Указывающее устройство - Pointing device

Эта статья о компьютерных указывающих устройствах. Для измерительного инструмента, используемого для копирования скульптур, см. Указательная машина.

А компьютерная мышь

Сенсорная панель и указательный джойстик на ноутбуке IBM

Трекпоинт

Старейшина 3D мышь

3D-указывающее устройство

А указывающее устройство является входной интерфейс (в частности человеко-машинный интерфейс ), что позволяет Пользователь для ввода пространственный (т.е. непрерывный и многомерный ) данные в компьютер. CAD системы и графический пользовательский интерфейс (GUI) позволяют пользователю контролировать и предоставлять данные компьютеру с помощью физических жесты перемещая ручной мышь или аналогичное устройство на поверхности физического рабочего стола и активирующие переключатели на мыши. Движения указывающего устройства отражаются на экране движениями указатель (или же курсор ) и другие визуальные изменения. Обычные жесты укажите и щелкните и перетащить и отпустить.

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.

Для большинства указывающих устройств Закон Фиттса может использоваться для прогнозирования скорости, с которой пользователи могут указывать на более высокую скорость.

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.^[1]

• прямой или косвенный ввод

В случае указывающего устройства с прямым вводом указатель на экране 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, перо, палец на сенсорном экране) обеспечивает согласованное сопоставление между точкой в ​​пространстве ввода (положение / состояние устройства ввода) и точкой в ​​пространстве вывода (положение указателя на экране) . Устройство ввода относительного движения (например, мышь, джойстик) сопоставляет смещение во входном пространстве со смещением в выходном состоянии. Следовательно, он контролирует относительное положение курсора по сравнению с его начальным положением.

• изотонический vs. эластичный против. изометрический

Изотоническое указательное устройство является подвижным и измеряет его перемещение (мышь, ручка, человеческая рука), тогда как изометрическое устройство фиксируется и измеряет силу, которая действует 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 указателя на экране. Устройство ввода с контролем скорости (например, трекпойнт, джойстик) изменяет скорость и направление движения движение экранного указателя.

• перевод против. вращение

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

• степени свободы

Различные указывающие устройства имеют разную степень свободы (DOF). Компьютерная мышь имеет две степени свободы, а именно ее движение по осям x и y. Тем не менее Wiimote имеет 6 степеней свободы: оси x, y и z для перемещения и 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 косвенный, относительный, изотонический, позиционный контроль, переводной устройство ввода с двумя степени свободы (положение x, y) и два состояния (отслеживание, перетаскивание).
• сенсорный экран - это непосредственный, абсолютный, изометрический, позиционный контроль устройство ввода с двумя или более степени свободы (положение x, y и, возможно, давление) и два состояния (вне диапазона, перетаскивание).
• джойстик косвенный, относительный, эластичный, контроль скорости, переводной устройство ввода с двумя степени свободы (угол x, y) и два состояния (отслеживание, перетаскивание).
• Wiimote - это косвенный, относительный, эластичный, контроль скорости, переводной устройство ввода с шестью степени свободы (ориентация x, y, z и положение x, y, z) и два или три состояния (отслеживание, перетаскивание для ориентации и положения; вне диапазона для положения).

Таксономия Бакстона

В следующей таблице показана классификация указывающих устройств по их количеству измерений (столбцов) и определению свойств (строк), представленных Билл Бакстон. Подстрочки различают механический посредник (т.е. щуп) (M) и сенсорный (Т). Это коренится в человеке двигательная / сенсорная система. Устройства непрерывного ручного ввода разделены на категории. В подколонках выделены устройства, для работы которых используется сопоставимое управление двигателем. Таблица основана на оригинальном графике из работы Билла Бакстона «Таксономии исходных данных».^[2]

	Количество размеров
		1		2				3
Собственность ощущается	Позиция	Вращающийся горшок	Раздвижной горшок	Планшет и шайба	Планшет & 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, описанные Бакстоном: вне диапазона, отслеживание и перетаскивание. Не каждое указывающее устройство может переключаться во все состояния.^[3]

Модель	Объяснение
2 Состояние транзакции	Мышь перемещается без нажатия кнопки. Это состояние можно назвать отслеживание, то есть пользователь просто перемещает мышь без дальнейшего взаимодействия с системой. Если мышь наведена на значок и кнопка нажата во время перемещения мыши, новое состояние называется перетаскивание введен. 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. Более точно это означает, что любое движение пальца от дисплея вне диапазона и не влияет на систему. Только когда палец касается дисплея, состояние переключается на отслеживание (Фигура: «Вне диапазона и отслеживание»).
Вне диапазона, отслеживание и перетаскивание	Если используется графический планшет со стилусом, можно определить все три состояния. Когда стилус поднят, он вне диапазона. Когда он находится в диапазоне, состояние переключается на отслеживание и указатель следует за движением стилуса. Дополнительное давление на иглу вызывает состояние 2. перетаскивание (Фигура: «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 Кнопка 1 переходит в состояние Перетащить оригинал в то время как Кнопка 2 переключается на Перетащить Копировать. То же самое касается нескольких кликов, известных из Windows: один щелчок по объекту выбирает объект, двойной щелчок открывает его (рисунок: «Штат 2 Комплект»).

