Elvis Presley
"Категорически запрещается прикасаться
руками к экранам мониторов, а также дотрагиваться до них
иными предметами, как то: авторучки, карандаши, указки и др."
Из "правил техники безопасности при использовании персональных компьютеров", 1988 год.
Вы никогда не задавались любопытным и достаточно нетривиальным вопросом: зачем нам клавиатура? Безусловно, данное устройство ввода, появившееся едва ли не вместе с компьютерами еще в те далекие времена, когда эти компьютеры даже не были персональными, в процессе работы с машиной незаменимо. Тем не менее, есть у клавиатур и очевидные слабые места: механика клавиш, постоянно подвергающаяся прямому физическому воздействию со стороны пользователей, рано или поздно выходит из строя, клавиатура быстро пачкается, а нанесенная на пластиковую поверхность маркировка - стирается. Наконец, на клавиатуру можно просто вылить пиво.
Бесспорно, в домашних условиях при использовании на настольных ПК ничего лучше и удобнее традиционных клавиатуры и мыши не найти. А если компьютер выполняет роль терминала публичного доступа, скажем, в качестве интерактивной справочной службы в крупном супермаркете, в гостинице, или на вокзале, где его ресурсами могут воспользоваться ежедневно сотни и тысячи посетителей или пассажиров? Именно для этих целей и применяются в наши дни так называемые сенсорные технологии - технологии, подразумевающие использование специальных сенсорных экранов, совмещающих процессы вывода информации пользователю и ввода им новых данных в систему. В первом приближении использование сенсорной технологии чем-то напоминает методику работы с гипертекстовыми документами, содержащими реагирующие на действия оператора активные элементы, с одной лишь разницей: в данном случае роль указателя мыши играет человеческий палец.
Каким образом реализованы современные сенсорные технологии? Существует несколько различных принципов, позволяющих сделать экран обычного компьютера интерактивным. Их мы и рассмотрим в тексте настоящей статьи.
Резистивная технология
Именно резистивная пяти-электродная технология исторически явилась первым механизмом, позволившим создать простые и надежные сенсорные экраны. Пионером в этой области стала американская компания ELO Touch Systems, начавшая первые разработки в данной сфере электронных технологий уже более двадцати пяти лет назад.
Резистивный сенсорный экран имеет многослойную структуру, состоящую из двух проводящих поверхностей, разделенных специальным изолирующим составом, распределенным по всей площади активной области экрана. При касании наружного слоя, выполненного из тонкого прозрачного пластика, его внутренняя проводящая поверхность совмещается с проводящим слоем основной стеклянной пластины, играющей роль каркаса конструкции, благодаря чему происходит изменение сопротивления всей системы. Это изменение фиксируется микропроцессорным контроллером, передающим координаты точки касания управляющей программе компьютера, которая, в свою очередь, преобразует их в стандартный сигнал, возникающий при щелчке клавишей мыши в какой-либо области рабочего окна стандартного приложения операционной системы. Таким образом, резистивные сенсорные экраны позволяют использовать любое программное обеспечение, поддерживающее управление при помощи мыши и, соответственно, прекрасно работают совместно с системными платформами семейства MS Windows.
Технология поверхностных акустических волн
Данный принцип создания сенсорных экранов является более технологичным и дорогостоящим, однако он позволяет достичь значительно большей точности при фиксировании действий пользователя за счет компенсации возможных погрешностей при определении экранных координат мощным математическим аппаратом программной надстройки и невосприимчивости экрана к присутствию на его поверхности грязи, воды и царапин.
В углах такого экрана размещается специальный набор пьезоэлектрических элементов, на которые подается электрический сигнал частотой 5 Мгц. Этот сигнал преобразуется в ультразвуковую акустическую волну, направляемую вдоль поверхности экрана, а сам экран представляется для программы управления сенсорными датчиками в виде цифровой матрицы, каждое значение которой соответствует определенной точке экранной поверхности. В ограничивающую экран рамку вмонтированы так называемые отражатели, распространяющие ультразвуковую волну таким образом, что она охватывает все рабочее пространство сенсорного экрана. Специальные рефлекторы фокусируют ультразвук и направляют его на приемный датчик, который снова преобразует полученное им акустическое колебание в электрический сигнал. Даже легкое касание экрана в любой его точке вызывает активное поглощение волн, благодаря чему картина распространения ультразвука по его поверхности несколько меняется. Управляющая программа сравнивает принятый от датчиков изменившийся сигнал с хранящейся в памяти компьютера цифровой матрицей - картой экрана, и вычисляет исходя из имеющихся данных координату касания, причем значение координаты высчитывается независимо для вертикальной и горизонтальной оси. Количество поглощенной волны преобразуется в третий параметр, определяющий силу нажатия пользователя на экран. Полученные таким образом данные передаются соответствующему программному комплексу, определяющему дальнейший алгоритм работы компьютера в ответ на действия пользователя.
Технология распределенной емкости
Поверхность сенсорного экрана, использующего для вычисления координат принцип распределенной емкости, покрыта специальным проводящим составом, конденсирующим слабый электрический заряд. При касании экрана емкость всей системы в целом изменяется. По характеру таких изменений управляющий сенсорным экраном контроллер вычисляет координату касания, преобразует эту информацию в соответствующий сигнал, который, в свою очередь, поступает на системную шину компьютера.
