Nuo piršto prisilietimo iki atsakymo – magija, kuri vyksta per milisekundes
Prisimenu, kaip prieš kokį dešimtmetį pirmą kartą pamačiau žmogų, kuris bandė „paslinkti” nuotrauką ant paprastos kompiuterio ekrano pirštu. Dabar tokia situacija atrodytų keista – juk beveik visi ekranai, kuriuos naudojame kasdien, reaguoja į mūsų prisilietimus. Telefonai, planšetės, banko terminalai, informaciniai kioskuose, net kavos aparatai – visur interaktyvūs ekranai. Bet kaip iš tikrųjų veikia šita technologija, kuri tapo tokia įprasta, kad apie ją net negalvojame?
Interaktyvus ekranas – tai ne viena technologija, o keletas skirtingų būdų, kaip paversti stiklo paviršių jutikliu. Kai liečiate ekraną, vyksta sudėtingas fizinių reiškinių ir elektronikos derinys, kuris per akimirką nustato, kur tiksliai palietėte ir ką norėjote padaryti. Skirtingos technologijos naudoja skirtingus principus – vieni ekranai reaguoja į elektros laukų pasikeitimus, kiti į spaudimą, dar kiti į šviesos blokavimą.
Rezistyviniai ekranai – senasis, bet patikimas būdas
Pirmieji masiškai paplitę jutikliniai ekranai buvo rezistyviniai. Juos matėte senesniuose GPS navigatoriuose, kasų aparatuose ar pramoninėje įrangoje. Šie ekranai veikia itin paprastu principu – tai dvi plonos skaidrios plėvelės, padengtos elektrai laidžia medžiaga, dažniausiai indžio alavo oksidu. Tarp šių plėvelių yra mikroskopinės distancinės detalės, kurios jas išlaiko atskirtas.
Kai paspaudžiate tokį ekraną pirštu, rašikliu ar bet kokiu kitu daiktu, viršutinė plėvelė sulinksta ir susiliečia su apatine. Toje kontakto vietoje pasikeičia elektros varža (rezistancija), ir sistema gali apskaičiuoti tikslią prisilietimo vietą matuodama elektros srovės pokyčius abiejose ašyse – horizontalioje ir vertikalioje.
Rezistyvinių ekranų privalumas – jie veikia su bet kokiu daiktu. Galite naudoti pirštą su pirštine, nagą, plastmasinį rašiklį ar net pieštuko galą. Jie taip pat pigesni gaminti ir gali būti labai tikslūs. Tačiau yra ir trūkumų: tokius ekranus reikia fiziškai paspausti, todėl jie nusidėvi, o vaizdo kokybė šiek tiek prastesnė, nes šviesa turi praeiti per kelias plėveles. Be to, jie nepalaiko kelių prisilietimų vienu metu – negausite to „zoom” efekto dviem pirštais.
Talpiniai ekranai – kodėl jūsų telefonas reaguoja tik į pirštą
Jūsų išmaniajame telefone greičiausiai yra talpinis (kapacityvinis) ekranas. Šie ekranai veikia visiškai kitaip ir yra daug jautresni. Ant stiklo paviršiaus užneštas plonas skaidrus elektrai laidus sluoksnis, dažniausiai tas pats indžio alavo oksidas. Per šį sluoksnį teka silpna elektros srovė, kuri sukuria vienodą elektrinį lauką visame ekrano paviršiuje.
Štai kur prasideda įdomybės – žmogaus kūnas taip pat veda elektrą. Kai priliečiate pirštą prie talpinio ekrano, jūsų pirštas veikia kaip kondensorius ir iš ekrano paviršiaus „pasiima” šiek tiek elektros krūvio. Ekrano kampuose esantys jutikliai užfiksuoja, kad elektros lauko stiprumas pasikeitė, ir pagal tai, kuriame jutiklyje pokytis didesnis, sistema apskaičiuoja tikslią prisilietimo vietą.
