Указывающее устройство - Pointing device

Тачпад и джойстик на ноутбуке IBM
Старая 3D-мышь
3D-указывающее устройство

Указательное устройство представляет собой интерфейс человеческого устройства , что позволяет пользователю для ввода пространственных (то есть, непрерывные и многомерные ) данные на компьютер . Системы CAD и графические пользовательские интерфейсы (GUI) позволяют пользователю управлять компьютером и предоставлять данные на него с помощью физических жестов , перемещая ручную мышь или подобное устройство по поверхности физического рабочего стола и активируя переключатели на мыши. Движения указывающего устройства отражаются на экране перемещениями указателя (или курсора ) и другими визуальными изменениями. Обычные жесты - это указывать и щелкать и перетаскивать .

Хотя самым распространенным указывающим устройством на сегодняшний день является мышь, было разработано гораздо больше устройств. Однако термин « мышь» обычно используется как метафора для устройств, перемещающих курсор.

Закон Фиттса можно использовать для прогнозирования скорости, с которой пользователи могут использовать указывающее устройство.

Классификация

Чтобы классифицировать несколько указывающих устройств, можно рассмотреть определенное количество функций. Например, движение устройства, управление, позиционирование или сопротивление. Следующие пункты должны предоставить обзор различных классификаций.

  • прямой или косвенный ввод

В случае указывающего устройства с прямым вводом экранный указатель находится в том же физическом положении, что и указывающее устройство (например, палец на сенсорном экране, стилус на планшетном компьютере). Указывающее устройство с косвенным вводом не находится в том же физическом положении, что и указатель, но транслирует его движение на экран (например, компьютерная мышь, джойстик, стилус на графическом планшете).

  • абсолютное против относительного движения

Устройство ввода с абсолютным перемещением (например, стилус, палец на сенсорном экране) обеспечивает согласованное сопоставление между точкой в ​​пространстве ввода (местоположение / состояние устройства ввода) и точкой в ​​пространстве вывода (положение указателя на экране) . Устройство ввода относительного движения (например, мышь, джойстик) отображает смещение во входном пространстве на смещение в выходном состоянии. Следовательно, он контролирует относительное положение курсора по сравнению с его начальным положением.

Изотоническое указательное устройство является подвижным и измеряет его смещение (мышь, ручка, человеческая рука), тогда как изометрическое устройство фиксируется и измеряет силу, действующую на него (трекпойнт, сенсорный экран с функцией определения силы). Упругое устройство увеличивает свое силовое сопротивление при перемещении (джойстик).

  • управление положением по сравнению с контролем скорости

Устройство ввода с управлением положением (например, мышь, палец на сенсорном экране) напрямую изменяет абсолютное или относительное положение экранного указателя. Устройство ввода с контролем скорости (например, трекпойнт, джойстик) изменяет скорость и направление движения экранного указателя.

Другая классификация - это различие между физическим перемещением или поворотом устройства.

Разные указывающие устройства имеют разную степень свободы (DOF). Компьютерная мышь имеет две степени свободы, а именно ее движение по осям x и y. Однако Wiimote имеет 6 степеней свободы: оси x, y и z как для движения, так и для вращения.

  • возможные состояния

Как упоминалось далее в этой статье, указывающие устройства могут иметь разные возможные состояния. Примеры этих состояний: вне диапазона, отслеживание или перетаскивание .

Примеры

  • Компьютерная мышь - это непрямое , относительное , изотоническое , позиционно-управляющее , поступательное устройство ввода с двумя степенями свободы (положение x, y) и двумя состояниями (отслеживание, перетаскивание).
  • сенсорный экран является прямым , абсолютным , изометрическим , позиционным контролем входного устройства с двумя или более степенями свободы (х, у положения и , возможно , под давлением) и два состояний (из диапазона, увлекая).
  • джойстик является косвенным , относительным , упругим , скорости управления , поступательное устройство ввода с двумя степенями свободы (х, у) и угла два состояний (гусеничное, перетаскивание).
  • Wiimote - это непрямое , относительное , эластичное , регулируемое по скорости , поступательное устройство ввода с шестью степенями свободы (ориентация x, y, z и положение x, y, z) и двумя или тремя состояниями (отслеживание, перетаскивание для ориентации и положения). ; вне допустимого диапазона).

