Файл: Анализ методов и устройств ввода информации в компьютер (Общая характеристика и классификация методов и устройств ввода информации).pdf

- оптические светодиодные. В нижней части манипулятора установлен светодиод, подсвечивающий поверхность, по которой двигается мышь. Установленная в манипуляторе камера с низким разрешением делает последовательные снимки поверхности, которые обрабатываются встроенным процессором, который делает выводы об изменении положения мыши на поверхности. Зачастую датчик перемещения дублируется, таким образом достигается снижение количества ошибок. Такие манипуляторы работают практически на любых поверхностях, кроме зеркальных и прозрачных, и не нуждаются в чистке [3].

- оптические лазерные. В подобных устройствах для подсветки поверхности используется не светодиод, а полупроводниковый лазер. Такие мыши характеризуются большей надежностью и разрешением, а также низким энергопотреблением и отсутствием характерного для светодиодных решений свечения.

- индукционные. Могут использоваться только вместе со специальным ковриком, и зачастую используются в составе графических планшетов [2].

Некоторые мыши могут быть оборудованы гироскопом, что позволяет им распознавать перемещение уже не в двух, а в трех плоскостях.

Современные компьютерные мыши кроме этого оснащаются несколькими кнопками и колесиком, которое наиболее часто используются для прокрутки документов. У некоторых производителей механические кнопки заменены на сенсорные элементы (таким манипулятором является Magic Mouse производства Apple, сенсорная поверхность которой позволяет осуществлять не только нажатия и прокрутку, но и масштабирование и специальные жесты, которые могут интерпретироваться в зависимости от приложения как команды).

Кроме того, мыши могут оборудоваться дополнительными элементами управления и их вариациями, такими как потенциометры, мини-джойстики, качающиеся колеса прокрутки и т. п. Количество кнопок также может варьироваться, многие мыши допускают перепрограммирование дополнительных кнопок и назначение для них макрокоманд. Можно встретить и устройства с обратной связью, например, геймерские мыши с вибромотором, который обеспечивает тактильную отдачу при выстреле в игре или других ситуациях.

Основным параметром мыши является ее разрешение, которое измеряется в точках на дюйм (dpi) [8].

По способу подключения к компьютеру мыши подразделяются на проводные, которые могут подключаться посредством кабеля USB либо PS/2, и беспроводные, которые могут использовать как технологию Bluetooth, так и другие, зачастую специфические, коммуникационные протоколы [2].

В погоне за эргономичностью появились и такие непривычные для рядового пользователя устройства, как вертикальные мыши (которые призваны бороться с симптомами синдрома запястного канала — хронического заболевания, возникающего из-за долгого неестественного положения кисти руки). Кнопки на таких манипуляторах расположены не горизонтально, а вертикально, и ладонь облегает мышь сбоку [9].

4.2 Трекбол

Трекбол функционально представляет собой перевернутую шариковую мышь. Пользователь вращает шар, таким образом управляя положением курсора. В настоящее время редко используются в персональных компьютерах, однако находят применение в промышленных и военных компьютерах, аппаратах ультразвуковой диагностики, а также там, где компьютером приходится пользоваться в условиях вибрации либо недостатка места. Впервые такое устройство было представлено в ноутбуках PowerBook компании Apple [2].

4.3 Тензометрический джойстик

Тензометрический джойстик (брендовое название TrackPoint) — устройство ввода, обычно располагающееся на клавиатуре между клавишами G, H и B, которое позволяет управлять курсором с помощью кончика пальца. Джойстик определяет усилие, которое прикладывается к его верхней площадке, и передвигает курсор со скоростью, пропорциональной усилию. Первое устройство, оснащенное тензоментрическим датчиком – портативный компьютер ThinkPad 700 в 1993 году [2]. Данный манипулятор снискал популярность среди групп наборщиков текста и специалистов IT, поскольку позволяет управлять курсором, не убирая пальцев с клавиатуры.