Modernūs talpiniai ekranai naudoja sudėtingesnę technologiją – projekcinio talpos principą. Ekrano paviršiuje yra tinklelis iš mikroskopinių laidų, išdėstytų eilutėmis ir stulpeliais. Kai priliečiate ekraną, keičiasi elektrinė talpa toje vietoje, kur laidų eilutė ir stulpelis kertasi. Tokia sistema leidžia aptikti kelis prisilietimus vienu metu – todėl galite „zoom’inti” nuotraukas dviem pirštais ar žaisti žaidimus, kurie reikalauja kelių prisilietimų.
Talpiniai ekranai turi puikią vaizdo kokybę, nes ant LCD ar OLED ekrano tiesiog uždedamas vienas plonas stiklo sluoksnis su laidžia danga. Jie tvaresni už rezistyvinius, nes nereikia nieko spausti – pakanka lengvo prisilietimo. Bet štai problema – jie nereaguoja į paprastus plastmasinius rašiklius ar pirštines. Tam reikia specialių „talpinių” rašiklių, kurie imituoja žmogaus piršto elektines savybes.
Infraraudonųjų spindulių technologija – kai ekranas „mato” jūsų pirštą
Yra ir visiškai kitoks būdas sukurti interaktyvų ekraną – naudojant šviesos spindulius. Infraraudonųjų spindulių (IR) ekranuose aplink ekrano perimetrą išdėstyti maži IR šviesą skleidžiantys diodai ir atitinkami jutikliai. Jie sukuria nematomą šviesos tinklelį virš ekrano paviršiaus.
Kai įkišate pirštą ar bet kokį kitą objektą į šį tinklelį, užblokuojate kai kuriuos spindulius. Sistema nustato, kurie spinduliai užblokuoti, ir pagal tai apskaičiuoja prisilietimo vietą. Šios technologijos privalumas – ekranas gali būti bet kokio dydžio, net labai didelis, ir veikia su bet kokiu daiktu, net su pirštinėmis. Matėte tuos didžiulius interaktyvius ekranus muziejuose ar prekybos centruose? Dažnai tai būtent IR technologija.
Trūkumas – sistema gali susipainioti, jei ekranas labai apšviestas arba jei ant jo yra nešvarumų, kurie blokuoja spindulius. Be to, tokia sistema aptinka tik tai, kas liečia ekrano paviršių, bet negali jausti spaudimo stiprumo.
Akustinės bangos ir kitos egzotiškos technologijos
Kai kurie interaktyvūs ekranai naudoja akustines bangas – ultragarsą, kurio žmogus negirdi. Ekrano kampuose yra ultragarsą skleidžiantys ir priimantys elementai. Kai priliečiate ekraną, jūsų pirštas sugeria dalį akustinės energijos, ir sistema pagal bangų atspindžio pasikeitimą nustato prisilietimo vietą.
Ši technologija gana reta, bet turi įdomių privalumų – puiki vaizdo kokybė (nieko nereikia dėti ant ekrano paviršiaus), veikia su bet kokiu daiktu, net su pirštinėmis. Tačiau tokius ekranus gali „suklaidinti” vanduo ar kiti skysčiai ant paviršiaus, nes jie taip pat sugeria akustines bangas.
Optiniai ekranai naudoja kameras ir vaizdo atpažinimo algoritmus. Virš ekrano paviršiaus ar už jo montuojamos mažos kameros, kurios stebi, kur atsiranda šešėliai ar kur pirštas uždengia šviesą. Tokia technologija dažnai naudojama labai dideliuose interaktyvuose ekranuose ar projektorių sistemose, kur kitos technologijos būtų per brangios.
Kaip sistema supranta, ką norėjote padaryti
Aptikti prisilietimą – tai tik pusė darbo. Sistema dar turi suprasti, ką tuo prisilietimu norėjote pasakyti. Ar tai buvo paprastas paspaudimas, ar tempimas, ar „zoom” gestas dviem pirštais?
