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感测系统推动人机界面技术快速发展
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文章录入:BRUDER 文章来源:环球触控网 更新时间:2010-4-21
感测系统推动人机界面技术快速发展

  人机界面是任何产品与使用者接触直接相关的设施,IT产品当然也不例外,过去为了配合硬件设备的发展,人机界面几乎不外是屏幕显示信息与各类按钮、或键盘鼠标(或变形的摇杆、轨迹球等指向装置)类型存在,不过在各类型的传感器突飞猛进的发展下,IT产品人机界面在近几年也大为不同,例如多点触控与姿态侦测,都成为当红的焦点。

  人机界面的进化,过去就一直随著时代有不同的面貌,但是电子产品的发展,却是人机界面发展史中,相当有趣的一个分支,过去IT相关的产品,多半是由专业人员操作,但是消费性电子产品的兴起,却打破了IT产品只由专家操纵的惯例,必须贴近到一般消费者层面。

  故消费性电子产品这种新产品类型的出现,对工业设计而言,确实是开创了全新的局面,当然也增加了工业设计专业涵盖的深度及广度。人机界面工业设计师所关注的要素,不仅只是在功能性,更必须藉由产品外观设计,让使用者与产品间产生良性的互动,其中涉及到美学、材料运用、人因工程、产品语意等相关知识。藉由这些知识的整合,才能设计出满足多面向的需求的人机界面,如视觉感受、使用层面等。

  因此最近几年,不少人机界面的突破,都出现在消费性电子产品上,例如随著苹果iPhone和iPOD Touch引入实现多点触控的投射式电容触控技术,引领人机互动界面的一波新革新,触控面板和按键,特别是多点触控模式,开始风行于手机、消费电子、家电、小笔电等领域。

  除了多点触控外,任天堂几年前推出的Wii游戏机亦在市场上刮起一阵旋风,其中最受瞩目的特色是能让玩家以真实动作融入游戏的无线控制器。而幕后最大功臣是以微机电系统(MEMS)技术为基础的三轴加速度传感器。任天堂的这项创意让游戏机设计进入了一全新的阶段,也让越多越多的消费性电子产品,包括数码相机、笔记型计算机、手机采用MEMS元件,以提供更佳的操控功能或创新应用。

  由前述的两个例子可以看出,人机界面能够让已经出现很久类型的产品,发生革命性的突破,也显见新人机界面几乎等于赋予产品新生命,良好的人机界面设计更可以激发消费者的购买欲望与对产品的忠诚度。

  但是,消费性电子产品的人机界面设计,比一般产品又更困难,首先是在信息产品推陈出新的情况下,界面设计面临极大的挑战,过去的设计往往是藉由使用者保存的经验(甚或是标准),延续其已发展的心智模式进行设计,但面对全新的产品时,设计师必须藉由界面的带领,促使使用者创造、增强、继而保存经验。然而由于信息产品其易于携带且具有传播功能等特性,使得设计师在探讨使用情境时变得更为不易掌握,以至于人机的互动行为撷取困难。这当中设计师必须理解核心需求并运用相关知识,将抽象概念转化为界面操作程序、界面元素等,使使用者的心智建立对产品使用的系统模型。产品设计势必因应信息产品的出现,修正旧的或建立新的设计方法或程序以满足设计需求。

  当然,设计「好的」人机界面,已经是设计产品中,相当困难的一个部分,因为人机界面必须考量非IT技术的人体工学、使用者心理学等,而设计出革命性的人机界面,更必须对人机械面的基础-传感器,有相当的认识,这也是许多人机界面设计者不熟悉的关键点。

  人机界面所可能利用到的传感器类型众多

  传感器的所能侦测的领域相当广泛,根据美国的商业情报研究机构Global Industry Analysts, Inc(GIA)的研究指出,大约有10种以上,举例而言有化学(Chemical & Gas & Biosensor)侦测,所利用的代表性技术有远红外线、热导、电离子化等,用于瓦斯或是氧气侦测。压力(Pressure)侦测,原理为微机电、真空、血压、光学、电阻等,代表性的用途有胎压侦测、电阻式触控面板等。流体(Flow)侦测,利用的原理有科氏力、涡流、超音波、电磁、电容电场等,代表性用途就是投射电容式触控面板。

