كيف تعمل الـ Multi-touch؟!

محروم.كوم · #1 03-05-2010, 07:40 PM

السلام عليكم و رحمة الله و بركاته

طبعا أغلبنا إن لم يكن كلنا، استعملنا Apple iPhone، و أحببنا طريقة اللمس، و أعجبنا بتكنولوجيا الـ Multi-touch، و لكن كيف تعمل هذه التكنولوجيا؟ هذا ما سأحاول شرحه بإذن الله في السطور القادمة.

أولا، ماهي تقنية الـ Multi-touch؟
هي تقنية التعرف على أكثر من لمسة في وقت واحد، و ظهرت أول ما ظهرت في الـ Keyboards، نعم هي أشياء ميكانيكية، لكنها أول ما تضمن الـ Multi-touch فنحن نرى أوامر تتم بـ Shift و Ctrl و Alt و Fn، فنحن نحتاج هنا إلى الـ Multi-touch (مع أنها لم تكن تسمى هكذا).
في الشاشات، هي تقنية، تعتبر تطوير لشاشات اللمس، تسمح لشاشة اللمس بأن تتعرف على و تأخذ أوامر من أكثر من اصبع في وقت واحد.

ما هو تاريخها؟
بدأت شاشات اللمس في الظهور في الستينات، حين قامت شركة IBM بعمل أول شاشة تعمل باللمس، و كانت تعتمد على اللمسة الواحدة.
و في عام 1982، قام فريق الأبحاث في جامعة تورونتو الكندية بعمل أول نظام يعمل بتقنية اللمس المتعدد، و كان عبارة عن شاشة زجاجية، تحتها كاميرا تصور ما يحدث، و عندما يتم الضغط على الشاشة باصبع أو أكثر فإن الكاميرا تصوره على أنه نقطة سوداء على الخلفية المضيئة، و تعتبره كمدخل، و ترسله بعد ذلك للـ Software الذي يترجمه و يقوم بالأمر المطلوب.
في عام 1983 قامت مختبرات Bell Labs بنشر بحث مفصل عن تطوير واجهة استخدام لشاشات اللمس. و في عام 1984 قامت بعمل شاشة لمس يمكن من خلالها تغيير الصور المعروضة عن طريق استخدام أكثر من يد.
في عام 1985، قام فريق أبحاث جامعة تورونتو و من ضمنهم Bill Buxton أحد عمالقة الأبحاث في Microsoft Research حاليا، بعمل نظام جديد لشاشة لمس تعتمد على المكثفات (Capacitors) بدلا من الكاميرا كبيرة الحجم.
و حدثت طفرة في عام 1991 حين قام Pierre Wellner بنشر بحثه عن Digital Desk خاص به، يستخدم فيه شاشة لمس، تعتمد على لمس أكثر من اصبع، و استخدامه لحركات مثل "القَرص" أو الـ Pinching (و المستخدمة حاليا في طريقة الـ Zoom على هواتف مثل iPhone، و Pre).

و مع الرغم من أن التكنولوجيا قديمة، منذ 1982، لكنها لم تصل للانتاج العالي للمستخدمين إلا في القرن الواحد و العشرين، و بالأخص عن طريق منتجين، Apple iPhone و Microsoft Surface.

كيف تعمل؟
مبدأيا لفهم كيف تعمل التقنية، علينا التميز بين شيئين، NUI و GUI، أو الـ: Natural User Interface و الـ Graphical User Interface.

قديما، كانت الطريقة المستخدم للتعامل مع الكمبيوتر تسمى CLI أو Code Line Interface، و هي تعتمد طبعا على وجود Keyboard و فهم طريقة عمل الآلة لإدخال الأوامر و التعامل مع الكمبيوتر.
مع تقديم الـ Mouse و الـ GUI، لم يكن على المستخدمين سوى فهم طريقة عمل الـ Mouse ليتعاملوا مع البيئة المصورة الموجوة أمامهم.

