Указательное устройство

Эта статья о компьютерных указывающих устройствах. Информацию об измерительном инструменте, используемом для копирования скульптур, см. в разделе «Указательный станок» .

Компьютерная мышь

Тачпад и указка на IBM ноутбуке

Трекпоинт

Старшая 3D-мышь

3D манипулятор

Указательное устройство представляет собой устройство пользовательского интерфейса , которое позволяет пользователю вводить пространственные (т.е. непрерывные и многомерные) данные в компьютер . Графические пользовательские интерфейсы (GUI) и системы САПР позволяют пользователю управлять компьютером и предоставлять данные с помощью физических жестов , перемещая ручную мышь или подобное устройство по поверхности физического рабочего стола и активируя переключатели на мыши. Движения манипулятора отражаются на экране движениями указателя ( или курсора ) и другими визуальными изменениями. Обычные жесты — это «укажи и щелкни», а также перетащи и отпусти .

Хотя наиболее распространенным указательным устройством на сегодняшний день является мышь, было разработано множество других устройств. Однако термин «мышь» обычно используется как метафора устройств, которые перемещают компьютерный курсор.

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

Классификация

Чтобы классифицировать несколько указывающих устройств, можно учитывать определенное количество признаков. Например, движение устройства, управление, позиционирование или сопротивление. Следующие пункты должны дать обзор различных классификаций.

• прямой или косвенный ввод

В случае указательного устройства прямого ввода указатель на экране находится в том же физическом положении, что и указательное устройство (например, палец на сенсорном экране, стилус на планшетном компьютере). Указательное устройство косвенного ввода не находится в том же физическом положении, что и указатель, но передает его движение на экран (например, компьютерная мышь, джойстик, перо на графическом планшете).

• абсолютное и относительное движение

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

• изотонический, эластичный или изометрический

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

• контроль положения и контроль скорости

Устройство ввода для управления положением (например, мышь, палец на сенсорном экране) напрямую изменяет абсолютное или относительное положение указателя на экране.Устройство ввода управления скоростью (например, трекпойнт, джойстик) изменяет скорость и направление движения экранного указателя.

• перевод против вращения

Другая классификация заключается в различии между тем, физически перемещается или вращается устройство.

• степени свободы

Разные манипуляторы имеют разную степень свободы (ГРИП). 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 для движения, а также для вращения.

• возможные состояния

Как упоминается далее в этой статье, указывающие устройства имеют разные возможные состояния. Примерами этих состояний являются выход за пределы диапазона, отслеживание или перетаскивание .

Примеры

• Компьютерная мышь — это устройство непрямого , относительного , изотонического , позиционно- поступательного ввода с двумя степенями свободы (положение x, y) и двумя состояниями (отслеживание, перетаскивание).
• Сенсорный экран — это устройство прямого , абсолютного , изометрического (положение x, y и, опционально , управления положением с двумя или более степенями свободы давление) и двумя состояниями (вне диапазона, перетаскивание).
• Джойстик — это косвенное , относительное , эластичное , регулируемое по скорости , поступательное устройство ввода с двумя степенями свободы (угол x, y) и двумя состояниями (отслеживание, перетаскивание).
• Wiimote — это устройство косвенного , относительного , эластичного , контролем скорости и поступательного 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 диапазона позиции).

Таксономия Бакстона

В следующей таблице показана классификация указывающих устройств по количеству размеров (столбцы) и по свойствам (строки), введенная Биллом Бакстоном . В подстроках различают механический посредник (т.е. стилус) (М) и сенсорный (Т). Оно коренится в двигательной/сенсорной системе человека . Устройства непрерывного ручного ввода подразделяются на категории. Подколонны выделяют устройства, которые для своей работы используют сопоставимое управление двигателем. Таблица основана на оригинальном рисунке из работы Билла Бакстона «Таксономии входных данных».

	Количество измерений
		1		2				3
Свойство обнаружено	Позиция	Вращающийся горшок	Выдвижной горшок	Таблетка и шайба	Планшет и стилус	Световая ручка	Плавающий джойстик	3D-джойстик	М
				Сенсорный планшет		Сенсорный экран			Т
	Движение	Непрерывный вращающийся горшок	Беговая дорожка	Мышь			Трекбол	3D-трекбол	М
			Феринстат				X/Y-панель		Т
	Давление	Датчик крутящего момента					Изометрический джойстик		Т

Бакстона

Эта модель описывает различные состояния, которые может принимать манипулятор. Три общих состояния, описанные Бакстоном, — это выход за пределы диапазона, отслеживание и перетаскивание . Не каждое указательное устройство может переключаться во все состояния.

