由于具有操作直觀垄窃、軟件靈活以及節(jié)省體積與成本等優(yōu)點(diǎn),觸摸屏正在逐漸替代鍵盤壹蔓。這種轉(zhuǎn)變帶來(lái)諸多好處,也解決了許多人機(jī)界面(HMI)問(wèn)題,但是由于缺乏用戶使用機(jī)械按鈕所具有的觸覺(jué)反饋體驗(yàn),觸摸屏也引發(fā)了其它一些HMI方面的問(wèn)題匠襟。最簡(jiǎn)單的解決方案是在觸摸屏接口增加觸覺(jué)反饋功能,從而同時(shí)提供觸摸屏和鍵盤的最佳特性家夺。

觸摸屏 vs.鍵盤

目前觸摸屏已經(jīng)侵吞了不少的鍵盤市場(chǎng)份額脱柱。工業(yè)市場(chǎng)調(diào)研公司Venture Development統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示,2006年觸摸屏市場(chǎng)份額在2005年53.8%的基礎(chǔ)上增長(zhǎng)2.5%,鍵盤市場(chǎng)則下降3.6%至26.2%。

實(shí)際上無(wú)需看統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也能親身體驗(yàn)到觸摸屏市場(chǎng)的增長(zhǎng)拉馋。它們無(wú)處不在:汽車榨为、娛樂(lè)場(chǎng)所、消費(fèi)類電子煌茴、工業(yè)控制随闺、醫(yī)療設(shè)備、移動(dòng)電話蔓腐、POS系統(tǒng)以及提供從銀行到售票等業(yè)務(wù)的自助服務(wù)亭矩乐。

僅對(duì)移動(dòng)電話市場(chǎng)而言,全球調(diào)研和咨詢公司Strategy Analytics就認(rèn)為,到2012年將有40%的移動(dòng)電話會(huì)采用某種形式的觸覺(jué)感應(yīng)技術(shù),而目前只有3%。包括蘋果iPhone在內(nèi)的許多最新手機(jī)產(chǎn)品都使用了價(jià)格相當(dāng)于鍵盤的大觸摸屏回论。不過(guò),也有不少觀察人士認(rèn)為與鍵盤相比,觸摸屏還存在不便之處,即缺少觸覺(jué)反饋恋猜。由于沒(méi)有反饋,用戶無(wú)法感知按鍵并確定“已完成了該動(dòng)作”。

在一些應(yīng)用中,缺乏觸覺(jué)反饋引起的問(wèn)題足以阻止機(jī)械開關(guān)向數(shù)字控制轉(zhuǎn)換發(fā)展的進(jìn)程晴消。目前人們對(duì)使用觸覺(jué)感應(yīng)設(shè)備的需求非常強(qiáng)烈,設(shè)計(jì)人員也需要很好地了解觸覺(jué)反饋技術(shù)給HMI帶來(lái)的價(jià)值贰嚷。

目前觸覺(jué)感應(yīng)技術(shù)已在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中引發(fā)一場(chǎng)革命,三星公司新推的SCH-W559就是一個(gè)很好的例子。但這種手機(jī)有別于其它大屏幕產(chǎn)品战决。SCH-W559所采用的技術(shù)能使虛擬屏幕按鍵具有真實(shí)泵位、自然的感覺(jué),并能為用戶操作提供直覺(jué)確認(rèn)。

除了能夠解決現(xiàn)有觸摸屏缺少觸覺(jué)確認(rèn)的問(wèn)題,觸覺(jué)反饋還有助于解決以下一些HMI問(wèn)題:

1)在陽(yáng)光直接照射下,難以看清圖形變化窘燎；

2)在用戶觸摸屏幕期間,目標(biāo)經(jīng)常模糊不清辙肿；

3)當(dāng)在做其它重要事情時(shí),比如開車或問(wèn)診病人,用戶不可能一直盯著屏幕看；在周圍環(huán)境嘈雜或需要安靜的環(huán)境時(shí),用戶也不能依賴聲音提示進(jìn)行確認(rèn)或指導(dǎo)。

圖1:帶觸覺(jué)反饋功能觸摸屏的三星SCH-W559诀甫。

圖2:當(dāng)用戶觸摸圖形按鈕時(shí),觸覺(jué)反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)編程的觸覺(jué)效果驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)兆焦。

除了有助于解決這些問(wèn)題外,一些研究報(bào)告指出,HMI中的觸覺(jué)反饋能夠提供重要的功能。它可以提供效率永铛、誤碼率及用戶滿意度方面的量化效應(yīng)生碗。而且將觸覺(jué)反饋與音視頻結(jié)合起來(lái)還能為這些領(lǐng)域提供額外的優(yōu)勢(shì)。

調(diào)查發(fā)現(xiàn),大量信息可通過(guò)觸摸傳送,而不僅是簡(jiǎn)單的提示驾窟。事實(shí)上,觸摸信道可能非常適合于提供特殊類型的信息,例如私有庆猫、直接、動(dòng)態(tài)和確認(rèn)的信息绅络。

