中心議題：

• 電容感測的物理原理
• 手指位置的偵測和判別方法
• 雙指捏放手勢與螢幕縮放之間的設計技術

duodianchukongyishidangjinchukongjishukaifazhezuirezhongdeyanjiuketi。kansijiandandechukongdongzuo，qishibeihouyinzangzhecuozongfuzadeyunzuoguocheng，baokuojiangchukongdongzuozhuanchengshuweixunhao，bingtuisuanchupengweizhi，ranhouhezhukongduanjinxingtongxunbingzhixingjieyidengbuzhou
，meiyigeshejihuanjiedoujiangyingxiangzuizhongxiaonengdechengxian。

benwenjiangduizhuizongchupengdongzuojinxingquanmiandechanshu
，congdianronggancedewuliyuanli，yizhidaoyingmudezuizhongdongzuo。baokuojieshaoxitongruhezhencedaoshouzhideweizhi，yijipandushouzhiweizhidegezhongfangfa
，bingjieshaoshoujideruantiduidie，shuomingyingyongchengshideshejifangfa
，zuihouzaijielushuangzhiniefangshoushiyuyingmusuofangzhijiandeshejineimu。

電容感測的物理原理及手指位置判別

dabufendezhihuixingshoujichukongyingmudounengduishouzhidianrongchanshengfanying
，chukongyingmuneiyouxuduopailiezhengqideganceqi，huizhencechuyinshouzhiyidongsuodaozhidedianrongbianhua。dangnideshouzhichupengdaoyingmushi，jiuhuiyingxiangzhexieganceqidezirong（Self-capacitance），以及彼此之間的互容（Mutual Capacitance）。大da多duo數shu智zhi慧hui型xing手shou機ji都dou是shi感gan測ce互hu容rong而er不bu是shi自zi容rong。由you於yu互hu容rong是shi反fan映ying一yi對dui感gan測ce器qi之zhi間jian的de互hu動dong關guan係xi，因yin此ci可ke用yong來lai收shou集ji有you關guan螢ying幕mu上shang每mei個ge位wei置zhi的de資zi訊xun（X×Y個感測點）；自容則僅能用來偵測每個感測器的反應（X+Y個樣本）
，而不是每個點。

電容感測含有數個層：頂層是玻璃或塑膠材質，接者依序是一個光學透明膠（OCA）層
、觸控感測器及平麵液晶顯示器（LCD）。觸控感測器是由許多感測元件所排列而成的網格

，尺寸通常為5毫米×5毫米。

這些感測器采用氧化銦錫（ITO）製成。 ITO具有許多特別的屬性
，為製作觸控螢幕的絕佳材質：超過90%透明度並具有導電性。有些設計采用鑽石狀圖紋，不會和LCD的紋線重疊，視覺觀感較佳，其他則采用較簡單的「直條與橫條」圖案設計。如果在充分的光照下，以正確的角度觀察你的裝置
，並關閉液晶螢幕，就能看到ITO感測器的線紋。

圖1 互容基本原理

基本上，感測互容的原理（圖1）和感測自容完全不同。感測自容通常是量測含有感測器的電阻-電容（RC）電路之時間常數；感測互容的程序則包括量測X軸與Y軸感測器之間的互動。係統會感測經過每個X軸與Y軸的訊號，借此偵測感測器之間的耦合值（圖2）。耐人尋味的是，手指的觸碰動作會降低互容耦合值，但手指觸碰動作卻會增加自容的值。

