Мир природы Карта сайта Правила работы с сайтом Наши авторы
Введение Новости Заповедники

Изобретения

Эволюция человеко-машинных интерфейсов

Проекционная клавиатура Проекционная клавиатура

История общения человека с первым компьютером начинается с перфокарт, унаследованных из 19-го века. Вряд ли тогда кто-то мог предположить, как пойдет развитие компьютерной индустрии, и что сегодня все будут пользоваться лазерными мышами, bluetooth-клавиатурами и шлемами виртуальной реальности и мечтать о скором достижении «эффекта полного присутствия».

Первые компьютеры, которые с некоторой натяжкой можно было назвать серийными, UNIVAC и BINAC, датированные концом 40-х годов, поддерживали ввод с использованием одновременно и перфокарт, и телетайпов.

Позднее, с развитием ЭВМ, перфокарты стали восприниматься в качестве пережитка прошлого – на смену им пришли более совершенные способы хранения информации, такие как магнитные ленты.

В результате перфокарты постепенно стали использоваться все реже и реже, а затем и вовсе превратились в музейные экспонаты и стильные визитки. В 60-х годах с появлением первых видеотерминалов, позволявших в реальном времени отображать вводимую и выводимую информацию, основным способом общения человека с компьютером окончательно стал текстовый ввод. Естественно, тогда и в помине не было никаких графических интерфейсов, а для работы в текстовом режиме никаких других манипуляторов, кроме клавиатуры, и не требовалось.

В истории создания клавиатур, в принципе, не было ничего экстраординарного: конечно же, первые клавиатуры появились задолго до персональных компьютеров, их история началась с момента разработки механических печатных машинок в 1868 году. Сложно придумать более логичный и естественный способ печати символов, поэтому клавиатуры моментально прижились, и до сегодняшнего дня никто так и не смог найти им достойной замены. Следующим шагом после печатных машинок стали телетайпы, пришедшие на смену телеграфу в начале 20-го века, а следом появились электрические печатные машинки и первые компьютеры. Так клавиатуры из механических превратились в электронные.

На первых персональных компьютерах клавиатура являлась частью корпуса, но позднее, с появлением концепции IBM PC и популяризацией апгрейда, клавиатуры стали выпускаться в качестве отдельных устройств. Равно как и в случае всех других манипуляторов, следом за проводными клавиатурами появились и их беспроводные аналоги.

Сначала для связи использовались оптические интерфейсы, но они доставляли массу неудобств из-за того, что требовали прямой видимости между приемником и передатчиком и капризничали при ярком свете, так что, когда появились работоспособные радиоинтерфейсы, они быстро вытеснили оптические модели. Остальные этапы в истории развития клавиатур можно смело опустить, так как абсолютное большинство современных нововведений можно отнести к внешнему тюнингу и добавлению вспомогательных функций.

Как ни странно, тот факт, что клавиатуры являются господствующим способом текстового ввода, многим производителям до сих пор не дает покоя, и они всеми силами пытаются придумать нечто суперфутуристическое и суперэргономичное. Естественно, то, что получается в результате, можно выставлять лишь в музее самых идиотских изобретений. Вот несколько подобных проектов. Клавиатура, поделенная пополам на два блока, правый из которых по форме напоминает стрелку-курсор и, конечно же, по совместительству является мышкой (Combimouse).

Клавиатура без кнопок, зато с десятью углублениями, в которые надо погрузить пальцы и набирать текст, двигая каждым пальцем в одном из пяти возможных направлений (DataHand System). Клавиатура в форме гипертрофированного приставочного джойстика, на котором под каждым пальцем находится несколько кнопок и клавиш-качелек, отвечающих одновременно за пяток символов (AlphaGrip AG-5).

