手写笔的不完全发展史触屏系列Vol

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这是与触屏交互相关的第三篇文章,让我们看看手写笔们是怎么工作的

乔布斯介绍iPhone的时候说过,“谁想要一个手写笔呢?(谁都不想)”。然而现在ApplePencil都出两代了(狗头。在办公、艺术创作的环境中,手写笔还是真香——那么你有没有想过,这玩意儿跟普通的??有什么不同?

#一句话总结

手写笔的历史可以追溯到年代,它的发展也历经了从被动测光到压力传感,再到现在主动检测的阶段。

目录

手写笔祖宗:光笔???

压力??

电容??

主动检测??

硬核时刻:手掌误触检测??

手写笔祖宗:光笔???

其实手写笔这玩意儿不是什么新鲜东西,早在年人们就想到用笔来直接和屏幕交互,毕竟笔要比手指精确地多。第一个手写笔原型光笔诞生于麻省理工学院为美国军方开发的计算机"whirwind",后者是用来模拟飞行数据的。

(虽然不知道这玩意儿对开飞机有什么帮助[])

后来人们看到了这种交互的商用价值,开始设计对用户更加友好的光笔,引入到个人电脑以及游戏主机上:

(IBM一台电脑的光笔,用户可以用它选中和编辑文字[2])

(游戏机上的光笔,可以用来画画,图来自YoutubeThe8-BitGuy[])

那么光笔是如何工作的呢?它的工作原理需要依赖当时老式的CRT显示器。CRT显示器在显示图片的时候会快速地刷新它的像素,每次刷新一个像素,从屏幕左上角开始一直刷新到右下角。因为速度很快,所以人眼是看不出来的,但是用相机拍摄就会看到有时候屏幕上会有一个条形带一直在动。

(CRT显示器工作的原理模拟,每次显示图片的时候屏幕都会快速连续的刷新像素点,每次扫描一个[])

而在光笔中有一个感光器件,当把光笔贴在屏幕上,屏幕的像素点扫描过笔头时,笔会记录下这个时间点然后发送给电脑,电脑就可以根据时间推算出光笔在屏幕上的坐标,从而显示光笔的笔迹。所以光笔并不能发光,而是检测屏幕的光。

压力??

光笔只能用于老式的屏幕,所以当商务PDA出现时,想要用笔就得发明新的方法。不知道有没有人用过这种PDA:

(Palm的PDA,配有手写笔,旧时代成功人士的标配[4])

这种PDA的手写笔是通过压力感应来工作的,配合电阻屏幕来使用。当笔尖按压屏幕的时候,电阻屏幕会轻微变形,按压位置与底层电路接触从而触发点击效果。因为需要让屏幕变形,所以这种笔往往笔尖够细,而且要大力出奇迹。

(电阻屏压力触碰原理,图片来自[5])

由于只要压力足够大就可以书写的缘故,你也可以用牙签和钢丝自制一款PDA手写笔[6]:

电容??

电阻屏用多了手会很酸,于是电容屏的出现让交互更加自然——不用按压,只需要轻碰就可以点击。电容屏工作的原理,在系列第一期文章里有介绍:

手机屏幕是怎么判断你想点哪儿的?[触屏系列Vol.]

与电容屏配套的手写笔,和文中介绍手指点击的原理是一样的,它们往往长这个样子:

(注意这个笔尖,是个圆滚滚的橡胶头而非尖头)

笔尖是用导电材料制成的,比如橡胶,来模拟手指的功能,因此在书写的时候软黏黏的,并不是很舒服。而且在书写的时候,手在屏幕上休息,因为屏幕并不能分清笔和手的区别,必须提着笔写,还是很累(于是有人做了手掌误触检测的技术,详情移步硬核时刻)。

主动检测??

最后说一下我们现在用的手写笔,例如iPadPencil或者SurfacePen。这些??都需要充电,因为它们需要主动发送信息给屏幕来完成书写识别。我们拿ipad举例,在ipad屏幕下方会有一层专门感应笔头的传感器。当笔头与屏幕接触时,除了其位置信息被屏幕捕捉到以外,笔会将压力和旋转的信息同时发送给设备。这样一来,可以实现更自然的书写体验,比如控制笔画粗细。这些都在苹果的广告里有所展示:

硬核时刻:手掌误触检测??

这里是硬核一点的知识,面向想要进一步了解的同学们:)

如前文所说,当手和笔一起放在屏幕上时(比如写字的时候会自然地把手掌靠在平板上),屏幕会分不清到底哪个是手掌,哪个是笔,从而会在二者间来回乱跳。于是有人通过分析二者在触屏上的图案特性,来区分手掌的触碰和笔尖的触碰[7]。具体来说,手掌在屏幕上的图案半径更大,并且移动更慢;而笔尖则与之相反。通过建立决策树的模型,就可以实现手掌误触的检测。

(可以看到,在使用手写笔时,手掌按压的触屏图案比较大并且不怎么移动。图摘自[7])

以上就是手写笔的不完全历史!当然除了文中介绍的这些手写笔外,还有许多,但是工作原理大同小异。我非常喜欢用笔写东西,甚至为了好的手写体验而买了Surface。读完这篇文章,下次你在ipad上写字时,会不会惊叹一个小小笔划后面,也隐藏着这么多历史和技术呢!

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