Modernus jutiklinis ekranas skaito prisilietimus šimtus kartų per sekundę. Jis stebi ne tik kur priliečiate, bet ir kaip juda jūsų pirštas, kaip greitai, kokiu kampu. Visa ši informacija siunčiama į procesoriją, kur specialios programos analizuoja gestus.
Pavyzdžiui, kai „slenkat” sąrašą telefone, sistema mato, kad jūsų pirštas greitai judėjo viena kryptimi ir tada pakilo nuo ekrano. Ji apskaičiuoja judėjimo greitį ir tęsia slinkimą ta pačia kryptimi, pamažu lėtindama – imituoja fizinį inerciją, tarsi stumtumėte realų objektą. Tai vadinama „momentum scrolling” ir sukuria natūralų, sklandų pojūtį.
Kai „zoom’inate” dviem pirštais, sistema stebi dviejų prisilietimo taškų atstumą ir kaip jis keičiasi. Jei atstumas didėja – didina vaizdą, jei mažėja – mažina. Skamba paprastai, bet reikia sudėtingų algoritmų, kad tai veiktų sklandžiai ir tiksliai.
Kodėl kai kurie ekranai veikia geriau nei kiti
Turbūt pastebėjote, kad kai kurių prietaisų ekranai reaguoja žaibiškai ir tiksliai, o kiti šiek tiek „lėtesni” ar ne tokie tikslūs. Tai priklauso nuo kelių dalykų.
Pirma, svarbiausia yra skenavimo dažnis – kiek kartų per sekundę ekranas tikrina, ar yra prisilietimų. Pigesni ekranai gali tikrinti 60 kartų per sekundę, o aukščiausios klasės – 120 ar net 240 kartų. Kuo dažniau tikrina, tuo greičiau reaguoja ir tuo sklandesnis pojūtis.
Antra, svarbu jutiklio tikslumas ir raiška. Kai kurie ekranai gali aptikti prisilietimą kas kelis milimetrus, kiti – kas milimetrą ar net tiksliau. Tai ypač svarbu, kai bandote paspausti mažus mygtukus ar tiksliai piešti.
Trečia, procesoriaus galia ir programinė įranga. Net su puikiu ekranu, jei procesorius lėtas ar programinė įranga blogai optimizuota, jausite vėlavimą tarp prisilietimo ir atsakymo.
Dar vienas dalykas – ekrano kokybė gali prastėti nuo nešvarumų, apsauginių plėvelių ar įtrūkimų. Talpiniai ekranai ypač jautrūs – net plona riebalinė plėvelė nuo pirštų gali šiek tiek pabloginti jautrumą. Todėl reguliarus ekrano valymas ne tik higieniška, bet ir padeda išlaikyti gerą jutiklio veikimą.
Ateities ekranai – kas laukia už kampo
Interaktyvių ekranų technologija nuolat tobulėja. Viena įdomiausių krypčių – haptinė grįžtamoji informacija. Tai kai ekranas ne tik jaučia jūsų prisilietimą, bet ir jūs jaučiate ekraną. Specialūs vibruojantys elementai gali imituoti mygtuko paspaudimo pojūtį ar net skirtingų paviršių tekstūrą. Apple jau naudoja „Haptic Touch” savo įrenginiuose, o ateityje tai gali tapti dar sudėtingesnė.
Kita kryptis – ore veikiantys ekranai. Technologijos, kurios gali aptikti jūsų pirštą dar jam nepalietę ekrano. Tai naudinga, kai ekranas purvinas (pavyzdžiui, virtuvėje) arba kai reikia valdyti prietaisą neliečiant jo (medicinos įrangoje). Kai kurie Samsung telefonai jau turi „Air Gestures” funkcijas, naudojančias kameras ir jutiklius.