Уверен, наблюдение за картиной «Первое знакомство пользователя с помесью хорька и штопора» будет наизабавнейшим аттракционом – за просмотр такого зрелища можно даже деньги брать. В любом случае, все это – явно тупиковые ветви эволюции. Клавиатура заведомо выигрывает у подобных устройств: во-первых, она предоставляет пользователю огромную свободу действий – хочешь, тыкай одним или двумя пальцами, не нравится – научись печатать вслепую, во-вторых, ее элементарно представить в виртуальном виде, отобразив на экране или вовсе в виртуальной реальности, да и в-третьих, это – общепринятый стандарт.

В общем, на сегодняшний день не видно никаких предпосылок к появлению принципиально новых манипуляторов, способных прийти клавиатуре на смену. Впрочем, из массы бестолковых современных псевдоклавиатур можно отметить и несколько интересных устройств. Это игровые клавиатуры, полностью переработанные для игры левой рукой (Thrustmaster Tacticalboard и Belkin SpeedPad Nostromo n50), хоть и совершенно непригодные для других целей, а также клавиатуры со сменными наборами клавиш для различных игр (Zboard).

Кроме того, в глаза бросается и проект-долгострой студии Артемия Лебедева, Optimus, клавиатура, в которой на каждой клавише отображается ее текущее назначении через встроенный ЖК-экранчик (только до прилавков это чудо никак добраться не может). Яблочники во главе со Стивом Джобсом запатентовали подобную клавиатуру в Штатах – у этих товарищей шансов довести хай-тек клаву до прилавков, на наш взгляд, значительно больше.

Среди перспективных направлений разработок последних лет можно выделить адаптацию текстового ввода для портативных устройств. Впрочем, и в этой отрасли ничего лучше клавиатур пока изобрести не удалось. На телефонах и смартфонах клавиатуры по традиции ужимаются до двенадцати клавиш, каждая из которых отвечает за массу символов. Для ускорения ввода используются системы наподобие T9 (появившейся в 1996 году), способные по словарю подбирать подходящее слово.

Некоторые производители пробуют увеличивать количество символьных клавиш, например, до шестнадцати или двадцати, но пока все такие раскладки проигрывают в удобстве. На карманных компьютерах большего форм-фактора иногда удается уместить полноразмерную клавиатуру, но чаще от нее и вовсе отказываются в угоду виртуальному аналогу. Здесь также для ускорения ввода-вывода пытаются использовать экспериментальные системы, например, Shark, позволяющий печатать на виртуальной клавиатуре, не отрывая пера от экрана, однако массовое внедрение подобных расширений пока не началось.

Напоследок стоит сказать о проекционных клавиатурах, которые в скором времени планируется встраивать прямо в карманные компьютеры и сотовые телефоны. Существующая сегодня модель (iTECH Bluetooth Virtual Keyboard) представляет собой небольшую коробочку, из которой на поверхность стола проецируется изображение клавиатуры, а нажатие виртуальных клавиш фиксируется специальным инфракрасным сенсором. Для портативных устройств – самое то, если удастся найти достаточно ровную горизонтальную поверхность.

Мышиная история, как ни странно, начинается с появления отдаленного родственника трекбола. Подобное устройство было разработано для нужд военных, однако заказчики остались недовольны предоставленным образцом, и об изобретении все забыли. Несколько лет спустя, в начале 60-х годов, в исследовательских лабораториях Стенфордского института на свет появился другой манипулятор, в шутку названный мышью, который на первый взгляд не имел с военным трекболом ничего общего.

Первая мышь представляла собой небольшой деревянный брусок с двумя колесиками на пузе, длинным проводом и одной кнопкой на спине. Колесики располагались перпендикулярно друг другу, одно из них фиксировало передвижение по горизонтали, а другое – по вертикали. Первоначально мышь предназначалась отнюдь не для персональных компьютеров, тогда их попросту не было, манипулятор затачивался для управления точкой на экране радара. Несмотря на специфичность задачи, военные и научные организации испытывали необходимость в подобных устройствах, поэтому вскоре был организован конкурс на лучший манипулятор.