Таксономия Бакстона

В следующей таблице показана классификация указывающих устройств по их количеству измерений (столбцов) и определенному свойству (строкам), введенная Биллом Бакстоном . В подстроках различаются механические промежуточные (т. Е. Стилус) (M) и сенсорные (T). Он основан на моторной / сенсорной системе человека . Устройства непрерывного ручного ввода делятся на категории. В подколонках выделяются устройства, для работы которых используется сопоставимое управление двигателем. Таблица основана на оригинальном графике из работы Билла Бакстона «Таксономии исходных данных».

Количество размеров
1 2 3
Собственность ощущается Позиция Вращающийся горшок Раздвижной горшок Планшет и шайба Планшет и стилус Световое перо Плавающий джойстик 3D джойстик M
Сенсорный планшет Сенсорный экран Т
Движение Непрерывный вращающийся горшок Беговая дорожка Мышь Трекбол 3D трекбол M
Феринстат X / Y Pad Т
Давление Датчик крутящего момента Изометрический джойстик Т

Модель трех состояний Бакстона

Эта модель описывает различные состояния, которые может принимать указывающее устройство. Три общих состояния, описанных Бакстоном, - это вне диапазона, отслеживание и перетаскивание . Не каждое указывающее устройство может переключаться во все состояния.

Модель Объяснение
2 Государственная транзакция
Мышь перемещается без нажатия кнопки. Это состояние можно назвать отслеживанием , то есть пользователь просто перемещает мышь без дальнейшего взаимодействия с системой. Если мышь наведена на значок и кнопка нажата во время перемещения мыши, происходит переход в новое состояние, называемое перетаскиванием . Эти состояния показаны на изображении «2 состояния транзакции» .
Вне диапазона и отслеживание
Если вместо мыши используется сенсорный планшет, способный распознавать касание или отсутствие касания, модель состояния выглядит иначе. Точнее, это означает, что любое движение пальца от дисплея выходит за пределы диапазона и не влияет на систему. Только когда палец касается дисплея, состояние переключается на отслеживание (Рисунок: «Вне диапазона и отслеживание» ).
Вне диапазона, отслеживание и перетаскивание
Если используется графический планшет со стилусом, можно определить все три состояния. Когда стилус поднят, он находится вне зоны досягаемости . Когда он находится в пределах досягаемости, состояние переключается на отслеживание, и указатель следует за перемещением стилуса. Дополнительное давление на стилус инициирует перетаскивание в состоянии 2 (Рисунок: «Вне диапазона, отслеживание и перетаскивание» ).
Состояние 2 Set
Используя мышь с несколькими кнопками или несколько щелчков мыши, состояние 2 можно разделить на набор состояний, т.е. нажатие разных кнопок приводит к различным состояниям. Например, выделение объекта с помощью кнопки 1 переключается в состояние « Перетащить оригинал», тогда как при выборе объекта « Кнопка 2» переключается на перетаскивание копии . То же самое касается нескольких щелчков мышью, известных из Windows : один щелчок по объекту выбирает объект, двойной щелчок открывает его (Рисунок: «Набор состояний 2» ).

Закон Фиттса

Закон Фиттса (часто называемый законом Фиттса) - это прогностическая модель движения человека, которая в основном используется при взаимодействии человека с компьютером и эргономике. Этот научный закон предсказывает, что время, необходимое для быстрого перемещения к целевой области, является функцией соотношения между расстоянием до цели и шириной цели. Закон Фиттса используется для моделирования акта наведения, либо путем физического прикосновения к объекту рукой или пальцем, либо виртуально, путем наведения на объект на мониторе компьютера с помощью указывающего устройства. Другими словами, это означает, например, что пользователю нужно больше времени, чтобы щелкнуть маленькую кнопку, находящуюся далеко от курсора, чем ему нужно щелкнуть большую кнопку рядом с курсором. Таким образом, как правило, можно предсказать скорость, которая необходима для выборочного движения к определенной цели.

Математическая формулировка

Общая метрика для расчета среднего времени на завершение движения следующая:

куда:

  • MT - это среднее время для завершения движения.
  • a и b - константы, которые зависят от выбора устройства ввода и обычно определяются эмпирически с помощью регрессионного анализа.
  • ID - это показатель сложности.
  • D - расстояние от начальной точки до центра мишени.
  • W - ширина цели, измеренная вдоль оси движения. W также можно рассматривать как допустимую погрешность в конечном положении, поскольку конечная точка движения должна находиться в пределах ± W2 от центра цели.