الـ NUI هو مصطلح يستخدمه مصمموا الواجهات ليعبروا عن الواجهة التي تكون غير مرئية، تعتمد على الأوامر التي يمكن عملها بإشارات، أو حركات عادية، أو إيماءات، للتحكم في الكمبيوتر، و المحتويات الموجودة على الشاشة. و NUI ترمز لغياب الـ Keyboard و الـ Mouse من أدوات التحكم في الكمبيوتر.

من أشهر أمثلة الـ NUI، ما قام Jeff Han بعرضه في عام 2006، حيث قام بعرض وسائل كثيرة للتعامل مع المحتويات المعروضة على الشاشة، باستخدام المعالجة المباشرة و الإيماءات. مثلا، لرسم شكل عشوائي، قام Jeff بتحريك اصبعيه على الشاشة و قام بنخذ الشكل باصبعه. في حين لو أردت أن تقوم بهذا على واجهة تستخدم GUI لبرنامج تصميم مثلا، فإنك ستختار أدوات لتقوم بهذا، و تقوم باستخدام الـ Mouse، بتحريك الشكل في الأماكن التي تريد.
مثال آخر عليها، Microsoft Surface و الذي يضع بالإضافة لحركات Jeff، امكانية تعرف الشاشة على الأجسام التي توضع عليها، مثل كروت الفيزا مثلا، أو أجهزة المحمول أو الكاميرات، و التفاعل معها.

كيف إذا تعمل الـ Multi-touch؟
هناك أكثر من طريقة موجودة لعمل الـ Multi-touch، مثلا في تصميم Perceptive Pixel، يتم عرض الصورة على الشاشة عن طريق Projectors، و حين يلمس المستخدم الشاشة بإصبعه أو عن طريق قلم مثلا، فإن LEDs موضوعة على أحرف الشاشة ترسل أشعة تحت حمراء للـ Sensors الموجودة، و يترجمها الـ Software بعد ذلك للأوامر المطلوبة.

و يتم إرسال الإشارات كالتالي:
ترسل الـ LEDs أضواء على الشاشة (و التي لا تخرج منها) و حين وجود إصبع أو جسم على الشاشة، فإنه يعكس هذه الأضواء و تصل بعد ذلك للـ Sensors. و بدرجة شدة الضوء المعكوسة، تكون شدة الظل الناتجة أصلا عن اللمسة، والتي يترجمها بعد ذلك الكمبيوتر على أنه ضغطة خفيفة أو قوية.

أما مثلا في Microsoft Surface، فإن الصورة تعرض على الشاشة عن طريق Projector، و هناك LED يرسل ضوء مقارب للأشعة تحت الحمراء، و توجد تحت الشاشة صفوف من الكاميرات التي تصور الأشعة تحت الحمراء. حين ملامسة الجسم للشاشة، فإنه يعكس ضوء الـ LED ليصل لهذه الكاميرات، و يقوم الكمبيوتر بمتابعة صور الكاميرات لمعرفة مكان اللمسة، و اتجاه تحرك الاصبع.

أما في الـ iPhone فالوضع مختلف قليلا، فجهاز الـ iPhone يستخدم شاشة من نوع Capacitive، و التي تستخدم موجات الجسم الكهربائية للاحساس بالتغيير على سطحها.
تستخدم الشاشة طبقة من المكثفات و التي تحمل بداخلها الشحنة، و حين لمس الإصبع للشاشة، فإنه يغير كمية الكهرباء الموجودة في هذه النقطة، و بالتالي يتم الشعور باللمسة.

في الغالب هذه الأنظمة ممتازة في التعرف على لمسة واحدة، لكنها لا تستطيع التعرف على أكثر من لمسة، لعدة أسباب:
1- هناك أنظمة تحدد اللمسة عن طريق محاور، و ليس عن طريق النقطة نفسها.
2- هناك شاشات تعتمد على متوسطات في النظام كله لتحديد مكان اللمسة.
3- هناك شاشات تأخذ قياساتها عن طريق عمل خط أساس، و عند لمسك للشاشة فإنك تقوم بعمل خط أساس جديد. حين تقوم بلمسها مرة أخرى، فإن الشاشة تقوم بعمل حساباتها بناء على خط أساس خاطئ كنقطة بداية.