Претендентов на это звание оказалось немало – трекбол, мышь, джойстик и другие экспериментальные девайсы. Впрочем, победитель, можно сказать, был предопределен, и создатели первой мыши получили грант на серийный выпуск своих устройств. Так в конце 1968 года и появилась первая полноценная мышь, которая, заметим, в отличие от прототипа несла на борту уже не одну кнопку, а целых три. Следующий этап в эволюции мышей относится к 70-м годам, когда инженеры стали задумываться об удобстве использования компьютеров, а некоторые компании закинули пробные удочки на рынок персональных машин.


Компания A4Tech, к примеру, долгое время продвигает на рынок свою продукцию с эргономичным расположением клавиш. Они расположены так же как ветви у елки - расходящимися от центра сверху-вниз рядами

Появление первых графических интерфейсов сразу же подтвердило тот факт, что удобнее мыши ничего не найти, а компания Apple, выпустив в 1983 году первый персональный компьютер Lisa с манипулятором типа «мышь», принесла хвостатым и народную любовь. Скоро GUI (Graphic User Interface – графический интерфейс пользователя) вытеснил текстовый ввод-вывод в область специфических задач. К этому времени вместо неудобных колесиков мыши стали оснащаться шариками.

Следующим гениальным изобретением стало появление оптических манипуляторов, а в последнее время, начиная с революционной мышки Logitech MX1000 (2004-го года выпуска), популярность стали набирать лазерные грызуны, которые являются просто развитием идей оптических предшественников. Кстати, помимо появления беспроводных мышей с оптическими и радиоинтерфейсами, определенное любопытство вызывают грызуны с индукционным питанием (самый ярый сторонник этой технологии – компания A4Tech).

Данные мыши вообще не требуют подзарядки, а получают энергию прямо от специального коврика. Из преимуществ можно выделить маленький вес самой мышки и 100% гарантию отсутствия радиочастотных помех. Однако расстраивает обязательное требование держать на столе персональный коврик. Впрочем, если производители договорятся между собой о стандартизации индукционного питания и будут встраивать одинаковые элементы и в сотовые, и в карманные компьютеры, и в прочие электронные игрушки, то наверняка появятся более удобные универсальные индукционные площадки или же целые индукционные компьютерные столы. Но пока дальше прототипов дело не заходит.

Кстати, вдохнуть нечто новое в мышиную шкуру, возможно, удастся с внедрением трехмерных мышей, а точнее, манипуляторов типа «мышь», работающих в трехмерном пространстве. Одно из таких устройств под названием 3DEasy в этом году представила компания Sandio Technology. Основная цель внедрения подобного девайса – возможность свободно перемещаться в виртуальном трехмерном мире с использованием одной мыши, что может пригодиться как в играх, так и в разных трехмерных редакторах.

Внешне 3DEasy мало отличается от обычной мыши, разве что по бокам находятся две четырехпозиционных клавиши. Схема перемещения довольно оригинальна, и чтобы ей свободно овладеть придется немного потренироваться. Для работы с подобным манипулятором потребуется поддержка со стороны приложения, но разработчики уже позаботились об этом и предоставляют собственное SDK. Пойдет ли это устройство в массы, покажет время, но подобные идеи уже давно витают в воздухе, и даже уже были реализованы в железе, хоть и не столь элегантно (3Dconnexion SpaceMouse и SpaceBall).

Альтернативных манипуляторов для работы с графическими интерфейсами на сегодняшний день существует достаточно много, но по популярности их не сравнить с мышками. В частности, трекболы хоть и появились раньше мышей, но так и не смогли составить им конкуренции. Лет пять назад крупные производители (Logitech, Genius, A4Tech) пытались возродить эту идею, продвигая на рынок достаточно много разнообразных моделей, но сейчас использование трекболов в основном ограничивается редкими выставками и презентациями, все-таки, как ни крути, удобство – решающий фактор, а мыши по данному вопросу – признанные лидеры.