Это приводит к интерпретации, что, как упоминалось ранее, большие и близкие цели могут быть достигнуты быстрее, чем маленькие, удаленные цели.

Применение закона Фиттса в дизайне пользовательского интерфейса

Как упоминалось выше, размер и расстояние до объекта влияют на его выбор. Кроме того, это влияет на взаимодействие с пользователем. Поэтому важно, чтобы закон Фиттса учитывался при разработке пользовательских интерфейсов. Ниже приведены некоторые основные принципы.

  • Интерактивные элементы
Например, командные кнопки должны иметь размер, отличный от размеров неинтерактивных элементов. Интерактивные объекты большего размера легче выбирать с помощью любого указывающего устройства.
  • Края и углы
Из-за того, что курсор закрепляется на краях и углах графического пользовательского интерфейса, к этим точкам можно получить доступ быстрее, чем к другим местам на дисплее.
  • Всплывающие меню
Они должны поддерживать немедленный выбор интерактивных элементов, чтобы сократить «время в пути» пользователя.
  • Варианты выбора
В таких меню, как раскрывающиеся меню или навигация верхнего уровня, расстояние увеличивается по мере продвижения пользователя вниз по списку. Однако в круговых меню расстояние до разных кнопок всегда одинаково. Кроме того, целевые области в круговых меню больше.
  • Панели задач
Для работы с панелью задач пользователю требуется более высокий уровень точности, а значит, больше времени. Обычно они мешают перемещению по интерфейсу.

Control-Display Gain

Усиление Control-Display (или CD-усиление) описывает соотношение между движениями в пространстве управления и движениями в пространстве дисплея. Например, аппаратная мышь перемещается с другой скоростью или расстоянием, чем курсор на экране. Даже если эти движения происходят в двух разных пространствах, единицы измерения должны быть одинаковыми, чтобы иметь смысл (например, метры вместо пикселей). Коэффициент усиления CD относится к коэффициенту масштабирования этих двух движений:

В большинстве случаев настройки усиления CD можно отрегулировать. Однако необходимо найти компромисс: с высоким коэффициентом усиления легче приблизиться к удаленной цели, с низким коэффициентом усиления это занимает больше времени. Высокий коэффициент усиления затрудняет выбор целей, тогда как низкий коэффициент усиления облегчает этот процесс. В оконных системах Microsoft , macOS и X реализованы механизмы, которые адаптируют усиление компакт-диска к потребностям пользователя. например, усиление CD увеличивается, когда скорость движения пользователя увеличивается (исторически называемое «ускорением мыши»).

Общие указывающие устройства

Указывающие устройства с отслеживанием движения

Мышь

Мышь - это небольшое портативное устройство, перемещаемое по горизонтальной поверхности.

Мышь перемещает графический указатель, скользя по гладкой поверхности. Обычная мышь-роллер использует мяч для создания этого действия: мяч находится в контакте с двумя маленькими валами, расположенными под прямым углом друг к другу. Когда мяч движется, эти оси вращаются, и вращение измеряется датчиками внутри мыши. Информация о расстоянии и направлении от датчиков затем передается на компьютер, и компьютер перемещает графический указатель на экране, следуя движениям мыши. Еще одна распространенная мышь - это оптическая мышь. Это устройство очень похоже на обычную мышь, но использует видимый или инфракрасный свет вместо шарика-ролика для обнаружения изменений положения. Дополнительно есть мини-мышь , которая представляет собой маленькую мышь размером с яйцо для использования с портативными компьютерами ; обычно достаточно мал для использования на свободном участке корпуса ноутбука, обычно он оптический , включает в себя втягивающийся шнур и использует порт USB для экономии заряда аккумулятора.

Трекбол

Шаровой манипулятор представляет собой указательное устройство , состоящее из шарика , размещенного в гнездо , содержащий датчики для обнаружения вращение шара относительно двух осей, подобно перевернутой мыши: как рулоны пользовательских шар с большим пальцем, пальцами или ладонью указатель на экране также будет двигаться. Шарики слежения обычно используются на рабочих станциях САПР для простоты использования, где на столе может не быть места для использования мыши. Некоторые из них могут закрепляться на боковой стороне клавиатуры и иметь кнопки с такими же функциями, как кнопки мыши. Существуют также беспроводные трекболы, которые предлагают пользователю более широкий диапазон эргономичных положений.