Закон Фиттса

Основная статья: Закон Фиттса

Закон Фиттса (часто называемый законом Фиттса) - это прогностическая модель человеческих движений, 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 отношения между расстоянием до цели и шириной цели.^[4] Закон Фиттса используется для моделирования акта наведения, либо путем физического прикосновения к объекту рукой или пальцем, либо виртуально, указывая 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, чтобы 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 для завершения движения следующая:

${displaystyle { ext{MT}}=a+bcdot { ext{ID}}=a+bcdot log _{2}{Bigg (}{frac {2D}{W}}{Bigg )}}$

куда:

• MT это среднее время для завершения движения.
• а и б являются константами, которые зависят от выбора устройства ввода и обычно определяются эмпирически с помощью регрессионного анализа.
• Я БЫ индекс сложности.
• Dэто расстояние от начальной точки до центра цели.
• W - ширина цели, измеренная вдоль оси движения.W также можно рассматривать как допустимую погрешность в конечной позиции, поскольку конечная точка движения должна находиться в пределах ±^W⁄₂центра 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 учитывать закон Фиттса при разработке пользовательских интерфейсов. Ниже приведены некоторые основные принципы.^[5]

• 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 точкам 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 движению через интерфейс.

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:

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

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.^[6] Операционные системы Майкрософт Виндоус, Apple OS X и Xorg внедрили механизмы для адаптации усиления CD к потребностям пользователя, например усиление CD увеличивается при увеличении скорости движения пользователя.^[7]

Общие указывающие устройства

Указывающие устройства с отслеживанием движения

Мышь

Основная статья: Компьютерная мышь

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

Мышь перемещает графический указатель, скользя по гладкой поверхности. Обычная мышь-роллер использует шарик для создания этого действия: шарик 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.^[8]Дополнительно есть мини-мышь, которая представляет собой маленькую мышь размером с яйцо для использования с портативные компьютеры; обычно достаточно мал для использования на свободном участке корпуса самого ноутбука, обычно это оптический, включает выдвижной шнур и использует USB порт для экономии заряда батареи.

Трекбол

Основная статья: Трекбол

А трекбол представляет собой указательное устройство, состоящее из шара, помещенного в гнездо, содержащее датчики для обнаружения вращения шара вокруг двух осей, аналогично перевернутой мыши: когда пользователь катит мяч большим пальцем, пальцами или ладонью, указатель на экран тоже переместится. 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 теми же функциями, что и кнопки мыши.^[9] Существуют также беспроводные трекболы, которые предлагают пользователю более широкий диапазон эргономичных положений.

Джойстик

Основная статья: Джойстик

Изотонические джойстики представляют собой ручки-джойстики, где пользователь может свободно менять 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.

Смотрите также: Аналоговый джойстик

Указательная палка

Основная статья: Указательная палка

А указательный джойстик представляет собой чувствительный к давлению небольшой выступ, используемый как джойстик. Обычно его можно найти на ноутбуках, встроенных между грамм, ЧАС, и B ключи. Он работает, ощущая силу, приложенную пользователем. Соответствующие кнопки «мыши» обычно располагаются чуть ниже пробел. Он также встречается на мышах и некоторых настольных клавиатурах.

Пульт Wii

Основная статья: Пульт Wii

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

Отслеживание пальца

А отслеживание пальцев устройство отслеживает пальцы в трехмерном пространстве или близко к поверхности без контакта с экраном. Пальцы триангулируют с помощью таких технологий, как стереокамера, время пролета и лазер. Хорошие примеры указывающих устройств с отслеживанием пальцев: LM3LABS Окно Убик и AirStrike

Указывающие устройства для отслеживания местоположения

Графический планшет

Основная статья: Графический планшет

А графический планшет с ручкой

А графический планшет или оцифровочный планшет - это специальный планшет, похожий на тачпад, но управляемый пером или стилусом, который удерживается и используется как обычная ручка или карандаш. Большой палец обычно управляет щелчком с помощью двухсторонней 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 ».^[10] Это отличается от мыши, потому что каждая точка на планшете представляет собой точку на экране.

Стилус

Основная статья: Стилус (вычисления)

А смартфон управляются стилусом

Стилус - это небольшой инструмент в форме ручки, который используется для ввода команд на экран компьютера, мобильное устройство или графический планшет.

Стилус является основным устройством ввода для персональные цифровые помощники и смартфоны требующие точного ввода, хотя устройства с мультитач ввод пальцем с емкостные сенсорные экраны стали более популярными на рынке смартфонов, чем устройства с управлением стилусом.

Сенсорная панель

Трекпад на Apple MacBook Pro

А тачпад или трекпад - это плоская поверхность, которая может обнаруживать контакт пальца. Это стационарное указывающее 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 панель. Расширенные функции включают чувствительность к давлению и специальные жесты, такие как прокрутка, перемещая палец по краю.