В отличие от трекболов, вполне конкретную нишу удалось найти графическим планшетам, которые всегда ценились и будут цениться художниками, работающими за компьютером. Никакой другой манипулятор не позволяет добиться столько же правдоподобной имитации карандаша или кисти. В данной отрасли первое место, бесспорно, принадлежит компании Wacom, начиная с самых первых своих планшетов, им удалось на голову опередить остальных конкурентов, и с новыми устройствами превосходство лишь увеличивалось. В качестве замены планшетам некоторые компании представили пару лет назад проводные и беспроводные координатные ручки (к примеру, PC Notes Taker), пишущие как обычные шариковые ручки, но при этом передающие на компьютер свои координаты. Многим, заметим, понравилось.

В отдельную группу можно выделить манипуляторы для ноутбуков. По понятным причинам, мыши плоховато подходят для работы в дороге, а трекболы попросту не влезают в тонкий корпус устройства, поэтому им на смену пришлось подобрать персональные манипуляторы. Здесь самым популярным вариантом издавна являются тачпады (TouchPad). Лидером этой индустрии по праву считается компания Synaptics.

На первый взгляд развитие данных устройств остановилось несколько лет назад, но это не так, например, в конце 2005 года все та же компания Synaptics анонсировала любопытный тачпад со встроенными сенсорными кнопками управления медиаприложениями. Правда, он может в один и тот же момент работать либо в режиме тачпада (кнопки не видны), либо в режиме горячих клавиш (кнопки высвечиваются на тачпаде). Кроме того, много лет существуют усовершенствованные версии тачпадов под названием TouchWriter, которые отличаются тем, что воспринимают нажатие не только пальцев, но и любых предметов, в частности, по ним можно даже рисовать специальной ручкой (явно пойдет на азиатских рынках, так как на таком тачпаде очень удобно писать иероглифы).

В принципе, тачпады встраиваются не только в ноутбуки, но и в обычные клавиатуры, и даже выпускаются как отдельные устройства, но они мало распространены. Кстати, вместо тачпадов некоторые производители ноутбуков упорно используют миниджойстики, теряющиеся в центре клавиатуры. Впрочем, на вопрос: «Что удобнее: тачпады или миниджойстики?» – большинство пользователей, не задумываясь, ответит, что они одинаково неудобны.

В последнее время все большую и большую популярность стали набирать сенсорные экраны. Их можно встретить и в карманных компьютерах, и в телефонах, и в Tablet PC, и во всевозможных терминалах. Особо интересно будущее подобных устройств. В частности, одним из недостатков сенсорных панелей всегда считалось отсутствие обратной тактильной связи, в результате ими было невозможно пользоваться вслепую. Однако и этот недостаток вскоре будет устранен. Для этого американская компания Immersion разработала технологию TouchSense, добавляющую чувствительным экранам функцию обратной отдачи.

Наконец виртуальные кнопки на экране станут реалистично рельефными. Технология была впервые продемонстрирована на 19-дюймовом экране в 2005 году, а ее долгожданное перенесение на мобильные устройства запланировано в течение текущего года.

В отдельную группу стоит отнести игровые манипуляторы. Не будем вдаваться в подробности появления различных джойстиков и рулей, тем более, добрая часть их была скопирована со всяких реальных баранок, штурвалов, педалей и прочих элементов управления. Нам особо интересен лишь факт появления устройств с обратной отдачей (технология Force Feedback).

Первые подобные девайсы появились в 90-х годах – тогда компания Immersion, получив от госструктур США заказ на создание тренажера для хирургов, решилась попробовать одну из созданных технологий перенести в игровой мир. Как ни странно, появившейся игрушкой сразу заинтересовались военные, купившие целую партию новых манипуляторов для тренировки пилотов, и это несмотря на стоимость устройств порядка пяти килобаксов за каждое.

Кстати, если на секунду остановиться и вдуматься в масштабность этого события, то можно придти к выводу, что это нехитрое устройство буквально открыло новую страницу в истории общения человека с компьютером. Ведь теперь компьютер тоже научился воздействовать на человека, причем на тактильном уровне. Вскоре после первого успеха в Immersion смекнули, какие горизонты открываются на игровом рынке, быстро анонсировали и всячески запатентовали протокол для управления игровыми манипуляторами I-Force и в начале 1996 года выпустили первый серийный джойстик Force-FX, засветившись с ним на всех крупных игровых выставках.