Lanksčių ekranų atsiradimas taip pat kelia naujų iššūkių. Kaip sukurti jutiklinį ekranų, kuris ne tik lenkiasi, bet ir toliau tiksliai aptinka prisilietimus? Gamintojams teko išrasti naujus būdus, kaip išdėstyti jutiklius, kad jie nesutriktų ekraną sulenkus.
Dar viena įdomi sritis – spaudimo jautri ekranai. Ne tik aptikti prisilietimą, bet ir suprasti, kaip stipriai spaudžiate. Apple vadina tai „3D Touch” ar „Force Touch”. Tai leidžia turėti papildomas valdymo galimybes – lengvas paspaudimas daro vieną veiksmą, stiprus – kitą.
Kaip prižiūrėti ir maksimaliai išnaudoti jutiklinį ekraną
Kad jūsų interaktyvus ekranas veiktų kuo geriau ir ilgiau, verta žinoti kelis praktinius dalykus.
Valymas yra svarbus, bet reikia daryti teisingai. Niekada nenaudokite agresyvių chemikalų ar šiurkščių medžiagų. Geriausias būdas – šiek tiek sudrėkintas mikropluošto audinys. Jei ekranas labai purvinas, galite naudoti specialius ekranų valiklių, bet dažniausiai pakanka paprasčiausio vandens. Talpiniams ekranams ypač svarbu pašalinti riebalus nuo pirštų – jie ne tik blogina matomumą, bet ir šiek tiek mažina jautrumą.
Apsauginės plėvelės gali būti naudingos, bet ne visos vienodai geros. Pigios plėvelės gali sumažinti ekrano jautrumą ar tikslumą. Jei naudojate apsauginę plėvelę, rinkitės kokybiškas, specialiai jūsų prietaisui skirtas. Stikliniai apsauginiai stiklai paprastai geriau išlaiko jutiklio savybes nei plastikinės plėvelės.
Temperatūra taip pat turi įtakos. Labai šaltoje aplinkoje talpiniai ekranai gali blogiau veikti, nes keičiasi medžiagų elektrinės savybės. Jei jūsų telefonas užšalo, palaukite, kol jis šiek tiek atšils – ekranas vėl veiks normaliai.
Jei ekranas pradėjo blogai reaguoti, pirmiausia pabandykite jį išvalyti ir perkrauti prietaisą. Kartais programinės įrangos sutrikimas gali sukelti jutiklio problemų. Jei tai nepadeda, gali būti, kad ekranas fiziškai pažeistas – net nematomi mikro įtrūkimai gali sutrikdyti jutiklių veikimą.
Kai technologija tampa nematomu pagalbininku
Interaktyvūs ekranai per keliolika metų nuo futuristinės naujovės tapo tokia įprasta dalimi mūsų gyvenimo, kad net nepagalvojame, kaip sudėtinga technologija slypi už paprasčiausio piršto judesio. Nuo rezistyvinių ekranų, kuriuos reikėjo spausti rašikliu, iki ultra jautrių talpinių ekranų, kurie reaguoja į lengviausią prisilietimą ir supranta sudėtingus gestus – technologija nuėjo ilgą kelią.
Kas įdomiausia – ši technologija toliau vystosi. Ekranai tampa ne tik jautresni, bet ir protingesni, gebantys suprasti kontekstą, numatyti mūsų ketinimus, net suteikti fizinį grįžtamąjį ryšį. Galbūt netrukus ekranai taps tokie pažengę, kad skirtumas tarp skaitmeninio ir fizinio pasaulio išnyks visiškai.
O kol kas, kiekvieną kartą, kai „zoom’inate” nuotrauką dviem pirštais ar slenkat naujienų srautą, vyksta mažas technologinis stebuklas – elektrinių laukų šokis, milisekundžių tikslumu atliekami skaičiavimai ir sklandus atsakymas, kuris atrodo toks natūralus, tarsi ekranas būtų gyvas. Ir tai, kad mes to net nepastebime, yra geriausias įrodymas, jog technologija tikrai veikia.