感測＋觸控 操作介面走向3D

傳統的觸控操作都必須以手或者筆，直接碰觸面板來進行資料輸入，雖然介面直覺、容易上手，但在呼叫操作面板的時候，仍需多一道點選開啟/關閉的步驟，一但次數多了，就會顯得非常繁複。而新興的觸控技術則整合了感應器功能，能在使用者接觸面板之前，就主動開啟操作面板，甚至結合手勢辨識的功能，來執行簡單的換頁與瀏覽，把原先侷限在平面上的2D操作，拓展至具備空間深度的3D輸入。

目前主流的3D觸控技術共有兩大類，一個是觸控結合CCD影像辨識；另一個是與接近感應器（Proximity）做整合。

在CCD影像辨識方面，目前主要的應用領域是以桌上型顯示器和大尺寸的電視為主。由於CCD辨識是屬於遠端操作的應用，必須要有一定的空間範圍來進行輸入，而輸入的方式則是採手勢辨識，運用CCD影像來辨識使用者手臂的劃圈旋轉、左右上下行進方向，藉此來判別輸入訊號的不同。而此應用必須再建置擷取影像的視訊鏡頭，鏡頭的數量則依應用需求有所不同，若需辨識前後深度時，就會使用多個。目前台灣的工研院已有相關的解決方案，且僅需一個一般的視訊鏡頭就可以進行手勢輸入的3D操作。

《圖一　未來觸控面板可能發展的方向》 - BigPic:592x525 資料來源:萬達光電

而接近感應則是目前的主流設計，並多用於各式的消費性電子上，最廣為人知的就是智慧型手機通話關閉LCD&TP的功能（為手機接近耳邊時，感應器會自動關閉螢幕，以節電和避免誤觸）。過去的接近感應器技術多採紅外線光學感應（IR Sensor與接收器），感測的距離約在6公分以內，且需要較高的電力來驅動，因此適用的功能較為單調。而目前有一種新的電容式接近感應技術，不但感應的距離較長（10公分左右），且電耗較低，未來將有望衍生出更多元的觸控應用。以台灣的萬達光電為例，該公司就整合了電容式接近感應器與觸控面板，研發出新一代的3D觸控應用。例如行車導航，就能在使用者手接近時，自動彈出操作選單，以便駕駛進行輸入，減少行車危險。未來此技術還可運用在AIO電腦上，藉感測手不同的行進方向，以顯示最方便的選單位置。

筆寫＋多點觸控 更接近自然的輸入環境

儘管以手指觸控輸入的形式方便耐用，但仍舊有些功能無法單靠手指頭來達成，尤其是在書寫和繪圖方面。而為了讓電腦的人機介面更接近自然的使用情境，同時改善以手指書寫的缺陷，新興的觸控設計開始結合「筆」這個流傳千萬年的工具，並發現這樣的組合堪稱「天造地設」。目前市場上已有數家公司可提供多點觸控結合「筆輸入」的技術，其中又以微軟和N-trig為主要代表。

近年來，微軟已將觸控技術列為主要的發展策略之一，繼推出「Surface」電腦和Windows 7之後，目前該公司正積極發展將「筆寫」功能與人手多點觸控結合的技術。在今年4月中的人機介面運算年會上（CHI 2010），微軟發表了最新一代的觸控技術「Manual Deskterity」，這是一種能在電腦螢幕上，結合人手觸控和筆寫的桌面操作應用，能夠在顯示幕上同時操作手指點選和觸控筆。微軟的原型展示是在其「Surface」電腦上執行，作業軟體是以WPF和C語言結合Surface SDK開發而成，並搭配一支內建LED紅外線的觸控筆。由於LED的放射亮度超過手和手指，因此系統就能夠辨別輸入裝置的不同，並切換產生不同的效果。

《圖二　NextWindows的觸控技術採光學感應為核心，並支援筆輸入》 攝影:柳林緯

透過Manual Deskterity技術，使用者可以在螢幕上輕易的用手指放大、縮小、拖曳、複製圖片，然後即時以專用的觸控筆替圖片加注文字，或者塗畫自己喜歡的圖案上去，甚至還可以剪裁圖片。操作的情境就有點像是在做筆記。目前微軟仍在持續開發Manual Deskterity技術，並改進一些缺點，包含在使用筆寫時，使用者手閒置在螢幕上的狀況，以及多筆輸入的可能性，同時也希望進一步擴展其應用範圍。