Модель	Объяснение
2 Государственная сделка	Мышь перемещается без нажатия кнопки. Это состояние можно назвать отслеживанием , то есть пользователь просто перемещает мышь без дальнейшего взаимодействия с системой. Если указатель мыши наведен на значок и при перемещении мыши нажата кнопка, новое состояние, называемое перетаскиванием происходит переход в . Эти состояния показаны на рисунке «2 State Transaction» .
Вне зоны действия и отслеживание	Если вместо мыши используется сенсорный планшет, способный распознавать прикосновение или отсутствие прикосновения, модель состояния выглядит иначе. Точнее, это означает, что любое движение пальца за пределы дисплея выходит за пределы допустимого диапазона и не оказывает никакого влияния на систему. Только когда палец касается дисплея, состояние переключается на отслеживание (рис. «Вне зоны действия и отслеживание» ).
Вне диапазона, отслеживание и перетаскивание	Если используется графический планшет со стилусом, можно ощутить все три состояния. Когда стилус поднят, он находится вне зоны действия . Когда он находится в пределах досягаемости, состояние переключается на отслеживание , и указатель следует за движением стилуса. Дополнительное нажатие на стилус инициирует перетаскивание в состоянии 2 (рис. «Вне диапазона, отслеживание и перетаскивание» ).
Штат 2 Набор	Используя многокнопочную мышь или несколько щелчков мышью, состояние 2 можно разделить на набор состояний, т.е. нажатие разных кнопок приводит к разным состояниям. Например, выбор объекта с помощью кнопки 1 переключается в состояние «Перетащить оригинал» , а кнопка 2 переключается в состояние «Перетащить копию» . То же самое касается и множественных щелчков, известных из Windows : один щелчок по объекту выделяет объект, двойной щелчок открывает его (рис.: «Установка состояния 2» ).

Закон Фиттса

Основная статья: Закон Фиттса

Закон Фиттса (часто называемый законом Фиттса) — это прогнозирующая модель человеческого движения, которая в основном используется во взаимодействии человека с компьютером и в 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 процесса указания либо путем физического прикосновения к объекту рукой или пальцем, либо виртуально, путем указания объекта на мониторе компьютера с помощью указательного устройства.Другими словами, это означает, например, что для нажатия на маленькую кнопку, находящуюся на расстоянии от курсора, требуется больше времени, чем для нажатия большой кнопки рядом с курсором. Таким образом, в целом можно предсказать скорость, необходимую для избирательного движения к определенной цели.

формулировка

Общая метрика для расчета среднего времени завершения движения следующая:

${\text{MT}}=a+b\cdot {\text{ID}}=a+b\cdot \log _{2}{\Bigg (}{\frac {2D}{W}}{\Bigg )}$

где:

• MT – среднее время завершения движения.
• a и b — константы, которые зависят от выбора устройства ввода и обычно определяются эмпирическим путем с помощью регрессионного анализа.
• ID – это индекс 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 ± W ⁄ 2 центра цели.

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

закона Фиттса в дизайне

Как уже говорилось выше, размер и расстояние до объекта влияют на его выбор. Кроме того, это влияет на пользовательский опыт. Поэтому важно учитывать закон Фиттса при разработке пользовательских интерфейсов. Ниже упомянуты некоторые основные принципы.

• Интерактивные элементы

Например, командные кнопки должны иметь размеры, отличные от неинтерактивных элементов. Интерактивные объекты большего размера легче выбирать с помощью любого указывающего устройства.

• Края и углы

Благодаря тому, что курсор закрепляется на краях и углах графического пользовательского интерфейса, доступ к этим точкам осуществляется 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 того, как пользователь продвигается вниз по списку. Однако в круговых меню расстояние до разных кнопок всегда одинаковое. Кроме того, целевые области в круговых меню больше.

• Панели задач

Чтобы управлять панелью задач, пользователю требуется более высокий уровень точности, а значит, и больше времени. В основном они мешают передвижению по интерфейсу.

Усиление управления-дисплея

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

$CDgain=V_{Display}/V_{Control}$

В большинстве случаев настройки усиления CD можно регулировать. Однако приходится искать компромисс: при высоких усилениях легче приблизиться к удаленной цели, при низких это занимает больше времени. Высокие выгоды затрудняют выбор целей, тогда как низкие выгоды облегчают этот процесс. В оконных системах Microsoft , macOS и X реализованы механизмы, которые адаптируют усиление CD к потребностям пользователя. например, усиление CD увеличивается, когда увеличивается скорость движения пользователя (исторически называемое «ускорением мыши»).

