Stevie Bathiche från Microsoft Surface Team förklarar Stylus-tekniken i Surface Pro 3 i detalj

Under Reddit AmA by Surface-teamet från Microsoft svarade Stevie Bathiche från Surface-teamet ett långt svar på Reddit där han förklarade Stylus-teknologierna som finns på marknaden och varför Microsoft valde N-Trig framför Wacom. Läs hela hans svar nedan.

Hej.. det här är StevieB. Jag väntade på penndigitaliseringsfrågan... så jag har funderat på hur jag ska prata om det under helgen. Jag hoppas att du och andra tycker att det är användbart. Jag ska försöka besvara resten av dina föregående frågor. Nedan handlar om din fråga om Wacom och tryck.

Det finns tre huvudtyper av digitaliserare för pennor: elektromagnetiska, passiva kapacitiva (de där ledande gummipennor som lurar digitaliseraren att se ut som ett finger) och aktiva kapacitiva.

Elektromagnetiskt fungerar genom att placera ett kretskort över hela enheten, vanligtvis placerad under skärmen och dess bakgrundsbelysning. Detta är ett helt separat system från touch-digitizern som vanligtvis går framför displayen. Kretskortet har ett gäng plana spolar som avger ett elektromagnetiskt fält (som ena sidan av en transformator). Den andra sidan av transformatorn är placerad i själva pennan. När pennan närmar sig dessa fält och spolar den kopplar den EM-signalen och lägger till en belastning. Denna belastning plockas upp över flera spolar och pennans position interpoleras sedan. Dessa fältlinjer kan avge 15 mm eller så ovanför displayen, och därmed mekanismen för hovring. Data överförs från pennan till enheten (tryck- och knappdata), genom att ändra frekvensinnehållet i lasten. För att få orientering finns det vanligtvis en sekundär spole/krets.. och enkel trigg kan extrapolera pennans orientering.. detta är viktigt för att senare ta bort mekanisk parallax. Bland de tre har denna teknik funnits längst.

Passiv penna, fungerar genom att helt enkelt fungera som en förlängning av ditt finger, genom att vara en ledare för att passivt koppla ihop med den elektrostatiska signalen från sändnings- och mottagningsraderna och -kolumnerna i digitaliseraren. Denna teknik använder samma genomskinliga ledande linjer framför displayen för att göra både fingret och "falska" finger/penna.

Äntligen började aktiva kapacitiva lösningar komma till stånd i början av 2000-talet. Deras funktion är att använda samma genomskinliga ledande linjer som den passiva pennan gör ovan, men pennspetsen injicerar snarare en elektrostatisk signal som plockas upp av dessa beröringskapacitiva linjer. Tänk på att pennan är en miniradio och avkänningslinjerna framför skärmen är små antenner. Den eller de korsningar (där raderna och kolumnerna i de genomskinliga ledande linjerna korsar varandra) som tar emot den starkaste signalen är korrelerad till pennans position. För att göra detta behöver pennan vanligtvis ett batteri, men pennan kan avge alla typer av signaler från knappar, tryck och annat. Vi köpte en riktigt fantastisk aktiv kapacitiv penna och beröringsteknik för ett par år sedan: ni kanske kommer ihåg företaget som gjorde CNN:s valstyrelser... Perceptive Pixel. Detta är utan tvekan den mest fantastiska pennteknologin som finns för stora icke-mobila skärmar. Aktivt kapacitivt fält visar trotsigt mycket aktivitet av ett antal olika beröringstillverkare... för det är en naturlig förlängning av beröringstekniken och dess integration med beröringslösningen.

Låt oss nu gå in på vad som gör en bra pekpenna från en hårdvara uppfattande:

1) Precision är kung. Ju mer exakt och konsekvent pennspetsen är mot det faktiska bläcket på displayen, desto mer naturligt och exakt kan du som konstnär och användare utföra det. a. Precisionsproblemet är uppdelat i tre kategorier:

i. Visuell parallax: från pennspets till bläck på skärmen. Det är här du tror att pennspetsen är.

ii. Elektronisk parallax: från pennspets till digitaliserare och där kokaren tror att pennspetsen faktiskt är.'

iii. Digitaliserarens precision och linjäritet över hela skärmen.