觸摸可提供支持外圍或潛意識(shí)通信的高效二級(jí)信道,而讓其它感覺(jué)更好地專注于主要任務(wù)月培。多項(xiàng)研究表明,用戶很需要HMI中的觸覺(jué)反饋功能,因?yàn)樗兄谔岣呤褂眯阅?并使用戶獲得更多可控的感覺(jué)。

觸覺(jué)反饋觸摸屏工作原理

觸覺(jué)反饋技術(shù)可以用于便攜式或固定設(shè)備的觸摸屏恩急。不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)可能采用不同的元件,但基本架構(gòu)是相同的,都是利用觸覺(jué)反饋技術(shù)對(duì)一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電機(jī))施加高速控制杉畜。在小型設(shè)備中,執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能類似于移動(dòng)電話中使用的小型振動(dòng)電機(jī)。對(duì)于大型設(shè)備可以采用針對(duì)各種觸摸屏尺寸和重量?jī)?yōu)化過(guò)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)衷恭。

圖3: 觸覺(jué)反饋系統(tǒng)原理框圖此叠。

當(dāng)用戶按下某個(gè)圖形按鈕時(shí),觸覺(jué)反饋系統(tǒng)根據(jù)預(yù)存的觸覺(jué)“效果”(振動(dòng))驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的移動(dòng)可形成圖形按鈕移動(dòng)的感覺(jué),從而讓用戶體驗(yàn)到按下/松開機(jī)械按鈕那樣的感覺(jué)随珠。系統(tǒng)還可以用聲音和顯示變化來(lái)同步強(qiáng)化觸覺(jué)效果,最終形成富有吸引力的多種感覺(jué)體驗(yàn)灭袁。

通過(guò)改變觸覺(jué)效果的頻率、波形窗看、幅度和持續(xù)時(shí)間可以獲得各種響應(yīng),從而支持各種HMI性能:

1)圖形按鈕可模擬人們熟悉的機(jī)械按鈕的上下鍵茸歧；

2)菜單項(xiàng)目可以通過(guò)編程提供光脈沖感應(yīng)或后座力確認(rèn)響應(yīng)；

3)控制電路可根據(jù)電機(jī)或風(fēng)扇的速度浴祥、音量晶会、光強(qiáng)度或其它參數(shù)調(diào)節(jié)振動(dòng)幅度；

4)滾屏顯示可以在每個(gè)項(xiàng)目顯示時(shí)提供一個(gè)脈沖,并提供特殊振動(dòng)來(lái)指示到達(dá)第一個(gè)或最后一個(gè)項(xiàng)目预蒜。

集成觸覺(jué)反饋技術(shù)

觸覺(jué)反饋技術(shù)可應(yīng)用于各種尺寸的觸摸屏和數(shù)字開關(guān)控制面板禀瓜。該技術(shù)已經(jīng)成功用在許多產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,整個(gè)亞洲、歐洲和美國(guó)市場(chǎng)上業(yè)已售出數(shù)百萬(wàn)采用這種技術(shù)的設(shè)備奇门。

圖4:觸覺(jué)反饋技術(shù)可方便地集成進(jìn)各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)中盒伸。

觸覺(jué)反饋系統(tǒng)架構(gòu)包括:(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu),可以是振動(dòng)電機(jī)或更大型的用戶定制設(shè)計(jì)器件茂蓬；(2)控制軟件,可以安裝在控制板上,也可以嵌入在產(chǎn)品的主微處理器中栖啰；(3)觸覺(jué)效果庫(kù)；(4)用于從主程序調(diào)用觸覺(jué)效果的程序接口吴钧。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

需要認(rèn)真選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)以滿足性能和壽命要求劫漠。執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝和控制電路的設(shè)計(jì)也是觸覺(jué)反饋系統(tǒng)的一部分。為了驅(qū)動(dòng)較大的觸摸屏,可以選用兩種尺寸的執(zhí)行機(jī)構(gòu),經(jīng)過(guò)優(yōu)化的這兩種執(zhí)行機(jī)構(gòu)只需少量位移就能產(chǎn)生很大的動(dòng)力。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型和數(shù)量取決于觸摸屏或面板的尺寸拄弯、重量和實(shí)現(xiàn)方法兜飒。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的定位和安裝方法非常靈活,因而可將觸覺(jué)反饋技術(shù)集成進(jìn)各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。此外,一些觸摸屏可能還需要承載架來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械集成贞盯。

控制軟件

對(duì)中/大屏幕系統(tǒng)而言,業(yè)界已開發(fā)出支持RS-232或USB通信的特殊應(yīng)用電路板音念。對(duì)于USB通信,可利用USB集線器方便地連接到子系統(tǒng)。如果采用嵌入式方法,還提供了運(yùn)行時(shí)(runtime)可執(zhí)行程序躏敢。