Новинка никого не оставила равнодушным, поэтому вскоре, как грибы после дождя, стали появляться как родственные устройства (рули, штурвалы, мышки, кресла), поддерживающие похожие технологии, так и игры, совместимые с обратной отдачей. Недавно появились даже жилеты с обратной отдачей (Interactor Force Feedback Vest), правда, пока они симулируют вибрации лишь общего толка, но потом, несомненно, появятся костюмы, например, имитирующие попадания пуль, да и вообще любые тактильные ощущения. Кусочек этого бизнеса явно перепадет и порноиндустрии.


Наиболее популярны сейчас беcпроводные мыши. Сигнал от такой мышки поступает на приёмник, который зачастую ещё и подзаряжает сменные аккумуляторы. Есть также мыши и работающие без аккумуляторов - но для них нужен специальный коврик - который принимает сигнал о движении мыши.

Другой интересной новинкой в сфере игровых манипуляторов являются гироскопы, с помощью которых реализована возможность определения изменения местоположения джойстика в пространстве. Их массовое внедрение началось с приставок нового поколения Nintendo Wii и Sony PlayStation 3 (Sony обвиняют за это в плагиате, так как идея сначала появилась в Nintendo), но подобные технологии использовались в экзотических манипуляторах и раньше. Зачем такое нововведение нужно, проще всего объяснить на примере.

В то время как ты будешь размахивать джойстиком, игровой персонаж на экране будет копировать твои движения, круша врагов саблей, отбивая теннисные мячики ракеткой или загоняя шары в лузу бильярдным кием. Правда, здорово? Не только поиграешь, но и зарядку сделаешь! :) Безусловно, это прибавит играм новую порцию реалистичности и азарта. Кстати, данная технология, судя по всему, станет хитом сезона: ожидаются и пистолеты с гироскопами (на смену световым), мышки, пульты, и прочее, прочее...

О манипуляторах будущего ты наверняка начитался во всяких киберпанковых романах и насмотрелся во всевозможных фантастических фильмах. Как ни странно, фантастики как таковой в подобном кино не так уж и много. Сценаристы и режиссеры зачастую черпают вдохновение из последних высокотехнологичных прототипов (достаточно пролистать ленту хай-тек новостей за последние месяцы и сюжет для нового фильма, считай, готов), а инженеры, в свою очередь, с не меньшим любопытством ходят в кино, чтобы попутно набраться свежих идей для реализации на практике.

Опустим историю появления первых псевдообъемных фильмов и кинотеатров, а также прочих предпосылок создания виртуальной реальности, лучше сразу перейдем к первым работоспособным устройствам. Основы виртуальной реальности в сегодняшнем понимании этого словосочетания были заложены аж в 1965 году, тогда один из известнейших специалистов в области компьютерной графики Иван Сазерленд создал первый в истории шлем виртуальной реальности, названый HMD (Head-Mounted Display VE).

Пугающего вида установка, внешне напоминающая некое подобие перископа, содержала внутри себя два CRT-дисплея. На мониторах демонстрировалось одно и то же изображение, только под немного различающимися углами, это было подобрано таким образом, чтобы у пользователя, придвинувшегося на достаточно близкое расстояние, создавалась полная иллюзия объемного изображения (по такому принципу устроено наше зрение). Кроме того, Иван снабдил свое изобретение датчиками, отслеживающими повороты головы, что позволяло изменять картинку в зависимости о того, куда смотрит «зритель».

На этом принципе основываются все современные шлемы виртуальной реальности: перед глазами располагаются два небольших ЖК-экранчика, а специальные сенсоры (например, гироскопы) следят за движением головы. Таким образом, ты, просто крутя черепом, можешь осматривать виртуальные окрестности. Увы, инвесторы посчитали, что перспективы творения Ивана – сомнительны, и почти на двадцать лет о виртуальной реальности все забыли.