4.4 Тачпад

Тачпад — координатное устройство ввода, использование которого осуществляется через прикосновения пальцами к поверхности устройства. Наиболее часто тачпад можно встретить в портативных компьютерах, ноутбуках, где он используется в качестве замены мыши. Тачпады являются устройствами с довольно низким разрешением. Их разрешения достаточно для игры в логические игры, для повседневной работы с офисными приложениями и веб-браузерами, но не достаточно для работы с графическими программами, и делает практически невозможной игру в различные динамичные игры [2].

4.5 Графические планшеты

Среди указательных устройств с абсолютным указанием позиции наибольшей популярностью пользуются графические планшеты. Они используются как для создания изображений на компьютере способом, максимально приближённым к тому, как создаются изображения на бумаге, так и для обычной работы с интерфейсами, не требующими относительного ввода. Кроме того, их удобно использовать для переноса уже готовых изображений в компьютер [8].

Первый графический планшет под названием Stylator был создан Томасом Даймондсом в 1957 г [16].

Одной из самых важных характеристик планшета является разрешение. Этот параметр чаще всего измеряется числом точек на дюйм (dpi), либо линий на дюйм (lpi). Типичные значения разрешения для современных планшетов лежат в диапазоне нескольких тысяч dpi.

Еще одним важным параметром является количество степеней свободы. Минимальное число степеней свободы — 2 (координаты положения проекции пера на плоскости планшета), дополнительные степени свободы могут включать давление, наклон пера относительно плоскости планшета, вращение (положение пера относительно своей вертикальной оси) [4].

Иногда вместе с планшетом поставляется мышь, которая работает по тому же принципу, что и перо планшета, и не может использоваться отдельно от него. Поскольку разрешение планшета гораздо выше, чем разрешение обычной компьютерной мыши, то использование связки мыши и планшета позволяет достичь значительно более высокой точности при вводе.

Работа с графическим планшетом напоминает обычному пользователю работу с мышью. Так, имеется поверхность (активная область планшета) по которому движется острие стилуса. Это аналогично движению мыши по поверхности рабочего стола или коврика, однако координаты стилуса на рабочей области жестко фиксированы, в отличие от мыши, где регистрируется только относительное движение. При любом перемещении стилуса по рабочей области графического планшета его координаты меняются.

Аналогом "левой" клавиши мыши является перо стилуса: нажатие стилуса на перо соответствует нажатию левой клавиши мыши. Нажатие и отпускание пера стилуса (постановка точки) соответствует щелчку мыши, а двойной щелчок - это быстрая "двойная постановка точки" на одном и том же месте рабочей области. Правой кнопке мыши соответствует боковая кнопка на поверхности стилуса. Быстрое ее нажатие-отпускание соответствует щелчку правой кнопкой мыши [5].

Можно разделить существующие графические планшеты по технологиям, которые используются в них, и принципам работы. Так, существуют электростатические планшеты, в которых отслеживание пера реализуется через измерение локального изменения электрического потенциала. В электромагнитных планшетах перо является излучателем электромагнитных волн, а сама сетка служит приемником этих волн. В обоих случаях на перо должно подаваться питание, то есть оно либо имеет проводное подключение к источнику питания, либо использует батареи или перезаряжаемые аккумуляторы.

Также существует технология на основе электромагнитного резонанса, при использовании которой сетка и излучает, и принимает сигнал. В этом случае электромагнитный сигнал переносит энергию, которая служит для питания пера. Перо также излучает сигнал, который несет информацию, позволяющее идентифицировать перо, а также данные о силе нажатия, состоянии органов управления, которые находятся на корпусе пера. Однако, при работе планшетов, основанных на принципе электромагнитного резонанса, возможны проблемы в работе из-за помех, которые создаются как разнообразными бытовыми устройствами, так и другими компонентами компьютера (например, монитором).