لكن شاشة الـ iPhone تختلف، و هي قادرة على التعرف على اللمسات و التحركات في نفس الوقت.
لعمل هذا، فإن الـ iPhone يستعمل بنية جديدة لنفس التقنية، فشاشته مثل الكثير، تحتوي على طبقة من المكثفات. لكن مكثفات الـ iPhone مرتبة طبقا لمحاور، و دائرتها تستطيع الإحساس باللمسة على كل نقطة على المحاور. بمعنى آخر، أن كل نقطة تقوم بعمل إشارتها الخاصة، و إرسالها للمعالج. و هذا ما يسمح للـ iPhone بتحديد مكان كل لمسة و تعقب تحرك الاصبع على الشاشة لأكثر من لمسة في وقت واحد. ولكن لأنه يعتمد على هذه التقنية المعتمدة على الـ Capacitors، فإن الشاشة لن تستجيب إلا في حالة لمستها بإصبعك فقط، ولن تستجيب لقلم، أو إذا كنت تلبس قفازات عازلة.

شاشة الـ iPhone تشعر باللمسة باستخدام احدى طريقتين: Mutual Capacitance أو Self Capacitance.
في طريقة الـ Mutual Capacitance، فإن دائرة المكثفات تستلزم طبقتين منفصلتين من المكثفات. واحدة تحتوي طبقة تسمى الـ Driving Lines و هي التي تحمل التيار، و الأخرى تسمى Sensing Lines، و التي تحدد التيار عند نقاط الالتقاء.

في طريقة الـ Self Capacitance، فإنه يستخدم طبقة واحدة فقط من أقطاب كهربائة متصلة بدائرة مكثفات للإحساس باللمس.

كلتا الطريقتين ترسلان بيانات اللمس على هيئة نبضات كهربائية.

لكن كيف يتم ذلك؟
معالج الـ iPhone و الـ Software الخاص به رئيسيين للترجمة الصحيحة للمسات. الطبقة التكاثفية ترسل بيانات خام لأماكن اللمس للمعالج. ثم يقوم المعالج باستخدام الـ Software لترجمة هذه البيانات لأوامر و إشارات، هذا ما يحدث:
1- البيانات ترسل من الشاشة للمعالج على هيئة نبضات كهربائية.
2- يستخدم المعالج الـ Software المثبت لتحليل البيانات و تحديد الخصائص في كل لمسة. و هذا يتضمن شكل، حجم و موقع المنطقة الملموسة على الشاشة. و أحيانا عند الحاجة يقوم المعالج بضم اللمسات المتشابة في الخصائص لمجموعة واحدة. إذا قمت بتحريك اصبعك على الشاشة، فإن المعالج يحسب المسافة بين نقطة البداية و نقطة النهاية.

3- يستخدم المعالج نظام الترجمة للإشارات الخاص به لتحديد الحركة التي قمت بها. فهو يطابق بيانات حركة اصبعك على الشاشة، ببيانات التطبيق الذي يقابل هذه الحركة التي قمت بعملها.
4- يقوم المعالج بعد ذلك ببث المعلومات للبرنامج الذي تستخدمه. و عند الحاجة فإنه يرسل أيضا معلومات للشاشة أو أي Hardware آخر يكون مطلوب.
إذا البيانات الخام المرسلة للمعالج من اللمسة الخاصة بك لم تطابق أي إشارة معروفة لديه في المترجم أو أمر ما، فإنه يتجاهلها كما لو أنها لمسة غريبة.

كل هذه الخطوات تحدث تقريبا لحظيا، فأنت تقوم باللمس و ترى النتائج في نفس اللحظة. هذه العملية تتيح لك استخدام كل تطبيقات الـ iPhone عن طريق استخدام لمس اصبعك. __DEFINE_LIKE_SHARE__