圖2 互容偵測反應

不(bu)論(lun)是(shi)哪(na)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)
，光(guang)量(liang)測(ce)電(dian)容(rong)是(shi)不(bu)夠(gou)的(de)
，係(xi)統(tong)必(bi)須(xu)回(hui)應(ying)的(de)是(shi)電(dian)容(rong)的(de)變(bian)化(hua)
，而(er)不(bu)是(shi)個(ge)別(bie)的(de)電(dian)容(rong)值(zhi)。係(xi)統(tong)會(hui)對(dui)每(mei)個(ge)感(gan)測(ce)器(qi)設(she)定(ding)一(yi)個(ge)基(ji)準(zhun)值(zhi)，這(zhe)個(ge)基(ji)準(zhun)值(zhi)是(shi)經(jing)過(guo)長(chang)時(shi)間(jian)溫(wen)度(du)與(yu)其(qi)他(ta)因(yin)素(su)變(bian)化(hua)後(hou)求(qiu)出(chu)的(de)訊(xun)號(hao)長(chang)期(qi)平(ping)均(jun)值(zhi)，讓(rang)係(xi)統(tong)允(yun)許(xu)訊(xun)號(hao)在(zai)各(ge)種(zhong)狀(zhuang)況(kuang)下(xia)產(chan)生(sheng)些(xie)微(wei)的(de)波(bo)動(dong)。在(zai)建(jian)構(gou)觸(chu)控(kong)螢(ying)幕(mu)係(xi)統(tong)時(shi)麵(mian)臨(lin)其(qi)中(zhong)一(yi)項(xiang)挑(tiao)戰(zhan)
，就(jiu)是(shi)建(jian)立(li)適(shi)當(dang)的(de)基(ji)準(zhun)值(zhi)。例(li)如(ru)，當(dang)手(shou)指(zhi)觸(chu)碰(peng)到(dao)螢(ying)幕(mu)，係(xi)統(tong)必(bi)須(xu)能(neng)適(shi)當(dang)地(di)啟(qi)動(dong)。當(dang)沾(zhan)水(shui)的(de)手(shou)指(zhi)或(huo)手(shou)掌(zhang)碰(peng)到(dao)螢(ying)幕(mu)時(shi)，係(xi)統(tong)也(ye)必(bi)須(xu)能(neng)啟(qi)動(dong)。
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當感測到的電容減去基準值時，就得到一個訊號值陣列
，代表圖3所示的手指觸碰狀況。有許多種方法可根據這項資訊來判斷手指的位置，其中最簡單的方法是計算質心--質量中心（Centriod），計算出一維或二維軸向感測數值的加權平均值。運用一維質心計算法，根據上述例子的X軸數據，可算出（5×1+15×2+25×3+10×4）/（5+15+25+10）=150/55= 2.73。接著以液晶螢幕的解析度為標準，將這個位置值適當地縮放，以便和螢幕重疊。若ITO感測器的圖案超出液晶螢幕的邊緣，則必須進行一些轉換計算。

圖3 由個別的電容值判定手指位置

接(jie)觸(chu)範(fan)圍(wei)的(de)邊(bian)緣(yuan)，讓(rang)手(shou)指(zhi)位(wei)置(zhi)的(de)問(wen)題(ti)變(bian)得(de)更(geng)複(fu)雜(za)。舉(ju)上(shang)述(shu)的(de)陣(zhen)列(lie)為(wei)例(li)，若(ruo)麵(mian)板(ban)的(de)邊(bian)緣(yuan)處(chu)碰(peng)到(dao)這(zhe)些(xie)線(xian)條(tiao)區(qu)

，采(cai)用(yong)上(shang)述(shu)的(de)簡(jian)單(dan)質(zhi)心(xin)推(tui)算(suan)法(fa)
，當(dang)左(zuo)側(ce)下(xia)移(yi)時(shi)
，右(you)側(ce)就(jiu)會(hui)開(kai)始(shi)被(bei)「上拉」。為解決這個問題，必須用特別的邊緣處理技巧來檢查剩下訊號的形狀
，再推測手指沒有接觸到螢幕表麵的部分。

CPU/USB助陣 觸控感測功能升級

當一個有效的觸碰訊號出現
，且觸碰動作的X/Y軸座標被偵測到之後，主控端中央處理器（CPU）就可以得到要處理的資料。嵌入式觸控螢幕元件會透過I2C介麵或串列周邊介麵（SPI）來進行通訊。較大尺寸的觸控螢幕通常會采用通用序列彙流排（USB）介麵，因為包括Windows、Mac OS以及Linux等作業係統，都有內建USB介麵的人機介麵裝置（HID）支援功能。

雖然采用多個不同的介麵，作業係統的驅動程式到最後做的事卻大致類似，以Android的驅動程式為例
，由於Android與MeeGo都以Linux為開發基礎
，因此這三種作業係統都使用類似的驅動程式。

觸控螢幕驅動程式的岔斷觸發器是一個岔斷服務函式（Interrupt Service Routine， ISR）
，負責作業執行緒的排程。 ISR中zhong並bing沒mei有you執zhi行xing任ren何he作zuo業ye來lai維wei護hu岔cha斷duan的de延yan遲chi以yi及ji避bi免mian優you先xian權quan倒dao置zhi。當dang作zuo業ye係xi統tong呼hu叫jiao作zuo業ye執zhi行xing緒xu
，會hui啟qi動dong一yi個ge通tong訊xun交jiao易yi，從cong裝zhuang置zhi讀du取qu資zi料liao，然ran後hou切qie換huan至zhi睡shui眠mian模mo式shi。當dang通tong訊xun交jiao易yi完wan成cheng後hou
，主zhu控kong端duan驅qu動dong程cheng式shi就jiu得de到dao自zi己ji要yao處chu理li的de資zi料liao。