Некоторые модели графических планшетов обладают способностью регистрировать силу, с которой пользователь давит на поверхность планшета. Чаще всего конструкция детектора усилия основана на использовании конденсатора переменной емкости, либо компонента с переменным резистором или индуктивностью. В основе некоторых реализации лежит пьезоэлектрический эффект. При нажатии пера в пределах рабочей поверхности планшета, под которой проложена сетка проводников, на пластине пьезоэлектрика возникает разность потенциалов, что позволяет определять координаты нужной точки. Такие планшеты вообще не требуют специального пера и позволяют чертить на рабочей поверхности планшета как на обычной чертёжной доске [9].

4.6 Сенсорный экран

Первый сенсорный экран был разработан в Великобритании в 1965 году, а на массовый рынок устройства с подобными экранами вышли в 2007 с появлением первой модели Apple iPhone [1].

В последнее время широкое распространение получили устройства с сенсорными экранами. Такая конфигурация особо удобна для мобильных устройств, поскольку позволяет избавиться от громоздких физических клавиатур и других устройств ввода и минимизировать размер устройства. Кроме того, использование сенсорных экранов является выходом в ряде ситуаций. Например, в условиях рабочих мест врачей, операторов технологических процессов, звукорежиссеров и работников других специальностей зачастую сложно найти место для полноценной клавиатуры, поскольку компьютер является для них вспомогательным инструментом среди множества других. Оператору электростанции, который осуществляет наблюдение за технологическими процессами одновременно на нескольких мониторах, крайне неудобно работать с большим числом клавиатур, а использование лишь одной клавиатуры и переключение между экранами значительно замедляет реализацию оперативных действий. Кроме того, сенсорные экраны крайне пригодны для организации интуитивно понятных интерфейсов, работе с которыми легко обучаются даже люди, плохо знакомые с компьютерной техникой [17].

Процесс взаимодействия пользователя с компьютером с сенсорным экраном выглядит следующим образом. На экран отображающего устройства выводится графический интерфейс приложения или операционной системы. Пользователь видит изображение через плотно прилегающий прозрачный экран и осуществляет взаимодействие, прикасаясь к определенным точкам экрана либо совершая движения (жесты). Контроллер сенсорного экрана передает информацию о прикосновениях c датчиков в компьютер, где окончательно вычисляются координаты точки прикосновения. Компьютер производит сопоставление координат точки прикосновения с геометрией управляющих элементов операционной системы или программы, или же идентифицирует жест, после чего производится соответствующее действие (например, активация указанного элемента, либо совершение действия, ассоциированного с жестом) [2].

Существуют несколько технологий сенсорных экранов, на которых строятся современные устройства.

Резистивные экраны состоят из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны. Резистивное покрытие нанесено как на панель, так и на мембрану, а пространство между ними изолировано с помощью микроизоляторов, которые равномерно распределены по поверхности, для предотвращения электрического контакта в спокойном положении. При давлении на экран происходит соприкосновение панели и мембраны, в результате чего электрическая цепь замыкается и контроллер регистрирует изменение сопротивления в определенной точке поверхности мембраны. Далее контроллер преобразует этот сигнал в координаты точки, и пересылает его по шине данных. Сенсорные экраны, построенные по этой технологии, недороги и устойчивы к загрязнениям. Их используют в терминалах, в промышленности, в недорогих мобильных устройствах. Однако они сравнительно плохо пропускают свет (не более 85%) и недолговечны. Также существуют матричные экраны, которые по принципу действия схожи с резистивными, но устроены проще — на стекло нанесена сетка из проводников, контроллер определяет точку прикосновения по номеру замкнутого горизонтального и вертикального проводника [4].

Ёмкостные экраны. Их действие основано на том принципе, что предметы с большой емкостью проводят переменный ток. Они состоят из стеклянной панели, которая покрыта резистивным сплавом из оксида индия и оксида олова. На каждый край пластины подается небольшое переменное напряжение. При касании экрана токопроводящим предметом (которым является, в частности, человеческое тело), образуется конденсатор, и возникает ток утечки, который регистрируется контроллером. Чем ближе точка прикосновения к одному из электродов, тем больше на нем ток утечки. На основании этого рассчитывается положение точки прикосновения. Такие экраны надежны, долговечны, хорошо пропускают свет [4].