  其它还有接近(Proximity & Displacement)感测、影像(Image)感测、位置(Position)感测、位面(Level)感测、温度(Temperature)侦测、负载(Force & Load)侦测等等。详细分类请参考附表。

  过去,这些传感器,多半需要持续侦测目标或是接触目标,才能获得目标的信息,但是这样的情况,会造成耗损、干扰、或是需要较大的攻耗提供运作等缺点,所幸随著科技进步,许多接触式传感器都已经被非接触式传感器取代,而且也克服了前述的各项问题,甚至能大福提升准确性与稳定度。

  而随著半导体制程等技术的推进,微型化已经成为不可逆的方向,传感器也受到此一趋势相当大的帮助,例如微机电系统的发展,让矽晶麦克风、3D加速计、RF元件、相机稳定器与GPS的陀螺仪等进入消费性电子产品,当然也带来了相当大的人机界面革命。总体来看,除了前述的MEMS传感器系统外,根据GIA的研究,还有影像传感器、生物传感器、动作感应器是最重要的发展方向,其所衍生的产品族类亦相当众多。

  传感器技术影响人机界面发展

  由于感测系统在人机界面设计的重要性大福提高,所以传感器本身的技术,往往也成为左右人机界面成败的关键,显然厂商设计产品时,人机界面的技术亦已成为核心关键,例如最近即传出投射式电容技术的门槛颇高,主要是屏幕在制程与贴合上,都有相当多的关卡,例如何种贴合模式才能达到最佳触控效果、抗干扰与ITO镀膜技术的专利或智财权,都让厂商伤透脑筋。最后结果即造成良率不易拉升,使终端产品受到影响。

  而这个良率问题并非一朝一夕,从投射式电容技术成为支持多点触控的主要技术后,就一直与此问题拉锯,这也解释了为何人人都看好多点式触控技术,甚至在iPhone大卖后预言多点触控将成为手机主流人机界面,但目前为止多点触控市场渗透率仍缓慢前进的原因。

  当然多点触控并非只有一种技术,也许某种技术突然兴起取代投射式电容,成为多点式触控主流,这也反应厂商设计,必须走在传感器发展的前端,以免技术成熟时,却来不及端出相对应的人机界面技术,虽然在其它技术上这样的研发观很常见,例如以OCR、BCR技术的发展为例,当30万像素的镜头出现在市面上时,许多厂商认为根本不可行,但有些厂商就已经在研究辨识效果。

  经过研究,该厂商确实发现30万像素无法达到完美的效果,看似花费了心血但是做到跟没研发厂商相似的结论,但事实的发展是,100万画素的镜头没隔多久就发展出来,达到辨识的最低门槛,在30万像素时代就已经研究技术的厂商立刻遥遥领先推出实作的产品。人机界面研发亦是同理,当硬件还没定位时,就应该洞悉发展趋势,研发人机界面技术。

  例如以触控为例,随著触控产品如雨后春笋般冒出,国内厂商若欲跟随此股潮流往前走,甚至走在硬件的前端设计人机界面,必须有的心态是:1、不断研究与思考消费性产品触控设计趋势为何。2、模拟未来创新的触控应用模式与情境,探究触控技术的发展方向为何。3、随著应用情境不同,产品设计如何兼顾消费者需求满足与触控技术的发展。

  感测系统与人机界面产品的落差

  探讨人机界面,背后的大功臣感测界面绝对不可被忽略,但由于人机界面设计的难度很高,在这高难度的任务上,又加上了一种未被市场验证的感测机制,那失败的可能性又更高,所以大部分研发人机界面的厂商,都追随市场已经成功的技术,当然在一种传感器被采用且发扬光大之后,往往后续的追随是比较简单的任务,但是如果对于传感器有全面性的了解,或许能够发现某传感器很适合设计成某产品的人机界面,而成为走在一个市场的先行者。

  

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