Лишь в начале 80-х годов началась вторая волна увлечения виртуальной реальностью: тогда проектом заинтересовалась NASA, и в 1985 году был создан более совершенный шлем VIVED, на этот раз с использованием ЖК-дисплеев и улучшенных сенсоров. Впрочем, о стоимости первых устройств лучше скромно умолчать – лишь в начале 90-х годов производители стали задумываться о введении технологии в коммерческое русло. Первый шаг на этом пути был сделан компанией Forte Technologies, выпустившей в 1994 году шлем VFX1, стоимость которого уместилась в пределах символического килобакса.

Конечно же, он был далек от идеала, микроскопическое разрешение, ужасная цветопередача, но это было безразлично по сравнению с тем, какие возможности он открывал перед игроком. Позднее подвиг Forte Technologies повторили и другие компании, реализовавшие альтернативу шлемам в виде очков виртуальной реальности, работающих по сходному принципу. Затем появился и третий вариант – проецирование изображения непосредственно на сетчатку (разработки Microvision).

Впрочем, одного шлема для полного погружения виртуальную реальность недостаточно. Всякие привычные джойстики, рули и кресла с обратной отдачей пригодны лишь для игры в соответствующие симуляторы. Эффект, конечно, будет просто ошеломляющий, но для дальнейшего ухода из реального мира нужны другие манипуляторы. И наиболее естественным способом будет использование систем, позволяющих определять положение пользователя в пространстве. Начнем с самого интересного – с перчаток.

Первое подобное изобретение, датирующееся 1985 годом, принадлежит компании VPL Research. Первоначально перчатки представляли собой довольно страшное полумеханическое устройство, но постепенно инженеры выпустили множество других аналогов, совершенство которых определяется исключительно толщиной кошелька покупателя. В том числе перчатки с инфракрасной системой слежения, с гироскопами и многие другие.

Помимо определения движения пальцев, предлагаются системы наподобие «Motion Capture», позволяющие полностью следить за игроком. Правда, такие системы стоят безумных денег, однако их крайне упрощенные аналоги вполне доступны. Одно из таких устройств NaturalPoint TrackIR 3-Pro способно следить всего за одной точкой, но для развлечения и этого достаточно, если наклеишь светоотражающую точку на нос, сможешь управлять курсором движением головы.

Кстати, остается неразрешенным еще один важный аспект: все устройства, даже полностью погружающие тебя в виртуальную реальность, не гарантируют тебе свободы передвижений. Для тебя наверняка будет неприятным сюрпризом факт «встречи» в пылу погони за виртуальным монстром с неожиданной, но вполне реальной стенкой комнаты. Тут пока придуман всего один выход: заключение игрока в огромную вращающуюся сферу. На сегодняшний день существует всего несколько подобных экспериментальных установок, о стоимости которых можешь догадаться сам.

Следующей ступенькой эволюции после виртуальной реальности, видимо, будут нейронные интерфейсы. Однако даже сегодня они не кажутся фантастикой, известно несколько реальных случаев, когда люди, прикованные к инвалидной коляске, согласились участвовать в эксперименте по вживлению в мозг специального имплантанта и после этого научились, например, управлять курсором на экране монитора исключительно «силой мысли». Впрочем, широкое использование подобных интерфейсов – дело весьма и весьма отдаленного будущего…

Системы распознавания речи – еще одно средство общения с компьютером. Впрочем, на сегодняшний день подобные серийные системы работают из рук вон плохо.

Полный force-feedback комплект для игры в DOOM 3 (шлем, джойстик и жилет) в сумме стоят не такие уж и сумасшедшие деньги. «Всего» $1485.

Вопреки всеобщему мнению, виртуальная реальность и полноценные тактильные интерфейсы в основном используются не для развлечений, а в моделировании, проектировании, медицине, всевозможных тренингах и многом другом.

Наши контакты:


Энциклопедия для детей. Мир природы.
Спасибо, что вы с нами!

Skype: geoserenity
Контактный телефон: +7 (8903) 712-11-74
Email: scirent@mail.ru