主控端驅動程式會把裝置製造商采用的資料格式，轉換成標準格式。在Linux環境中，驅動程式會透過一連串的次函式（Subroutine）呼叫來複製事件區域，接著再透過一個最終呼叫來傳送事件資料。例如
，要建立一個單一觸碰Linux輸入事件，整段程式可寫成：

input_report_abs（ts->input
， ABS_X
， t->st_x1）; // Set X location
input_report_abs（ts->input， ABS_Y， t->st_y1）; // Set Y location
input_report_abs（ts->input， ABS_PRESSURE
， t->st_z1）; // Set Pressure
input_report_key（ts->input， BTN_TOUCH， CY_TCH）; // Finger is pressed
input_report_abs（ts->input
， ABS_TOOL_WIDTH， t->tool_width）;// Set width
input_sync（ts->input）;// Send event

提升觸控效能　Android不可或缺

這個觸控事件之後交給作業係統來處理，如Android會把事件的曆史資料儲存在手勢處理緩衝區，然後把事件傳遞給View這個類別。有多款觸控螢幕元件
，如賽普拉斯（Cypress）TrueTouch產品已經支援硬體手勢處理功能（圖4）。yingtishoushichuligongnengkeshujiezhukongduanzuoyexitongdefuhe，fendanshoushichulidegongzuo，hainengyizhaobutongqingkuangmianquchulisuoyouchukongziliaodefudan，yizhidaokandaoshoushiweizhi。

圖4 手勢觸控類型

舉ju例li來lai說shuo
，若ruo你ni正zheng開kai發fa相xiang片pian瀏liu覽lan器qi，主zhu控kong端duan不bu必bi處chu理li數shu十shi或huo數shu百bai個ge觸chu控kong事shi件jian的de封feng包bao，就jiu能neng讓rang使shi用yong者zhe翻fan閱yue下xia一yi張zhang相xiang片pian
，直zhi到dao使shi用yong者zhe實shi際ji翻fan閱yue下xia一yi張zhang相xiang片pian之zhi前qian，不bu會hui出chu現xian任ren何he岔cha斷duan。

感測/回應Android View/Widget至關重要

Android的View類別會判斷觸控事件發生時係統正執行哪些應用，在螢幕上顯示的每個應用，都有至少一個View類別。這個類別中含有許多方法負責處理使用者的輸入，其中包括OnTouchListener，負責處理從輸入驅動器收到的資訊，以及MotionEvent中的額外資訊。

如果你曾寫過Windows環境下能接收滑鼠事件的程式
，就會驚訝地發現滑鼠事件與觸控介麵之間的差異。 MotionEvent這個類別內含許多方法，包括WM_LBUTTONDOWN常見到的方法
，例如GetX與GetY，以及處理觸控的位置還有手指停留在麵板上的時間。

當應用看到事件後，就會對觸控動作做出回應，這種回應通常是由微程式（Widget）來執行
，而不是由應用程式來負責。 Android的Widget內含一些簡單項目
，像是按鈕等，還有包括許多複雜的介麵
，像是資料挑選器（Data Picker），以及附有取消鈕的進度顯示條視窗。

應用程式也可直接處理與回應觸控動作。繪圖程式可選擇混用兩種方法
，在繪圖區使用直接觸控輸入功能，並搭配Widget負責處理選單與按鈕的操作功能。

Windows /Android手勢辨認各擅勝場

Windows Touch處理功能與Android之間的一項差別，就是解譯手勢。 Android提供為數眾多的手勢創作工具，但dan沒mei有you提ti供gong任ren何he內nei建jian的de手shou勢shi定ding義yi。每mei個ge設she計ji者zhe都dou可ke自zi由you創chuang作zuo自zi己ji的de手shou勢shi
，包bao括kuo像xiang手shou寫xie辨bian識shi等deng複fu雜za的de手shou勢shi。這zhe種zhong方fang法fa催cui生sheng出chu許xu多duo應ying用yong
，像xiang是shi字zi符fu辨bian識shi的de搜sou尋xun功gong能neng，但dan意yi謂wei在zai兩liang個ge不bu同tong的deAndroid平台上
，同樣的手勢動作啟動的是不一樣的功能。

至於Windows則提供一組固定且眾所周知的手勢
，並支援作業係統層級應用
，包括GID_PAN、GID_ZOOM、GID_ROTATE、GID_PRESSANDTAP及GID_TWOFINGERTAP。這些手勢動作在任何程式都啟動相同的動作
，這點讓使用者能快速學會使用新程式。兩種方法都各自有其優點。

觸控設計邁向未來的過程中會遇到技術層麵的挑戰
，還得應付許多層麵之間的互動問題。從選擇材料、zhizaodaodianzi，doushichukonggancebixumianlindeyiti。dangxitongbachukongdongzuozhuanchengshuweixunhaohou，haibixutuisuanqiweizhihezhukongduanjinxingtongxunyijizhixingjieyidengbuzhou。rujinzhexiewentidouyibeikefu，ruantiyanfayezhebixuzaizhexiejichushangkaifalingrenjingyandeyingyong。