Распространенные указательные устройства

Манипуляторы с отслеживанием движения

Мышь

Основная статья: Компьютерная мышь

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

Мышь перемещает графический указатель, скользя по гладкой поверхности. В обычной мыши с роликовым шариком для создания этого действия используется шарик: шарик контактирует с двумя небольшими валами, расположенными под прямым углом друг к другу. Когда мяч движется, эти валы 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. Другая распространенная мышь — оптическая мышь. Это устройство очень похоже на обычную мышь, но для обнаружения изменений положения использует видимый или инфракрасный свет вместо шарика-ролика. Кроме того, существует мини-мышь , небольшая мышь размером с яйцо, предназначенная для использования с портативными компьютерами ; Обычно он достаточно мал, чтобы его можно было использовать на свободной части корпуса ноутбука, обычно он оптический , включает в себя убирающийся шнур и использует порт USB для экономии заряда батареи.

Трекбол

Основная статья: Трекбол

Трекбол — это указательное устройство , состоящее из шарика, помещенного в гнездо и содержащее датчики для обнаружения вращения шарика вокруг двух осей, аналогично перевернутой мыши: когда пользователь катит шарик большим пальцем, другими пальцами или ладонью, указатель на экране также будет двигаться. Шарики-трекеры обычно используются на рабочих станциях САПР для простоты использования, где может не быть места на рабочем столе для использования мыши. Некоторые из них можно прикрепить к боковой части клавиатуры и иметь кнопки с той же функциональностью, что и кнопки мыши. Существуют также беспроводные трекболы, которые предлагают пользователю более широкий диапазон эргономичных положений.

Джойстик

Основная статья: Джойстик

Изотонические джойстики — это рукоятки, в которых пользователь может свободно менять положение стика с более или менее постоянной силой.

В изометрических джойстиках пользователь управляет джойстиком, изменяя силу, с которой он нажимает, при этом положение джойстика остается более или менее постоянным. Изометрические джойстики часто называют более сложными в использовании из-за отсутствия тактильной обратной связи, обеспечиваемой настоящим движущимся джойстиком.

См. Также: Аналоговый джойстик

Указка

Основная статья: Указка

— Указательный джойстик это небольшой чувствительный к давлению выступ, используемый как джойстик. Обычно его можно найти на ноутбуках, встроенном между G , H и B. клавишами Он работает, чувствуя силу, приложенную пользователем. Соответствующие кнопки «мыши» обычно располагаются чуть ниже пробела . Он также встречается на мышах и некоторых настольных клавиатурах.

Пульт Wii

Основная статья: Пульт Wii

Пульт Wii Remote, также известный как Wiimote, является основным контроллером Nintendo от консоли Wii . Главной особенностью Wii Remote является возможность распознавания движения, которая позволяет пользователю взаимодействовать с объектами на экране и манипулировать ими посредством распознавания жестов и указания с помощью акселерометра и технологии оптических датчиков.

Отслеживание пальцев

Устройство слежения за пальцами отслеживает пальцы в 3D-пространстве или вблизи поверхности без контакта с экраном. Пальцы триангулируются с помощью таких технологий, как стереокамера, времяпролетность и лазер. Хорошими примерами указывающих устройств с отслеживанием пальцев являются окно LM3LABS «Ubiq» и AirStrike.

Манипуляторы для отслеживания положения

Графический планшет

Основная статья: Графический планшет

Графический планшет с ручкой

Графический планшет или планшет для оцифровки — это специальный планшет, похожий на тачпад, но управляемый с помощью пера или стилуса, который удерживается и используется как обычная ручка или карандаш. Большой палец обычно управляет нажатием с помощью двусторонней кнопки на верхней части пера или путем постукивания по поверхности 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 простая шариковая ручка, но вместо чернил в ней используется электронная головка. Планшет содержит электронику, которая позволяет ему обнаруживать движение курсора или пера и преобразовывать эти движения в цифровые сигналы, которые он отправляет на компьютер». Это отличается от мыши, поскольку каждая точка на планшете представляет собой точку на экране.

Стилус

Основная статья: Стилус (компьютеры)

Смартфон управляется стилусом

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 мультитач- пальцевым вводом и емкостными сенсорными экранами стали более популярными, чем устройства со стилусом. рынок смартфонов.