Он использует двухслойную сетку электроды для измерения движения пальца: один слой имеет вертикальные электродные полоски, которые обрабатывают вертикальное движение, а другой слой имеет горизонтальные электродные полоски для обработки горизонтальных движений.^[11]

Сенсорный экран

Виртуальная клавиатура на iPad

А сенсорный экран это устройство, встроенное в экран ТВ-монитора, или система ЖК-дисплей мониторные экраны 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. В стекло резистивных и емкостных сенсорных экранов встроены проводящие материалы, которые определяют положение касания путем измерения изменений электрического тока. Инфракрасный Контроллеры проецируют сетку инфракрасных лучей, вставленных в рамку вокруг самого экрана монитора, и определяют, где объект перехватывает лучи.

Современные сенсорные экраны могут использоваться вместе с указывающими устройствами стилусом, в то время 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.

Сенсорные экраны становятся популярными с появлением карманный компьютер компьютеры, подобные тем, которые продаются Palm, Inc. производитель оборудования, некоторые классы портативных компьютеров высокого класса, мобильные смартфоны, например HTC или Apple Inc. iPhone, а также наличие стандартных драйверов устройств с сенсорным экраном в Symbian, Palm OS, Mac OS X, и Майкрософт Виндоус операционные системы.

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». Давление на TrackPoint, курсор перемещается по дисплею.^[12]

Другие устройства

• А световое перо представляет собой устройство, похожее на сенсорный экран, но в котором вместо пальца используется специальное светочувствительное перо, что обеспечивает более точный ввод с экрана. Когда кончик светового пера соприкасается с экраном, он отправляет сигнал обратно на компьютер, содержащий координаты из пиксели в таком случае. 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 ЭЛТ-дисплей.
• 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 называют кротом - вариант мыши для тех, кто не хочет или не может пользоваться руками или головой; вместо этого он обеспечивает отслеживание
• 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.
• Отслеживание глаз устройства - 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 - а гироскоп ощущает 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 пульты дистанционного управления со встроенными ЖК-экранами.
• Руль - может рассматриваться как 1D-указательное устройство - см. Также Раздел рулевого колеса статьи игрового контроллера
• Весло - еще одно указательное устройство 1D
• Поворотный переключатель - еще одно указательное устройство 1D
• Хомут (самолет)
• Некоторые высокие-степень свободы устройства ввода
• 3Dconnexion - шестиступенчатый регулятор
• Дискретные указывающие устройства
• направленная панель - очень простая клавиатура
• Танцевальная площадка - используется для указания ногами на грубые точки в космосе
• Мыльная мышь - портативное координатно-указательное устройство на основе существующей технологии беспроводной оптической мыши
• Лазерная ручка - может использоваться в презентациях как указывающее устройство

Рекомендации

1. Чжай, С. (1998). Производительность пользователя по отношению к дизайну устройства ввода 3D. ACM Siggraph Computer Graphics, 32 (4), 50–54. Дои:10.1145/307710.307728
2. http://www.billbuxton.com/input04.Taxonomies.pdf
3. Бакстон, В. (1990). Модель графического ввода с тремя состояниями. В D. Diaper et al. (Ред.), Взаимодействие человека и компьютера - INTERACT '90. Амстердам: Elsevier Science Publishers B.V. (Северная Голландия), 449–456.
4. Фиттс, Пол М. (июнь 1954 г.). «Информационная способность двигательной системы человека в управлении амплитудой движения». Журнал экспериментальной психологии. 47 (6): 381–391. DOI: 10,1037 / h0055392. PMID  13174710.
5. https://www.interaction-design.org/literature/article/fitts-s-law-the-importance-of-size-and-distance-in-ui-design
6. Д. Э. Мейер, Р. А. Абрамс, С. Корнблюм, К. Э. Райт и Дж. Э. К. Смит. Оптимальность двигательной активности человека: идеальный контроль быстрых направленных движений. Психологический обзор, 95 (3): 340–370, 1988.
7. Casiez, G., & Roussel, N. (2011). Больше никакого Бриколажа! Методы и инструменты для характеристики, воспроизведения и сравнения указывающих передаточных функций. Материалы 24-го ежегодного симпозиума ACM по программному обеспечению и технологиям пользовательского интерфейса - UIST '11, 603–614. Дои:10.1145/2047196.2047276
8. "мышь." FOLDOC. 19 сентября 2006 г.
9. "трекер мяч. »FOLDOC. 19 сентября 2006 г.
10. "оцифровочный планшет. »Webopedia.com. 19 сентября 2006 г.
11. "тачпад. »FOLDOC. 19 сентября 2006 г.
12. Сильфверберг, М., Маккензи, И.С., и Кауппинен, Т. (2001). Изометрический джойстик как указательное устройство для портативных информационных терминалов. Труды графического интерфейса 2001, стр. 119–126. Торонто, Канада: Канадское общество обработки информации.