00

3D – экран: дистанционное управление с помощью жестов

Технология 3D-Touch может использоваться везде, где существует необходимость распознать жесты перед сенсорным экраном, а разрешение и точность не имеют значения. (Изображение: компьютерные компоненты HY-Line)

Сенсорные экраны уже давно стали частью повседневной жизни благодаря смартфонам. Управление сенсорного экрана с помощью жестов стало сегодня возможным благодаря 3D-сенсорному экрану для промышленности. С таким устройством можно, например, регулировать громкость воспроизведения, совершая вращательное движение рукой перед экраном.

Особенность сенсорной технологии по сравнению с обычными методами ввода, такими как переключатели, кнопки и ручки, заключается в том, что желаемая функция может быть запущена без необходимости прикосновения к поверхности. Среди известных сенсорных технологий резистивный сенсорный экран зарекомендовал себя как наименее энергоёмкий. Отсутствие движущей силы может иметь, однако, как преимущества, так и недостатки.

Сенсорные экраны и третье измерение

По эргономическим причинам сенсорные экраны не подходят для ввода, где требуется точное трехмерное позиционирование. Палец или рука не могут занять устойчивую позицию Z без поддержки. Для этогоуже сегодня доступны средства ввода, такие как 3D-мышь.

Сенсорные экраны используют третье измерение по-другому. В этом случае важно примерное определение относительного расстояния до объекта управления. В данном случае измеряется не геометрия объекта, а качественно определяется расстояние («ближе» - «дальше»). Выбрав правильное расстояние, пользователь интуитивно понимает, что движение может быть зафиксировано.

Самым простым приложением является обнаружение присутствия пользователя, при этом сенсорный экран действует как датчик приближения. Переданная координата не играет роли в оценке, но наличие или отсутствие объекта гарантирует, что состояние ожидания отменено или включено, а дисплей активирован или находится в состоянии ожидания.

Подобно двумерному случаю, 3D сенсорный контроллер также может отслеживать последовательность координат и восстанавливать шаблоны движения, которые предоставляются в виде жестов.

Если 2D и 3D датчики используются одновременно, они могут дополнять друг друга для проверки достоверности и для повышения безопасности. Если 2D-датчик обнаруживает событие касания без 3D-датчика, ранее указавшего сигнал на распознавание, это воспринимается как ложный триггер, который не посылается в качестве сигнала операционной системе.

«Почувствуй меня» - сенсорный экран

Ключевые слова, которые упоминаются в связи с трехмерным сенсорным экраном, - это тактильные ощущения, тактильная обратная связь, измерение силы и «зависание». Что все это означает?

Тактильные ощущения: технология PCAP предлагает множество способов дизайна сенсорной поверхности, ловко совмещая дизайн и функциональность. Одним из них является шероховатость стекла. С одной стороны, он обеспечивает эффект «антиблика» для рассеивания отражений от дисплея и, таким образом, лучше воспринимает содержимое дисплея. С другой стороны, он делает сенсорный экран удобным для пользователя.

Тактильная обратная связь (Force Feedback): возвращает пальпируемый сигнал оператору. Это может быть достигнуто различными способами, например, при относительном движении между пальцем и поверхностью подшипника (вибрация). Механическое возбуждение может осуществляться, например, дисбалансным двигателем, возбудителем (электромагнитом с якорем, соединенным с поверхностью касания) или пьезогенератором. Возможны и другие методы, которые способны передать пользователю подобный ответный сигнал (например, с помощью электростимуляции нервных клеток).

Измерение силы сигнала: для того, чтобы обеспечить тактильную обратную связь, также называемую «Force Touch», должна быть измерена сила первичного сигнала. Самый простой способ - измерить контактную поверхность пальца. Сильно прижатый к дисплею палец сжимается и поэтому охватывает большую площадь. Метод является неточным, поскольку поверхность отпечатка пальца очень индивидуальна и зависит от телосложения пользователя.

Если приложить датчик силы непосредственно под поверхностью датчика, измеренные значения станут воспроизводимыми. Наивысшая точность может быть достигнута с помощью четырех распределенных датчиков, установленных в четырех углах или краях датчика касания. Как и в случае с обратной связью, поверхность датчика или экрана должна быть гибкой. Это требует использования эластичного материала, избегая при этом негативного воздействия на окружающую среду.

Приложение может отреагировать посредством легкого прикосновения к элементам управления с помощью другой цепочки тактильной обратной связи при более жестком прикосновении извне. Кроме того, в данном приложении повышена функциональная безопасность, поскольку грубая локализация фиксируемого прикосновения с помощью датчиков силы позволяет проверить достоверность координат, возвращаемых датчиком.

