• Het aanraakscherm

    2 oktober 2012 00:43 door
    Scroll, swipe, pinch, touch zijn termen die dagelijkse kost zijn geworden dank zij onze huidige gadgets


    Nieuw is het allang niet meer, denk maar aan de vele info-panelen in metro-, bus- en treinstations, in musea, maar ook je gps en parkeermeters. Het is vooral populair voor iPhone en andere mobiele apparaten zoals tablets, e-readers. Een druk op een icoontje brengt je naar het onderwerp, je gevraagde treinverbinding en ja, zelfs naar een vakante betrekking.

    Wat?

    De touch- of aanraak-technologie is een toepassing die input geeft aan een systeem, net zoals een toetsenbord of een muis dat doet. Met enkel touch-functionaliteit krijg je de output door één druk op een icoon, met de multi-touch-functionaliteit wordt dit verder uitgebreid. Een multi-touch scherm geeft meer mogelijkheden dan een gewoon touchscherm.
    De one-touch is tamelijk beperkt en nodigt niet bepaald uit om werkstukken of teksten te produceren, het dient dus voornamelijk als keuzescherm om een applicatie te activeren. Een bijkomend toetsenbordje is hierbij altijd nodig.

    Een stukje ontstaansgeschiedenis

    In 1982 werd een eerste multi-touchscreen uitgedokterd door een research team in Toronto. Hierbij gebruikte men een matglas waarachter een camera werd gezet. Bij druk van één of meer vingers kreeg men zwarte punten te zien, zodat kon worden gesteld dat er een input was. Dit is wat men noemt een camera-gebaseerd optisch systeem.
    In 1984 werd door dit team een capacitief systeem geproduceerd, dit keer met multi touch functie.

    Machines and computer systems differ in many characteristics that have important consequences for the user. Machines are special-purpose, have forms suggestive of their functions, are operated with controls in obvious one-to-one correspondence with their actions, and the consequences of the actions on visible objects are immediately and readily apparent. By contrast, computer systems are general-purpose, have inscrutable form, are operated symbolically via a keyboard with no obvious correspondence between keys and actions, and typically operate on invisible objects with consequences that are not immediately or readily apparent. The characteristics possessed by machines, but typically absent in computer systems, aid learning, use and transfer among machines.
    But “hard,” physical machines have limitations: they are inflexible, and their complexity can overwhelm us. We have built in our laboratory “soft machine” interfaces for computer systems to capitalize on the good characteristics of machines and overcome their limitations. A soft machine is implemented using the synergistic combination of real-time computer graphics to display “soft controls,” and a touch screen to make soft controls operable like conventional hard controls.
    Uit: Soft machines: A philosophy of user-computer interface design door Lloyd H. Nakatani en John A. Rohrlich
    In 1991 zorgde Pierre Wellner in zijn paper voor de nodige kennis om multi-touch verder uitgewerkt te worden. Het filmpje van de ‘Digital Desk’ kan je hier bekijken.

    De groten der IT-wereld maakten hiervan dankbaar gebruik. Microsoft kwam in 2007 met MS Surface op de proppen, Apple bracht zijn iPhone met touch-functionaliteit. En natuurlijk zijn er ook de handige Harry’s die op dit principe hun eigen multi-touch scherm fabriceren, waarvan hier enkele mooie presentaties in een workshop.

    De toepassing van multi-touch is pas sinds 2005 verder uitgebreid naar kleinere toestellen, ervoor was het even werken op de verfijning van het procédé.

    Systemen

    De tablets en phones die nu gebruikt worden maken vooral gebruik van een capacitief scherm, maar daarnaast bestaat er ook een infrarood en een resistief systeem.

    * Capacitief: een elektrisch geladen paneel registreert de verstoringen die door aanrakingen met de vinger worden veroorzaakt. Die ‘verstoring’ zorgt voor de activering van de software. De vinger is hier het geleidende voorwerp, druk is hier niet nodig. De plaats waar de aanraking gebeurt wordt onthouden door chip en processor. Dit is de meest gangbare technologie bij de huidige smartphones en tablets.
    Capacitieve schermen zijn dunner en dus ook gevoeliger en hebben weinig of geen druk nodig, ze reageren snel en geven een goede schermkwaliteit. Een nadeel is dat ze niet krasvrij zijn en duurder uitvallen dan andere schermen.

    * Infrarood: het beeld wordt hier geprojecteerd door een scherm van acryl of glas, dat verlicht wordt met LED’s. Door aanraking wordt dit licht verspreid, de reflectie wordt door sensoren opgevangen die de data naar de software stuurt.

    * Resistief: met een extra coating wordt het aanraakvlak drukgevoelig gemaakt. Dit systeem bestaat uit twee lagen, de geleidende en de weerstandlaag (resistance).
    De geleidende laag is meestal lichtjes buigzuim en bedekt met beschermende coating om vuil en vocht af te weren.
    Door die coating is dit systeem krasvrij en kan men een stylus gebruiken, het is goedkoper dan capacitieve schermen maar geeft een iets slomere reactietijd en een mindere kwaliteit van beeldweergave.
    In actie stroomt er energie door deze twee lagen, die door druk met een stylus onderbroken wordt. De locatie van dit raakpunt wordt doorgestuurd naar de processor die berekent wat er juist moet gebeuren en de juiste software activeert.
    Multi-touch is hier mogelijk als er een extra laag wordt toegevoegd.

    Wat het verschil is tussen een capacitief en resistief scherm kan je in dit filmpje bekijken.