Технология использования инфракрасных волн
Вдоль границ сенсорного экрана, применяющего в своей работе принцип инфракрасных волн, устанавливаются специальные излучающие элементы, генерирующие направленную вдоль поверхности экрана световые волны инфракрасного диапазона, распределяющиеся в его рабочем пространстве наподобие координатной сетки. С другой стороны экрана смонтированы улавливающие элементы, принимающие волну и преобразующие ее в электрический сигнал. Если один из инфракрасных лучей перекрывается попавшим в зону действия лучей посторонним предметом, луч перестает поступать на приемный элемент, что тут же фиксируется микропроцессорным контроллером. Таким образом и вычисляется координата касания.
Примечательно, что инфракрасному сенсорному экрану все равно, какой именно предмет помещен в его рабочее пространство: нажатие может осуществляться пальцем, авторучкой, указкой, и даже рукой в перчатке. Инфракрасные сенсорные экраны, выполненные в виде полой рамки с установленными в ней датчиками, применяются в основном, на домашних настольных ПК, экраны, основа которых изготовлена из ударопрочного отожженного стекла толщиной до 0,5 дюймов, устанавливают обычно в информационных киосках и электронных справочных системах общего доступа. Подобные экраны вполне способны выдержать удар кирпича, однако некоторые модели моментально выходят из строя, если продвинутые пользователи такой системы залепят, например, один из активных элементов экрана жевательной резинкой или просто поместят ее на стекло.
Совместимость
В настоящее время сенсорные экраны практически всех типов совместимы с любыми используемыми на персональных компьютерах операционными системами, например, с Linux, UNIX, MacOS, MS DOS, MS Windows 3.X, 9X, NT, 2000 и XP. Такая "поголовная" совместимость объясняется тем, что контроллеры сенсорных экранов передают компьютеру данные о действиях пользователей в формате, применяемом для обычной мыши. В общем случае вполне достаточно лишь подключить к операционной системе соответствующие драйверы, и экран готов к работе. Контроллеры сенсорных экранов также бывают различными: внешними, подключающимися к COM-порту компьютера, и внутренними, устанавливающимися в соответствующий слот расширения подобно обычному периферийному устройству.
Новые технологии
Разумеется, в рамках этого небольшого материала мы рассмотрели далеко не все технические принципы, используемые в современных сенсорных экранах: например, ряд тайваньских фирм выпускает системы, использующие так называемую четырех-электродную резистивную технологию.
Около года назад на рынке появился сенсорный экран Scribex, разработанный фирмой ELO Touch Systems. Этот экран, использующий пяти-электродную резистивную технологию, открывает перед пользователями возможность с большой достоверностью вводить в компьютер произвольный рукописный текст с помощью любого подручного предмета. Таким образом клиенты банковских электронных систем могут помещать в программный модуль банковского терминала свою подпись, что является оптимальным способом производить авторизацию пользователей и подписывать все необходимые документы с любого доступного терминала без необходимости посещать для этого офис банка.
Зачем?
Процент опытных пользователей ПК по отношению к общему количеству жителей любого государства мира относительно низок. Именно по этой причине традиционные системы ввода - клавиатура и мышь - неприменимы для информационных систем, рассчитанных на использование широким кругом потребителей, например, тех же информационных киосков или банковских терминалов, поскольку требуют обязательного наличия определенных навыков в обращении. Вместе с тем, прикосновение к заинтересовавшему человека предмету осуществляется нами интуитивно, на уровне подсознательных рефлексов, что и позволяет приблизить электронные технологии к широчайшему кругу пользователей.
Наверняка многие из вас замечали, что при большом количестве текущей работы, тем более - если эта работа осуществляется в шумном и людном помещении, где присутствует множество отвлекающих внешних факторов, рассеивающих внимание, пользователь начинает путаться в клавишах и ошибаться при вводе информации. Именно по этой причине многие владельцы ПК заклеивают на современных клавиатурах, подключенных к машинам, поддерживающим программное управление питанием, клавишу "power" с помощью самодельных пластиковых или металлических боксов. Ошибки оператора не так существенны, если вводимая информация не является критической для безопасности других людей. А если речь идет об авиадиспетчерах, управляющих воздушными рейсами, или операторах атомных электростанций? Использование сенсорных экранов позволяет генерировать пользовательскую клавиатуру с помощью операционной системы компьютера, выводить на монитор ПК те клавиши, которые нужны оператору в данный момент времени, изменять их размер, форму, цвет, адаптируя клавиатуру к особенностям зрения каждого конкретного пользователя.
В последнее время намечается развивающаяся тенденция к активному применению сенсорных экранов в настольных вычислительных системах. По оценкам экспертов, уже в ближайшем будущем это может привести к тому, что персональный компьютер из устройства, доступного лишь для опытных пользователей, имеющих опыт работы с ПК или прошедших специальный курс обучения, станет поистине массовым инструментом, которым сможет воспользоваться любой желающий, увидевший персоналку впервые в жизни на прилавке компьютерного магазина.