Наведение: Одна из техник, тесно связанных с обнаружением близости и восприятием силы, - зависание. Это эквивалент «наведения мыши» при работе с мышью: мышь останавливается над записью без нажатия кнопки мыши. В случае с сенсорным экраном запускается определенное действие, как только палец или пальцы приближаются друг к другу, прежде чем коснуться сенсорного экрана. Это может быть обнаружение присутствия (например, переключение подсветки из режима ожидания в активный режим) или предварительный просмотр электронной почты.

Как работает 3D-Touch

Между двумя электродами конденсатора образуется заряженное электромагнитное поле. В случае технологии 3D Touch оно ориентировано таким образом, что как выходит, выступает наружу - в направлении оператора / пользователя. Во время калибровки емкость этого конденсатора измеряется в качестве эталона. Любой объект, который входит в поле, влияет на силовые линии и, следовательно, на емкость между двумя электродами.

Метод измерения оценивает изменение в электромагнитном поле и оценивает, таким образом, как расстояние от объекта до каждого из двух электродов, так и среднее расстояние от объекта до двух электродов. Первая оценка приводит к положению между двумя электродами, вторая показывает расстояние в третьем измерении. Назначая вторую оценку, ортогональную первой паре электродов, положение на другой оси можно определить аналогичным образом.

Каким бы элегантным и простым ни казался описанный метод в теории, реализация на практике более сложна. Измеренные значения напряженности поля варьируются в зависимости от внешних воздействий, будь то температура, влажность или механическое воздействие в пределах серии устройств.

Сенсорный контроллер использует методы искусственного интеллекта, такие как скрытая модель Маркова, которая косвенно блокирует исходный сигнал, оценивая измеренные значения. Распознавание жестов работает очень похоже на распознавание речи и почерка. Несмотря на вычислительные усилия, лежащие в основе создания технологии, высокая степень интеграции искусственного интеллекта все же значительно упрощает использование технологии пользователем, поскольку ему не приходится иметь дело с теорией.

Применение 3D сенсорной технологии

Технология 3D-Touch может использоваться везде, где необходимо распознать жесты перед сенсорным экраном, а разрешение и точность не имеют значения. Во многих приложениях 3D-сенсорный экран поддерживается лежащим в основе двухмерным, который определяет положение в плоскости x / y. Большим преимуществом технологии является то, что жесты можно выполнять «вслепую», не глядя на сенсорный экран.

В таких ситуациях, как, например, при вождении автомобиля, это способствует безопасности движения. Проведя пальцем, можно выбрать следующий музыкальный трек или радиостанцию, а вращательное движение рукой регулирует громкость. Обратная связь происходит посредством голосового сигнала, а не визуального.

Помимо таких распространенных товаров, как ноутбуки и аудио приборы (например, наушники Bluetooth), важной областью применения технологии может стать так же умный дом. В бытовой технике, средствах управления климатом и жалюзи или выключателях света третье измерение может использоваться для активации функций. Вместо точного наведения пальца на поле датчика, достаточно неброского движения одной руки перед датчиком для запуска функции «по умолчанию», которая заключается в выключении всего освещения при выходе из комнаты.

В медицинской технике 3D-технология может облегчить работу с медицинскими устройствами, потому что действия могут выполняться без прикосновения, а оператор остается стерильным. В качестве примера можно привести источник света при хирургических операциях, который позволяет регулировать положение, яркость и цвет света без контакта с датчиком.

Технология 3D Touch также может использоваться без дисплея. Создаваемое электромагнитное поле достаточно сильное, чтобы проникать в деревянные панели столов или кухонные столешницы, что открывает интересные области применения.

Вывод: технология PCAP обогнала все остальные известные на сегодняшний день сенсорные технологии в области 2D. Их преимущества в дизайне, внешнем виде и функциональности позволяют разрабатывать внешне привлекательные и надежные устройства. Благодаря третьему измерению PCAP открывает бесконтактное взаимодействие, которое особенно необходимо в производстве лекарственных препаратов и пищевых продуктов. Со стороны программного обеспечения руководство пользователя может быть сделано еще более эргономичным с помощью трехмерных жестов.

В конкурсе на 3D-Touchsystem выступают другие технологии, такие как голосовое управление или отслеживание глаз.

Посмотри на меня - Почувствуй меня - Прикоснись ко мне - Вылечи меня: эти требования могут быть реализованы с помощью современной технологии прикосновения 3D-Touchsystem.

•        Посмотри на меня: текстурные поверхности обеспечивают тактильную обратную связь, которая распознает движение глаз и взгляд.

•        Почувствуй меня: благодаря механической стимуляции поверхности в качестве тактильной обратной связи оператор получает обратную связь о том, что его желаемое действие было распознано и обработано.

•        Прикоснись ко мне: действие выполняется на ощупь. 3D сенсорный экран даже не нуждается в прямом контакте.
  • Вылечи меня: разнообразные возможности сенсорной технологии также позволяют применять ее там, где операторы или поверхности должны быть стерильными, например, в медицинской технике.

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?