同樣也致力於「手＋筆」輸入的N-trig，則是採用特有的「DuoSense」技術，其為一種電子筆和多點觸控的雙模介面，能在雙模式數位轉換板上，同時採用電子筆和零壓力電容觸控的雙重技術。該技術是利用安裝在LCD面板前的電容感應系統，來感應筆式和觸控式的輸入。不同於其他的解決方案，N-trig的數位板是以整合在LCD面板頂部的多合一透明裝置為基礎，因此較易整合至系統上，同時在準確性與電耗上也都較傳統為佳。也由於易與現有技術結合，因此N-trig的方案能支援各種LCD的應用（從小筆電到大型LCD），且體積非常輕巧。

《圖三　微軟的「Manual Deskterity」技術，是一種能在電腦螢幕上，結合人手觸控和筆寫的桌面操作應用。》

N-trig表示，筆加多點觸控的技術將開創出全新的應用市場。雖然目前市場上仍正積極投入3點或者4點的觸控技術開發，但是筆輸入的應用永遠都會一定的存在空間。而透過與多點觸控與筆輸入的結合，更能夠帶給使用者直覺、自然的使用經驗，也符合新一代可攜式電腦，特別是平板電腦和支持觸控筆的筆記型電腦的需要。

光學式加持 多點觸控越玩越大

多點觸控技術在智慧型手機上開花結果後，相關業者就開始尋求在其他更大尺寸的面板上的運用可能。然而，目前主流的電阻式與電容式觸控成本仍非常昂貴，若運用在大尺寸的顯示器上價格更是驚人，因此，光學式觸控技術便趁勢而起。由於該技術不受面板大小限制，在價格上也更具競爭力，再加上支援微軟Windows 7的加持，讓越來越多的大尺寸顯示應用都紛紛導入多點觸控介面。

傳統的表面光學式觸控技術主要是使用光學感應鏡（CCD/CMOS）頭來進行偵測感應，通常是在螢幕上方兩角落各設置1組感應鏡頭，然後在螢幕邊框四週安裝接收器，藉由光收發間的阻斷，利用三角函數演算來判斷手指的位置。而光學式觸控螢幕的機構設計也非常簡單，通常用兩顆光學鏡頭為核心，一顆發射紅外線，另一顆為接收，再搭配特殊材質的反射板和訊號處理控制器即可。但由於光學式觸控的感應器多設置在螢幕邊框內，因此不適合用在體積輕薄的可攜式裝置上，目前主要的市場仍是以15吋以上的NB、桌上型電腦、AIO PC、電子白板、大型遊戲機台或是新興的數位看板為主。

《圖四　RPO的DWT技術（Digital Waveguide Touch；數位波導觸控）示意圖。》 - BigPic:608x389

而為了讓光學式觸控也能進入可攜式裝置市場，有不少廠商提出了改良式的光學觸控技術，而最受關注的就是內嵌式（in cell）光學式觸控。內嵌式光學式觸控是在標準TFT LCD面板製造過程中，同時完成觸控元件製造的技術，按照解析度不同來嵌入光學感測觸控元件，來偵測光訊號的觸控變化。該技術的每一感光元件都獨立運作，不會相互干擾，不但具有多點觸控性能，也省材料成本、同時也能避免光學感測面板受到外部光影干擾的失焦問題。

另有一家位在美國的RPO公司，則提出了DWT技術（Digital Waveguide Touch；數位波導觸控），可以根據觸控輸入的介質不同（如手指或觸控筆）來調整觸控感應的解析度。DWT使用的技術是紅外線的LED感測器與波導反射條，且因其沒有光阻問題，不需要為此提高背光亮度，加上韌體很小無須高速運算，故可安裝在任何小型行動裝置中。因此適用的螢幕尺寸從小到掌上型裝置，大到30吋的AIO電腦。

毫無疑問的，光學式觸控在技術與應用成熟後，未來將會逐漸成為主流的觸控技術。特別是目前智慧電視和數位看板市場即將引爆，未來大尺寸的觸控應用在光學式觸控技術的助燃下，將會充斥在人們的日常生活之中。

《圖五　英特爾力推的數位智慧看板，將為大尺寸觸控技術帶來嶄新的契機。》

結語

觸控，絕對是未來主流的人機介面技術，不但直覺、自然，同時也更加的耐用和穩定。而隨著科技的進步與更多業者的投入，也讓觸控技術有了大幅的成長。在幾年前，觸控仍是單點的平面系統，但如今已經是多點和具備空間感3D的介面，目前更積極的將筆寫和多筆輸入的應用與多點觸控技術結合，以創造出更接近真實使用的輸入環境。未來，觸控也許可能還會進一步結合觸感回饋，讓使用者就彷彿在使用真實的品物一般。誰說不可能！你小看觸控了。