触摸屏：超高效的视觉人机交互

现在，我们可能很难容忍一款没有触控功能的平板电脑或者智能手机了。家庭，汽车，餐馆，商店，飞机，无论何处是公共还是私人空间，触摸屏在我们生活中都随处可见。

视觉内容能在短时间内产生更大的影响力，研究表明，大脑处理视觉内容的速度比文字内容快 60000倍。 21世纪，视觉内容可以说是一图胜千言，触摸屏能实现超高效的人机交互。

电影《遗漏战境》中的触摸屏

很难相信仅仅十几年前，触摸屏技术只能在科幻小说和电影中找到，经过几代人的努力和几个重大技术的进步达到了目前的水平。虽然触摸屏的背景技术可以追溯到20世纪40年代，但有很多证据表明至少直到1965年后触摸屏才切实可行。

流程图

首先，让我们把手指放到屏幕上，回溯到20世纪60年代。

20世纪六十年代：第一个触摸屏

第一块手指式触摸屏

历史上通常认为第一个手指式触摸屏是 由E.A. Johnson 于1965年在位于英国马尔文的皇家雷达研究院发明的 。 Johnson 最初在《电子快报》上发表题为“触摸显示—一种新的计算机输入/输出设备”的论文中描述了他的工作。论文中一幅示意图描述了我们今天许多智能手机使用的一种触摸屏的机制---就是我们所知的电容式触摸屏。两年后，Johnson在论文“触摸显示：编程人机界面”中用照片和示意图进一步阐述了该技术，并发表在1967年的《人体工程学》期刊上。

电容触摸屏的工作原理

电容式触摸屏面板使用诸如玻璃类的绝缘体，其表面涂覆有氧化铟锡（ITO）类的透明导体。“导电”部分通常是人的手指，从而使之成为很好的电导体。Johnson的初始技术一次只能处理一个触摸，和我们今天的“多点触控”技术相距较远。该发明是使用二进制来解释界面触摸是否接触，响应会滞后很多。

即使没有额外的功能，早期的触摸界面想法也有一些接受者。约翰逊的发现最终被英国的空中交通管制员采用，并一直使用到了二十世纪九十年代后期。

20世纪七十年代：电阻式触摸屏的发明

虽然电容式触摸屏先被发明，但在触摸屏的早期却被电阻式触摸屏超越了。 美国发明家G. Samuel Hurst博士 偶然的发明了电阻式触摸屏。伯里亚学院的校友杂志曾这样形容：

研究小组用了一个只能在夜间工作的老旧的范德格拉加速器来研究原子物理。繁琐的分析使得研究进展缓慢。Sam想了一个办法来解决这个问题。他和Parks及另外一名博士生Thurman Stewart用导电纸读取一对X,Y坐标。这个想法导致了第一个计算机触摸屏的诞生。他的学生用这个原型将原来需要几天时间才能完成的计算在几个小时内便完成了。

1970年，在Hurst回到橡树岭国家实验室（ORNL）工作后，Hurst用业余的时间开始实验。Hurst和其他九个来自不同专业领域的朋友在他的地下室着手改进这个偶然的发明。这个小组称这个初创的企业为“Elographics”，且小组发现计算机显示器上的触摸屏是一个极好的人机交互方法。

作为一类技术，电阻式触摸屏的生产成本通常非常实惠。 在餐馆，工厂和医院中的机器和设备大都使用的是这种触摸技术，因为其在这些环境中足够耐用。智能手机制造商过去也使用这种电阻式触摸屏，但在今天的手机领域其仅仅存在于低端的手机中。

第一台用于课堂的触摸屏电脑---PLATO IV

到了1971年，市面上推出了许多不同的触控机器，其中使用最广泛的是伊利诺伊大学的PLATOIV---第一个计算机辅助教学系统。PLATO IV是第一台用于课堂的触摸屏电脑，学生可以触摸屏幕来回答问题，但它没有使用电容式或电阻式触摸技术，而是支持一种红外系统。

20世纪八十年代：触摸技术的十年

1982年，多伦多大学的NimishMehta开发出了第一个可操作的多点触摸设备。 它与其说是触摸屏，倒不如说它是一个触摸平板。输入研究团队，设计出了一个毛玻璃板，在其背部带有能识别显示在屏上的不同黑点，进而能侦测到操作动作的摄像头。

不久之后，一名美国计算机能手，Myron Krueger设计出了手势交互技术，他开发出了一个光学系统以跟踪纪录手的移动。 克鲁格设计的视频地带（video place）后来被称之为视频台（video Desk）。他用一个投影器和一个视频摄像头跟踪记录人手，手指，及相应的人。不像多点触摸技术那样，完全不需要知道是谁及是什么东西在触碰，但软件可以对不同的姿态作出响应。