觸覺(jué)效果庫(kù)

觸覺(jué)效果庫(kù)包含大量豐富的效果,可以清晰地分辨出各種觸摸屏控制和不同的功能闷愤。觸覺(jué)反饋系統(tǒng)為設(shè)計(jì)師提供了非常便利的方法來(lái)選擇合適的效果,并將它們納入HMI中。

程序接口

軟件集成指南介紹了用流線型API從主程序調(diào)用觸覺(jué)效果的方法件余。針對(duì)某些實(shí)現(xiàn)可以用軟件開發(fā)套件,該套件向設(shè)計(jì)師提供了多種編程功能,包括Windows ActiveX控制讥脐、源代碼形式的跨平臺(tái)API以及用戶接口通信支持。系統(tǒng)中還包括將觸覺(jué)反饋增加進(jìn)主程序的樣例代碼和詳細(xì)的過(guò)程描述啼器。帶例程的觸摸屏演示單元可用來(lái)評(píng)估觸覺(jué)反饋技術(shù)旬渠。

設(shè)計(jì)具有觸覺(jué)反饋功能的HMI

在使用帶觸覺(jué)反饋功能的設(shè)備時(shí),如果沒(méi)有感覺(jué)到響應(yīng),系統(tǒng)不會(huì)記錄用戶的選擇。通過(guò)為每種功能(如回車端壳、開始告丢、結(jié)束)提供獨(dú)特的觸覺(jué)提示,觸覺(jué)反饋可用來(lái)改進(jìn)HMI性能。準(zhǔn)確的提示有助于通知用戶作出正確的選擇,或警告用戶沒(méi)有達(dá)到目的损谦。另外,應(yīng)用程序還允許用戶針對(duì)特殊功能在多種觸覺(jué)效果中進(jìn)行選擇,從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化功能芋齿。

觸覺(jué)反饋技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合包括以下方面:

1)大型和小型家用設(shè)備。尤其對(duì)于常用設(shè)備,觸覺(jué)反饋功能可為人們提供熟悉的機(jī)械感覺(jué),從而有助于用戶適應(yīng)從傳統(tǒng)到現(xiàn)代先進(jìn)電子控制的轉(zhuǎn)變,并逐步認(rèn)識(shí)到其價(jià)值用玷。

2)全球定位/導(dǎo)航系統(tǒng)秤瞒。通過(guò)迅速的觸覺(jué)提示,用戶無(wú)需等待可視響應(yīng),因而可以減少查看儀器的時(shí)間,更多地注意路面狀況。

3)遙控疗涎。確認(rèn)型觸覺(jué)響應(yīng)可以改進(jìn)小型按鍵的可用性,特別是在光線較暗的情況下侵透。此外也可用于替代那些干擾音樂(lè)或視頻效果的聲音提示。

4)醫(yī)療診斷設(shè)備理若。在醫(yī)療設(shè)備中,聲音提示可能打擾或令病人不安,而觸覺(jué)反饋可以提供正確無(wú)誤的確認(rèn)信息,從而使護(hù)士更專注于病人而不是設(shè)備逞脚。采用最人性化的觸覺(jué)感受,觸覺(jué)反饋可以用來(lái)增強(qiáng)自診斷設(shè)備的陪護(hù)感覺(jué)。

5)測(cè)試與測(cè)量設(shè)備涡似。觸覺(jué)提示可以提高準(zhǔn)確性和工作效率,特別是在喧鬧的環(huán)境中霸篡。

6)便攜式終端。觸摸提供的附加確認(rèn)有助于用戶完成多個(gè)任務(wù),更全面地支持便攜性所帶來(lái)的自由移動(dòng)和各種活動(dòng)能力,并且也支持更快怨怒、更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)輸入吹毫。

7)自動(dòng)服務(wù)終端和信息站。自動(dòng)服務(wù)過(guò)程中的觸覺(jué)反饋可以向用戶提供他們的選擇已經(jīng)被接收榴痢、服務(wù)正在處理的直觀確認(rèn)龟卷。通過(guò)提供與用戶觸摸輸入相匹配的響應(yīng)可以使用戶獲得更好的控制感覺(jué),從而提高用戶的滿意度,增加自助服務(wù)功能的使用率同诫。

8)游戲設(shè)備、媒體播放器樟澜、娛樂(lè)系統(tǒng)误窖。通過(guò)觸覺(jué)反饋增強(qiáng)交互功能,從而可提供更加有趣、參與度更高的用戶體驗(yàn)秩贰。

盡管帶觸覺(jué)反饋的觸摸屏剛剛開始進(jìn)入市場(chǎng),但在改善HMI性能以及向用戶提供更直觀霹俺、更吸引人和更滿意的用戶體驗(yàn)方面,該產(chǎn)品已經(jīng)顯示出良好的發(fā)展前景。

作者:Michael D. Levin

觸覺(jué)界面產(chǎn)品部副總裁兼總經(jīng)理

Immersion公司

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