Джойстик

Изотонические джойстики представляют собой ручки-джойстики, где пользователь может свободно изменять положение ручки с более или менее постоянной силой.

Изометрические джойстики - это то место, где пользователь управляет стиком, изменяя силу, с которой он нажимает, и положение стика остается более или менее постоянным. Изометрические джойстики часто называют более сложными в использовании из-за отсутствия тактильной обратной связи, обеспечиваемой реальным движущимся джойстиком.

Указательная палка

Джойстику является чувствительным к давлению небольшого гвоздя используется как джойстик. Обычно его можно найти на ноутбуках, встроенных между клавишами G , H и B. Он работает, ощущая силу, приложенную пользователем. Соответствующие кнопки «мыши» обычно располагаются чуть ниже пробела . Он также встречается на мышах и некоторых настольных клавиатурах.

Пульт Wii

Пульт Wii Remote, также известный в просторечии как Wiimote, является основным контроллером консоли Nintendo Wii. Основной особенностью Wii Remote является возможность распознавания движения, которая позволяет пользователю взаимодействовать с элементами на экране и манипулировать ими с помощью распознавания жестов и наведения указателей с помощью акселерометра и технологии оптических датчиков.

Отслеживание пальца

Устройство отслеживания пальцев отслеживает пальцы в трехмерном пространстве или близко к поверхности, не контактируя с экраном. Пальцы триангулируются с помощью таких технологий, как стереокамера, время пролета и лазер. Хорошими примерами указывающих устройств с отслеживанием пальцев являются LM3LABS 'Ubiq'window и AirStrike.

Указывающие устройства с отслеживанием местоположения

Графический планшет

Графический планшет или цифровая форма таблетка является специальной таблеткой похожа на сенсорную панель, но управляются с помощью пера или стилуса, которая удерживается и используется как нормальная ручка или карандаш. Большой палец обычно управляет щелчком с помощью двусторонней кнопки на верхней части пера или путем нажатия на поверхность планшета.

Курсор (также называемый шайбой) похож на мышь, за исключением того, что у него есть окно с перекрестием для точного размещения, и он может иметь до 16 кнопок. Ручка (также называемая стилусом) выглядит как обычная шариковая ручка, но вместо чернил используется электронная головка. Планшет содержит электронику, которая позволяет ему обнаруживать движение курсора или пера и преобразовывать движения в цифровые сигналы, которые он отправляет на компьютер ». Это отличается от мыши, потому что каждая точка на планшете представляет собой точку на экране.

Стилус

Смартфон эксплуатируется с пером

Стилус - это небольшой инструмент в форме ручки, который используется для ввода команд на экран компьютера , мобильного устройства или графического планшета.

Стилус является основным устройством ввода для персональных цифровых помощников , смартфонов и некоторых портативных игровых систем, таких как Nintendo DS, которые требуют точного ввода, хотя устройства с мультисенсорным вводом пальцами с емкостными сенсорными экранами стали более популярными, чем устройства, управляемые стилусом. рынок смартфонов.

Сенсорная панель

Трекпад на Apple MacBook Pro

Сенсорная панель или сенсорная панель представляет собой плоскую поверхность , которая может обнаружить контакт пальца. Это стационарное указательное устройство, обычно используемое на портативных компьютерах. По крайней мере, одна физическая кнопка обычно поставляется с сенсорной панелью, но пользователь также может вызвать щелчок мышью, нажав на сенсорную панель. Расширенные функции включают чувствительность к давлению и специальные жесты, такие как прокрутка путем перемещения пальца по краю.

Он использует двухслойную сетку электродов для измерения движения пальцев: один слой имеет вертикальные электродные полоски, которые обрабатывают вертикальное движение, а другой слой имеет горизонтальные электродные полоски для обработки горизонтальных движений.

Сенсорный экран

Виртуальная клавиатура на iPad

Сенсорный экран представляет собой устройство , встроенный в экран телевизионного монитора, или система ЖК - экранов мониторов портативных компьютеров. Пользователи взаимодействуют с устройством, физически нажимая на элементы, отображаемые на экране, пальцами или каким-либо вспомогательным инструментом.