该研究工作比该触摸技术出现的时间，早十多年，并且形成巨大影响，然而却没能得到应有知名度。”克鲁格在他的职业生涯的后期，成为虚拟现实及交互操作艺术的先驱。

视频台（video Desk）工作原理

触摸屏在二十世纪八十年代早期，被大量进行商用化 。 惠普 在1983年9月，以其HP-150为其商用化开端。该计算机采用MS-DOS操作系统，并且带有一个9英寸索尼CRT显示器，该显示器被能够识别，屏上的用户手指下移的红外发光器和探测器所包围，整个系统耗费2795美元，但它没有立刻获得市场的青睐，因为它还存在一些使用性问题。例如戳向屏幕，将阻挡相应红外射线，以使计算机判定手指所指位置。这容易导致所谓的“猩猩手臂”，由于用户持续长时间的伸直手，形成的手臂肌肉疲劳。

搭载MS-DOS操作系统和索尼9英寸触摸屏的HP-150

一年后，当贝尔实验室的Bob Boie开发出了首个透明多点触摸屏的叠层时，多点触摸技术才向前发展了一步。 正如Ars在去年所写到的：第一个多点触摸屏在1984年，由贝尔实验室开发出来。比尔.巴克斯顿报道说，那个由鲍勃.博伊厄开发的显示屏，“利用叠加在CRT上的触摸传感器的透明电容组。”它使用户能够“用手指操作图形对象，并且时间响应很快。”

这一发明促进了我们今天在平板及智能手机上的多点触摸技术的发展。

20世纪九十年代：大众化的触摸屏

IBM的Simon通信设备

在1993年，IBM和贝尔南方共同开发了Simon通信设备，很可能是世界上第一款智能手机， 尽管当时还没有这个名词。它能翻页，收发e-mail，带有日历，预约计划，电话簿，计算器，及笔写式画板。它还有一个电阻性触摸屏，因此要用手写笔来操作菜单条及输入数据。

苹果公司的MessagePad 100

那一年苹果公司也开始了它的个人数字助理(PDA)--Newton PDA。 尽管Newton平台开始于1987年，但MessagePad 100才是首个搭载该系统的苹果设备。正如时代杂志当时所说，当时苹果的CEO事实上创造了“PDA”这一专门术语。就像IBM的个人通信设备，MessagePad 100带有手写识别软件，通过手写笔来进行操作。

MessagePad100手写识别软件工作有问题，并且销售量也不高。但苹果仍然坚持生产了6年多。

PalmComputing公司的产品

三年后，Palm Computing公司推出了他们的PDA，并称之为Pilot。 就象它之前的触摸屏装置，Pilot 1000和Pilot 5000产品也需要用手写笔。

Palm Computing公司的PDA设备比IBM及苹果的产品更成功一点。它很快就成为“商务”的同义词，这部分地归功于其手写识别软件的良好工作性能。

到上个世纪九十年代后期，特拉华大学的毕业生，Wayne Westerman发表了题为“Hand Tracking,Finger Identification, and Chordic Manipulation on a Multi-Touch Surface”的博士论文。该论文详细阐述了，我们今天所知的，并成为现代设备配备的触摸屏技术主流的电容性多点触摸技术。

FingerWorks公司的产品

Westerman和其顾问老师John Elias开了一家叫FingerWorks的公司。该公司开始生产基于手势的多点触摸屏产品线，包括被称作TouchStream的基于手势的键盘。FingerWorks公司最终在2005年，为苹果公司收购。通过此举，苹果获得了了许多该公司特有的触控技术。

21世纪第一个十年及其超越

由于之前的技术积累，二十一世纪的头十年就成为触摸屏技术真正兴盛的时期，触摸屏技术也越来越为大众所接受和喜爱。

Alias|Wavefront公司基于手势的PortfolioWall产品

当新千年到来之际，各公司都注入更多的资源以将触摸屏技术整合进日常处理中。2001年，PortfolioWall首次亮相。该产品由通用汽车与Alias|Wavefront公司的人员共同完成，用户仅用手势就可以操作图像、动画、3D模型。

索尼的智能皮肤感应原理

2002年，索尼推出了一款名为SmartSkin的输入系统，能够同时识别多只手定位及多触点。 该技术通过电容性感应器及网状天线，计算手与表面之间的距离，既使在昏暗的光线条件下，也不会出现故障。

DSIDatotech公司HandGear产品

2002年，当位于加拿大的DSIDatotech公司开发出了支持多点触控的HandGear设备。 HandGear能够使用户更好的实时把握三维物体，该公司甚至开发出了自动桌面的应用接口。不幸的是，当他们打算继续推进的他的多触点技术设想时，公司所有的资金已消耗完了，致使DSI Datotech公司早早关门。

第一代iPhone

前面提到过IBM的Simon可能是世界上第一款触摸屏手机，在那之后，摩托罗拉、索尼爱立信、三星、HTC等手机厂商，都在不断寻找真正适合手机的触摸屏设计。 但真正引爆触摸屏手机的还是苹果公司在2007推出具有高分辨率、多点触控功能的第一台iPhone 。真正确立了触摸屏的标准。而在今天，电容触摸屏已经成为一种智能手机的标准配备。

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