Тачпад

Трекпад на Apple MacBook Pro

Тачпад или трекпад — это плоская поверхность, которая может обнаруживать контакт пальцев. Это стационарное указательное устройство, обычно используемое на портативных компьютерах. Обычно на сенсорной панели имеется по крайней мере одна физическая кнопка, но пользователь также может произвести щелчок мышью, нажав на 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 движений пальцев: один слой имеет вертикальные полосы электродов, которые обрабатывают вертикальные движения, а другой слой имеет горизонтальные полосы электродов, которые обрабатывают горизонтальные движения.

Сенсорный экран

Виртуальная клавиатура на iPad

Тачскрин — это устройство , встроенное в экран монитора телевизора или экраны системного ЖК- монитора портативных компьютеров. Пользователи взаимодействуют с устройством, физически нажимая на элементы, показанные 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, измеряя изменения электрического тока. Инфракрасные контроллеры проецируют сетку инфракрасных лучей, вставленную в рамку, окружающую сам экран монитора, и определяют, где объект перехватывает эти лучи.

Современные сенсорные экраны можно использовать в сочетании с указывающими устройствами со стилусом, в то время как устройства с инфракрасным питанием не требуют физического прикосновения, а просто распознают движение руки и пальцев на некотором минимальном расстоянии от реального экрана.

Сенсорные экраны стали популярными с появлением карманных компьютеров, подобных тем, которые продаются производителем оборудования Palm, Inc. , некоторых портативных компьютеров высокого класса, мобильных смартфонов, таких как HTC или Apple iPhone , а также доступности стандартных драйверов устройств с сенсорным экраном в Symbian . Palm OS , Mac OS X и Microsoft Windows Операционные системы .

Манипуляторы с отслеживанием давления

Изометрический джойстик

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

Другие устройства

6D 3D мышь Axsotic

• Световое перо — это устройство, похожее на сенсорный экран, но вместо пальца в нем используется специальное светочувствительное перо, что позволяет более точно вводить данные на экране. Когда кончик светового пера касается экрана, он отправляет обратно на компьютер сигнал, содержащий в этой координаты пикселей точке. Его можно использовать для рисования на экране компьютера или выбора пунктов меню, он не требует специального сенсорного экрана, поскольку может работать с любым ЭЛТ-дисплеем .
• Легкий пистолет
• Пальмовая мышь – держится на ладони и управляется всего двумя кнопками; движения по экрану соответствуют прикосновению 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 щелчки ногами
• Шайба похожа на мышь, но предназначена для абсолютного, а не относительного позиционирования. Обычно он имеет прозрачный пластик с перекрестием для точного позиционирования и отслеживания. Шайбы чаще всего используются для трассировки в работе CAD/CAM/CAE.
• Устройства слежения за взглядом — мышь, управляемая движениями сетчатки пользователя, позволяющая манипулировать курсором без прикосновения.
• Мышь-пальчик — чрезвычайно маленькая мышь, управляемая только двумя пальцами; пользователь может удерживать его в любом положении
• Гироскопическая мышь — гироскоп определяет движение мыши при ее движении по воздуху. Пользователи могут использовать гироскопическую мышь, когда у них нет места для обычной мыши или им приходится отдавать команды стоя. Это устройство ввода не требует чистки и может иметь множество дополнительных кнопок. Фактически, некоторые ноутбуки, выполняющие функцию телевизоров, оснащены гироскопическими мышами, которые напоминают пульты дистанционного управления со встроенными ЖК-экранами и одновременно выполняют их роль.
• Рулевое колесо — можно рассматривать как одномерное указательное устройство — см. также раздел о рулевом колесе в статье об игровом контроллере.
• Весло - еще одно 1D-указательное устройство.
• Поворотный переключатель – еще одно 1D-указательное устройство
• Хомут (самолет)
• Некоторые с высокой степенью свободы устройства ввода
• 3Dconnexion – шестиградусный контроллер
• Дискретные указывающие устройства
• джойстик – очень простая клавиатура
• Танцевальная площадка – используется для указания ногами грубых мест в пространстве.
• Мыльная мышь - портативное указательное устройство с позиционированием, основанное на существующей технологии беспроводной оптической мыши.
• Лазерная ручка – можно использовать в презентациях как указательное устройство.

См. также

• Курсор (пользовательский интерфейс)
• Устройство ввода
• ВИМП (вычисления)