Устройства позиционирования

Координатные устройства ввода, или устройства позиционирования, – такие устройства, которые позволяют указать место, в котором на экране компьютера должен находиться курсор. Они бывают относительными и абсолютными. Относительные определяют направление и скорость перемещения курсора, тем самым позволяя определить его позицию. Это, например, мышь, трекбол, тачпад. Абсолютные устройства позиционирования позволяют непосредственно указать позицию курсора, например, сенсорный экран.

Манипулятор «мышь» (в обиходе просто «мышь» или «мышка») – одно из относительных указательных устройств ввода (англ. pointing device), обеспечивающих интерфейс пользователя с компьютером. Мышь каким-либо образом отслеживает своё перемещение и передаёт эту информацию компьютеру. Программа, работающая на компьютере, в ответ на перемещение мыши производит на экране соответствующее действие.

Мышь изобретена Дугласом Энгельбартом в Стенфордском исследовательском институте в 1963 году. В 1981 году она была впервые включена в комплект компьютера – Xerox 8010 Star Information System, стоимость мыши составляла $400. В 1983 году фирмой Apple для компьютера Lisa была выпущена однокнопочная мышь, стоимость удалось снизить до $25, в итоге устройство начало завоевывать популярность.

Типы мышей:

– по конструкции детектора движения:

– колесные мыши – детектор состоит из двух перпендикулярных колес, выступающих из корпуса устройства. При перемещении колеса крутятся каждое в своем измерении (мышь Энгельбарта);

– шариковые мыши – движение передается на выступающий из корпуса обрезиненный стальной шарик. Два прижатых к шарику ролика снимают его движения и передают на датчики, преобразующие эти движения в электрические сигналы;

– оптические мыши – специальный светодиод подсвечивает поверхность, по которой перемещается мышь. Миниатюрная камера "фотографирует" поверхность более тысячи раз в секунду и передает данные процессору, который и делает выводы об изменении координат;

– лазерные мыши – работают по тому же принципу, что и оптические, но в качестве оптического датчика используют полупроводниковый лазер;

– инерционные мыши – для определения движений мыши по каждой из осей используется акселерометр;

– гироскопические мыши – разновидность инерционных, способная распознавать движение не только на поверхности, но и в трехмерном пространстве;

– MEMS-мышь, использующая микроэлектромеханические системы для отслеживания движения, такая мышь также способна работать в пространстве. Примером такой мыши является Logitech MX Air™..

– по интерфейсу:

– последовательный интерфейс RS-232 (COM-порт) (90-е годы);

– интерфейс PS/2, разработанный фирмой IBM (2001-2007 гг.);

– USB-интерфейс;

– стандартный bluetooth-интерфейс;

– по способу подключения:

– проводные

– беспроводные

– инфракрасные – передающие данные на компьютер посредством пары инфракрасный датчик–приемник. Недостаток – любое препятствие между датчиком и приемником вносит помехи;

– радиомыши – используют для передачи данных радиоканал, обычно поддерживают несколько разных частот. Недостаток – помехи от находящихся неподалеку аналогичных устройств;

– bluetooth-мыши – разновидность радиомышей, работающих с поддержкой стандарта bluetooth. Такой подход позволил решить проблему идентификации мыши и заодно избавиться от приемного устройства;

– индукционные – имеют индукционное питание от рабочей площадки. Такие мыши являются условно-беспроводными, поскольку площадка подключается кабелем, а мышь может свободно перемещаться в пределах этой площадки. Площадка же является приемником данных от мыши.

Трекбол – указательное устройство ввода информации об относительном перемещении для компьютера, изобретено в 1952 г. Аналогично мыши по принципу действия и по функциям. Трекбол функционально представляет собой перевернутую механическую (шариковую) мышь. Шар находится сверху или сбоку и пользователь может вращать его ладонью или пальцами, при этом не перемещая корпус устройства.

Тачпа́д (англ. touchpad – сенсорная площадка), се́нсорная пане́ль – указательное устройство ввода, применяемое обычно в ноутбуках. Изобретен в 1988 году, широко применяться начал с подачи Apple, которая начала оснащать «трекпадом» свои ноутбуки с 1994 года. Принцип действия основан на измерении ёмкости пальца или измерении ёмкости между сенсорами. Сенсоры расположены вдоль вертикальной и горизонтальной осей устройства, что позволяет определить положение пальца с нужной точностью.

Трекпойнт – указательное устройство представляющее из себя тензометрический джойстик. Для управления курсором используется пара резистивных датчиков деформации. Направление перемещения курсора определяется в соответствии с примененной силой. Устройство способно определять силу, с которой пользователь воздействует на него, и соответственно изменять скорость перемещения курсора.

Трекпойнт используется обычно как замена мыши в ноутбуках.

