较长的使用周期。

  6.成本较低。由于国内技术的成熟，声波式触控屏幕的生产所带来的成本非常低，况且使用到的换能器数目也相对较少。

  7.表面声波是触控的缺点是会受到灰尘、水滴、油污等固态物质影响，需要定时进行反射条纹的清洁。

  红外线式触控屏的实现原理与表面声波式触控相似，它使用的是红外线发射与接收感测元件。这些元件在屏幕表明产生红外线探测网，触控操作的物体（比如手指）能改变触电的红外线，进而被转化成触控的坐标位置而实现操作的响应。在红外线式触控屏上，屏幕的四边排布的电路板装置有红外发射管和红外接收管，对应形成横竖交叉的红外线矩阵。随技术的发展，红外线式触控在稳定性和抗光干扰上都有所提升，但由于自身的局限，在现实中的应用仍旧不多。

  ●红外线.不受电流、电压和静电干扰，屏幕可以抗击大力冲击。2.可以扩充网路控制、声感应、人体接近感应、用户软件加密保护、红外数据传输等。

  4.抗光干扰性差，在光照变化大的环境中使用时需要多层次自调节，自恢复的硬件适应能力和高度智能化的判别识别。

  随着便携数码设备的流行，表面声波和红外线触控技术由于受外因影响较大、在小型设备上的设计较复杂，因此很少有采用这两种技术的触控产品而在目前一些数码产品上，用户对电容式触控屏喜好程度明显高于电阻式触控屏，电容式触控屏只需“点到即止”的接触就能轻松实现操作，而电阻式触控屏必须要使出力气才能实现操作，这才是造成前者使用体验优于后者的重要原因。同时，电容式触控屏也易实现多点触控且定位偏于高端，许多厂商在提高精度、减少外因影响和触控界面设计上花了不少心思，这也使得它的使用体验超越电阻式触控屏。

  现在一些触摸屏提供了压力感知技术。但不是非常精确，因为它们经过测量表面 积来判断压力（比如你按的越重，手指与屏幕的接触面就会越大）。不过这不是真正的压力，压力感应可能是触屏未来的方向。索尼等公司在LCD触屏下方应用力感应电阻和压电驱动器，将这一技术推向现实。

  凭借压力感应LCD触屏的扩展，用户或许可以不需要接触触屏。三菱和Cypress等公司参与了“悬浮探测”演示。这些屏幕不但相应点击，还会测量手指与屏幕表面间的距离。这种被称为“鼠标悬停（Mouse Over）”的功能能让触屏技术变得像魔法一般。

  触屏产品经常会在两个屏幕上提供触摸功能。宏基Iconia是一款提供完整触屏体验的小型上网本，网页可以在屏幕间流动。Iconia采用手势记忆来追踪动作，在识别出相应的运动轨迹后打开网站或程序。Iconia的屏幕可以分别运行两个不同的程序或者分别作为屏幕与键盘，全都采用触屏功能。

  触控技术虽然是人机交互的未来走向，但是目前的触控屏幕输入方式还是无法全面取代传统的键鼠，使用者会面临缺少传统机械按键的操作体验，尤其是触控式屏幕的触按目前多半透过音效或虚拟按键图示变化”，而最可行的“解决办法是把触控屏幕搭配整合触觉反馈模块”。现在的触摸屏的确没提供更真实的反馈。如果我们不盯着屏幕，就没办法判断自己的某次点击是不是真的有效。和已经用了上百年的键盘相比，触摸屏还是让人感觉不够友好。如何让触摸屏可提供更多触感，是触控技术未来急需解决的一大问题，所以触屏反馈技术就如此的应运而生了。

  现在已有触屏产品能提供触觉反馈，很快你在手机和电脑上就不用依赖视觉线索。举个例子，手指划过屏幕，有些按钮摸起来感觉平滑、有些感觉粗糙。这种技术很快就能让触屏实现差异化，并且改变整个使用者真实的体验。很快，触屏的触觉反馈就能为不一样的材质提供不同触感、通过改变不同按键的触感模拟真实的计算机和手机键盘。触觉反馈将为车载仪表盘和操作面板的触屏带来很多好处。用户都能够在目光注视着路面的同时在触屏上进行输入。

  说起体感技术，大家基本都是从家用游戏机领域了解到的。如今最火的体感技术运用，当属微软的Project Natal了。搭载了Project Natal的Kinect在短时间内卖出1000万套，足见火爆的程度。

  什么是Natal?微软的解释是：“Natal”项目是一个让游戏玩家无需任何游戏控制器的游戏控制方式。“Natal”集成的传感器能追逐到你身体的3D动作，对用户进行面部“辨识”，甚至还能听懂你的语音命令！Wii的局限在于仅能用手控制。而Natal”项目能用上你身体的所有部分，包括头、手、脚、躯干。微软的目标是：“全身游戏”。

  2.深度传感器：深度传感器是由红外线投影机加单色CMOS传感器组成。虽然功能并不复杂，但它可以让XBox线D空间，而不是通过计算得出空间数据。

  4.定制处理器和微软的定制软件：Natal项目的重中之重就是，所有的硬件都是由微软设计的软件来控制的。这在某种程度上预示着将来可能不可能会出现第三方的兼容Natal产品。

  体感技术的迅速崛起，和传统的触摸式触控技术到底是相互排斥还是相互促进和补充呢？其实二者都有着彼此的优势和缺点，在一些领域都没有任何办法取代对方：传统的触摸技术主要依赖于人最灵活敏感的双手，利用手和大脑的高速协调同步性，能将复杂和深硬的操作通过触控技术简单化，人机交互更自如；而体感技术是某些特定的程度上的化易为繁，初看感觉是画蛇添足，实际上人的整个身体都去参加了，能让人全方位，全身心的投入进去，如能更多配合3D显示技术，会让临场真实感大大增强，如同身临其境一般，在人和机器之间搭起了一座无形的桥梁；虽然体感技术在游戏领域出现的较多，但在其他领域，体感技术也很有广阔的发展前途，它和触控技术并没有直接的冲突；我们总不能缩放个图片还要动用到全身器官，也不会用2个指头去玩大型模拟赛车游戏，体感技术也可以看作是传统触控技术的一种延伸。二者能互相促进，共同推进人机交互技术的进步。

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