Для обнаружения прикосновения можно использовать несколько технологий. Резистивные и емкостные сенсорные экраны имеют проводящие материалы, встроенные в стекло, и определяют положение касания путем измерения изменений электрического тока. Инфракрасные контроллеры проецируют сетку инфракрасных лучей, вставленных в рамку вокруг самого экрана монитора, и определяют, где объект перехватывает лучи.

Современные сенсорные экраны можно использовать вместе с указывающими устройствами стилусом, тогда как те, которые питаются от инфракрасного порта, не требуют физического прикосновения, а просто распознают движение руки и пальцев на некотором минимальном расстоянии от реального экрана.

Touchscreens становятся популярными с появлением карманных компьютеров , такими как те , которые продаются в Palm, Inc. производителем оборудования, некоторые классы высокой дальности портативных компьютеров, мобильные смартфоны , как HTC или Apple Inc. iPhone , а также наличие стандартных драйверов устройств с сенсорным экраном в Symbian , Palm OS , Mac OS X и Microsoft Windows операционных систем.

Указательные устройства для отслеживания давления

Изометрический джойстик

В отличие от 3D-джойстика, сам джойстик не двигается или просто очень мало перемещается и устанавливается в корпус устройства. Чтобы переместить указатель, пользователь должен приложить силу к палке. Типичных представителей можно найти на клавиатурах ноутбуков между клавишами «G» и «H». При нажатии на TrackPoint курсор перемещается по дисплею.

Другие устройства

  • Световое перо представляет собой устройство , похожее на сенсорном экране, но использует специальный светочувствительный перо вместо пальца, который позволяет для более точного ввода экрана. По мере того как кончик пера света вступает в контакт с экраном, он посылает обратно сигнал в компьютер , содержащие координаты из пикселей в этой точке. Его можно использовать для рисования на экране компьютера или выбора пунктов меню, и он не требует специального сенсорного экрана, потому что он может работать с любым дисплеем CRT .
  • Световой пистолет
  • Мышь Palm - держится в ладони и управляется всего двумя кнопками; движения по экрану соответствуют касанию пера, а нажатие увеличивает скорость движения
  • Footmouse - иногда называемый кротом - вариант мыши для тех, кто не хочет или не может использовать руки или голову; вместо этого он обеспечивает отслеживание кликов
  • Шайба похожа на мышь, которая вместо отслеживания скорости устройства отслеживает абсолютное положение точки на устройстве (обычно это набор перекрестий, нарисованных на прозрачном пластиковом выступе, торчащем из верхней части шайбы). . Шайбы обычно используются для трассировки в CAD / CAM / CAE работе и часто являются аксессуарами для больших графических планшетов.
  • Устройства слежения за глазами - мышь, управляемая движениями сетчатки глаза пользователя, позволяющая управлять курсором без прикосновения
  • Finger-mouse - очень маленькая мышь, управляемая только двумя пальцами; пользователь может держать его в любом положении
  • Гироскопическая мышь - гироскоп определяет движение мыши, когда она движется по воздуху. Пользователи могут управлять гироскопической мышью, когда у них нет места для обычной мыши или когда они должны отдавать команды стоя. Это устройство ввода не требует очистки и может иметь много дополнительных кнопок, на самом деле, некоторые ноутбуки дублируются, поскольку телевизоры поставляются с гироскопическими мышами, которые напоминают и дублируют пульты дистанционного управления со встроенными ЖК-экранами.
  • Рулевое колесо - можно рассматривать как 1D-указательное устройство - см. Также раздел о рулевом колесе в статье о игровом контроллере.
  • Весло - еще одно указательное устройство 1D
  • Поворотный переключатель - еще одно указательное устройство 1D
  • Хомут (самолет)
  • Некоторые устройства ввода с высокой степенью свободы
  • 3Dconnexion - шестиступенчатый контроллер
  • Дискретные указывающие устройства
  • направленная клавиатура - очень простая клавиатура
  • Подушечка для танцев - используется для указания ногами на грубые точки в пространстве.
  • Мышь Soap - портативное указывающее устройство, основанное на существующей технологии беспроводной оптической мыши.
  • Лазерная ручка - может использоваться в презентациях как указывающее устройство

использованная литература