Графи́ческий планше́т (или дигитайзер, диджитайзер, от англ. digitizer) – это устройство для ввода рисунков от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Первый графический планшет был применен в составе компьютера Stylator в 1957 году. Относительную популярность приобрели в 80-е годы в связи с распространением программных средств автоматического проектирования

Сенсорный экран – устройство ввода информации; представляет собой экран, реагирующий на прикосновения к нему. Сенсорный экран изобрели в США в 1972 г. в рамках исследований по программированному обучению. Компьютерная система PLATO IV имела сенсорный экран на сетке ИК-лучей, состоявший из 16×16 блоков, это позволяло пользователю выбирать ответ на поставленные контрольной программой вопросы теста, нажимая в нужное место экрана. В 1982 г. компаниями Elotouch и Siemens был выпущен телевизор с сенсорным экраном. В 1985 году в университете в Торонто разработали мультисенсорный экран, показав тем самым перспективы технологии. Уже в 1983 г. крупные корпорации начали довольно массово выпускать устройства с сенсорными экранами, но их сфера применения в основном касалась медицинской и военной отраслей. В 1992 г. IBM выпустила первый телефонный аппарат, в котором вместо клавиатуры был установлен сенсорный экран. В 1993 г. фирма Apple выпустила т.н. «персональный помощник» под названием Newton, который по сути стал одним из первых КПК сенсорного типа. Устройство пользовалось популярностью, но массовым все-таки не стало, и в 1998 г. его выпуск был прекращен за нерентабельностью. Далее похожие КПК выпускала фирма Palm, причем некоторое время вообще все подобные устройства называли «палмами». С 2001 г. английская фирма Psion выпускала устройства серии Revo (ОС, установленная на эти КПК, называлась EPOC, в 1998 г. Psion, Ericsson, Motorola и Nokia на основе этой системы выпустили операционную систему для мобильных телефонов Symbian). Как альтернатива Palm и Psion выпускались также устройства на базе ОС Windows CE/Mobile/SmartPhone. В 2004 г. появилась игровая приставка с сенсорным дисплеем Nintendo DS. Это стало очень ярким признаком того, что сенсорные технологии занимают прочные позиции. Взрывной рост их популярности связан с выпуском в 2007 г. фирмой Apple мобильного телефона Iphone. В том же году Microsoft на международной выставке показала рабочий стол с поверхностью, представляющей собой большой сенсорный дисплей размером 30 дюймов. Это устройство основано на инфракрасной технологии, программное обеспечение позволяет распознавать движения рук, жесты, взаимодействовать с любыми объектами реального мира, попадающими в его область видимости. Это подразумевает полноценное взаимодействие и обмен цифровыми данными с мобильными телефонами, фотоаппаратами, другими устройствами. Возможна одновременная работа до четырех пользователей, то есть обрабатываются одновременные прикосновения четырех пар рук или ног. Всего Microsoft Surface способен отслеживать до 52 одновременных прикосновений к поверхности.

В 2011 г. в университете Гронингена в Голландии создали инфракрасный мультисенсорный дисплей длиной 10 метров с разрешением 4900×1700 пикселей. Устройство имеет 6 специальных камер и 16 инфракрасных излучателей, поддерживает до 100 точек одновременного касания. Его работу обеспечивают три компьютера. Самое интересное, что экран собран из деталей, которые можно легко приобрести в магазинах.

Существуют различные типы сенсорных экранов, работа которых основана на разных физических принципах:

– резистивные сенсорные экраны – состоят из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны, на которые нанесено резистивное покрытие. Когда на экран нажимают, панель и мембрана замыкаются, контроллер регистрирует изменение сопротивления и преобразует его в координаты. Такие экраны дёшевы и обладают максимальной стойкостью к загрязнению, реагируют на прикосновение любым предметом;

– матричные сенсорные экраны – конструкция аналогична резистивной, но упрощена до предела. На стекло нанесены горизонтальные проводники, на мембрану – вертикальные. При прикосновении к экрану проводники соприкасаются. Контроллер определяет, какие проводники замкнулись, и передаёт в микропроцессор соответствующие координаты;

– емкостные сенсорные экраны – используют тот факт, что предмет большой ёмкости проводит переменный ток. Экран представляет собой стеклянную панель, покрытую проводящим материалом. Электроды, расположенные по углам экрана, подают на проводящий слой небольшое напряжение. При касании экрана пальцем или другим проводящим предметом появляется утечка тока. При этом чем ближе палец к электроду, тем меньше сопротивление экрана, а значит, сила тока больше. Ток во всех четырёх углах регистрируется датчиками и передаётся в контроллер, вычисляющий координаты точки касания;

– проекционно-ёмкостные сенсорные экраны – на внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод вместе с телом человека образует конденсатор; электроника измеряет ёмкость этого конденсатора. В таких экранах возможно определение нескольких одновременных прикосновений – мультитач. Экран iPhone является проекционно-ёмкостным.

– сенсорные экраны на поверхностно-акустических волнах – на экране возбуждаются ультразвуковые колебания. Прикосновение к экрану изменяет характер прохождения ультразвука и регистрируется датчиками. Применяются в основном в медицинской технике;

– сетка инфракрасных лучей – формируется горизонтальными и вертикальными инфракрасными лучами, прерывается при касании к монитору любым предметом. Контроллер определяет место, в котором луч был прерван.

– оптические сенсорные экраны – разновидность инфракрасной сетки;

– тензометрические сенсорные экраны – реагируют на деформацию экрана, являются наиболее прочными среди сенсорных экранов;

– индукционные сенсорные экраны – графический планшет со встроенным экраном. Такие экраны реагируют только на специальное перо.