    * Ultrasone techniek (Surface Acoustic Wave): twee sensoren op de x- en y-as van het scherm vangen de geluidsgolven van een vingerdruk op. Dit wordt aangevuld met reflectoren om de juiste coördinaten te berekenen. Omdat hier geen metaalhoudende lagen nodig zijn is het beeld hier zeer helder en duidelijk.
    Bovendien is de glaslaag krasbestendig en nagenoeg onverslijtbaar, zelfs resistent aan chemicaliën. Vandaar dat dit ook het meeste wordt toegepast op openbare plaatsen, bv info- of reclamezuilen.
    Deze techniek is duurder dan voorgaande en wordt niet gebruikt voor persoonlijke gadgets.

    De software

    De meest gekende en gebruikte besturingssystemen zijn Windows (XP, Vista, Windows 7), Ubuntu, PalmOS, Apple iOS en Google Android.
    De bijkomende applicaties of apps zijn speciaal uitgedokterd voor deze systemen en dus ook enkel te verkrijgen bij de leveranciers van het gebruikte OS.



    Een schematische weergave van de diverse lagen bij bv een iPhone.

    • De bovenste laag is de algemene beschermingslaag, bedekt met een coating die het verwijderen van vieze vingers probleemloos mogelijk maakt, meestal is het ook krasbestendig.
    • Een extra beschermingslaag is toegevoegd om de lagen eronder intact te houden
    • Een verbindingslaag zorgt dat contacten met het bovenste deel correct worden doorgegeven naar de laag eronder.
    • Dat is dan de elektrische laag die de impulsen ontvangt en deze doorgeeft naar de touchdetectielaag eronder.
    • Deze op zijn beurt bevat coördinatiepunten die gekoppeld zijn aan de locatie van de icoontjes in de onderste laag, de LCD-laag.

    De icoontjes hebben net dezelfde functie als die van je bureaublad op je desktop of laptop, het activeren van een toepassing.
    Door het contact met vingers of stylus, wordt een stroomonderbreking of een stroomverlies geregistreerd, of wordt een verandering van licht opgemerkt (infrarood). De meeste apparaten reageren enkel op aanraking door de huid, dus niet indien men handschoenen draagt of een pen of stylus gebruikt.

    Een uitgebreide technische uitleg krijg je op deze URL.

    De gebruikte termen

    Natuurlijk zijn die het meest verspreid in het Engels, maar wie voor zichzelf ook kan denken, is het vertalen niet zo moeilijk.
    Touch = aanraken met één of meerdere vingers
    Swipe = vegen laat je kiezen tussen toepassingen, bladeren in een e-book of browser of in het menu
    Pinch = knijpen, met twee vingers op het scherm een knijpbeweging maken. Hiermee kan je inzoomen, in omgekeerde richting zoomt men weer uit.
    Bij de Galaxy kan men bv ook 3D-effecten bekomen zoals bij de Nintendo Wii (Motion Plus).

    De iPhone als voorbeeld

    Apple pronkt graag met zijn iPhone. Elke nieuwe reeks geeft ook meer en nauwkeuriger resultaten. Multi-touch is hier als het ware het hoofdthema. Hij reageert dan ook prompt op aanrakingen met verschillende vingers. Dit dank zij twee methoden: de wederzijdse capitatie en de zelf-capitatie.
    De eerste methode vereist twee aparte lagen, één met de locatielijnen en één met de sensorlijnen die de knooppunten detecteren. Bij zelf-capitatie is één laag nodig waarin de elektroden al verbonden zijn met de sensoren. Maar beide doen ze hetzelfde, ze verzenden drukpuntdata onder de vorm van elektrisch impulsen.

    Hoe werkt het?

    Een druk op het scherm wordt geregistreerd, hierbij worden RAW-data opgevangen, waarbij enige ‘ruis’ kan voorkomen, deze ruis wordt verwijderd en het drukpunt wordt opgemeten (grootte, vorm, plaats). Er wordt vergeleken met welke zone het overeenkomt door het berekenen van de coördinaten. De uitkomst hiervan resulteert in de preciese vaststelling van de gegeven opdracht, die wordt verzonden naar de processor, de centrale verwerkingsplaats, die de juiste software zal aanroepen. In onderdelen van een seconde krijg je op de display wat je hebt aangewezen.
    Zo simpel is het, maar onderweg gebeurt er nog meer. Want de processor berekent ook of de drukpunten een beweging of een gewone keuze-druk is. Aanrakingen worden gegroepeerd, zoals bv bij het swipen, waarbij je scrollt van een bepaald punt van je scherm tot het eindpunt.
    Ook zorgt de processor ervoor dat de nodige hardware wordt geactiveerd voor bepaalde applicaties. Zo kan je gewoon surfen op het internet, maar ook filmpjes van YouTube bekijken, via de menuknop kan je de submenu’s oproepen, net als bij de Start-knop van je desktop.
    Nog meer gebruikersgemak geeft de accelerometer. Hierbij kan je gewoon je apparaat kantelen van vertikaal naar horizontaal (landscape) om bv een afbeelding beter te bekijken.

    Kijk even op welke manier de multi-touch je leven kan vergemakkelijken:



    Heb je al een touchscreen? Test hier je bewegingen.

    Hoe Microsoft Surface voorstelde. Je kan meteen vergelijken met de voorstelling in het jaar 2007. En of dit nog niet genoeg is, ook nog een hapje van Apple uit hetzelfde jaar.



    Iets meer uitleg over de handelingen onder Windows kan je hier vinden. Zie je het liever in videoformaat? Geen probleem hoor!

    Bronnen: Wikipedia, Saturn-magazine, YouTube, Microsoft