2) Känn och ljud: ska låta och kännas som att skriva på papper.

3) Pennans vikt, känsla och ergonomi.

4) Konsekvent och exakt tryckkänslighet

5) Knappar för att byta läge (radera, välja och andra kommandon)

6) Latens: fördröjningen av bläck bakom pennspetsen (mycket appberoende)... bra utvecklare kan hålla detta antal till ett minimum.

7) Palmdetektering så att datorn kan avvisa falska beröringar.

8) Enhetsintegration: hur den passar och kraven på industriell design.

Nu när vi har lite bakgrund av de olika populära penndigitaliseringsalternativen och hårdvaruegenskaperna för vad som gör en bra penna. Låt oss gå in på en kort för- och nackdelar med var och en av dessa (jag kommer att hoppa över passiv penna eftersom den fortfarande erbjuder en uppenbar kompromiss i erfarenhet för våra nuvarande applikationer [för nu]). Men innan vi börjar, låt mig först säga att inget av dessa tre alternativ i allmänhet är bättre än varandra. Allt beror på applikationen och ännu viktigare implementeringen/utförandet av teknik. Prestandan för någon av dessa tekniker är starkt beroende av hur genomtänkt, noggrann, den ingenjörskonst som enhetstillverkarna lägger ner för att integrera digitaliseringssystemet. Jag har sett några riktigt dåliga implementeringar av alla tre av dessa lösningar ovan av olika enhetstillverkare. Att använda teknikens märke garanterar inte det minsta prestanda.

Elektromagnetisk penna:

1) Precision: Detta kan vara mycket bra för elektromagnetik men det är mycket beroende av implementering. För att hörnen ska fungera bra, och undvika icke-linjäritet, måste digitaliseraren som sitter bakom displayen sträcka sig något utanför displayen. Även metallföremål eller magnetiska föremål nära digitaliseraren eller framför även i enheten påverkar i hög grad brus och prestanda. Detta begränsar i hög grad enhetstillverkaren från att ha en viss gränsstorlek, och även de typer av material de använder på enheten och i pennan. Eftersom magnetfält skiftar med omgivningen kommer du att se drift och förskjutningar... Enhetstillverkaren måste göra ett riktigt bra jobb med att kalibrera enheten.. och om användaren lägger något framför enheten (säg ett fodral som har metall i sig) , då måste de kunna göra samma nivå av kalibrering. Utanför dessa begränsningar kan EM-pennan ge mycket bra resultat.

2) Visuell parallax: detta beror bara på tjockleken på täckglaset... och ingen av teknikerna har verkligen en fördel eller nackdel här.

3) Elektronisk parallax: eftersom EM-digitalisatorn är begravd bakom displayen och spolarna inte är placerade i spetsen av pennan, måste digitaliseraren beräkna pennans orientering och översätta positionen från det... detta är verkligen aldrig perfekt och kommer ofta att vara beroende på var du är på displayen.. så det är inte en enda matematisk transformation för alla punkter på displayen.. det kan vara mycket komplext.. för det mesta är den enkla vägen vad som tas.

4) Digitaliserarens precision och linjäritet över hela skärmen: bästa sättet att testa detta är att ta linjalen och rita raka diagonala linjer över skärmen. Observera hur linjerna aldrig är riktigt raka... det här är väldigt svårt att göra.

5) Känsla och ljud: Vanligtvis arbetar vi idag med olika material för att ändra den statiska och dynamiska friktionskoefficienten för spetsen på glas.. men det finns andra tekniker vi arbetar med för att göra detta ännu bättre oavsett vilken pennteknologi som används .

6) Pennans vikt, känsla och ergonomi. Eftersom den är magnetisk baserad kan pennan inte göras av metall. EM stylus har alla möjliga former och storlekar... från riktigt tunna och obekväma (men kan dockas) till sådana som känns som en penna. Fördelen här är att pennan inte behöver batterier.

7) Konsekvent och exakt tryckkänslighet: allmänt känd för att göra ett bra jobb. Det här handlar mycket mer om hur tryckkurvan ser ut än antalet bitar... Jag kommer att förklara nedan.

8) Knappar för att byta lägen (radera, välja och andra kommandon): eftersom pennan och modifiera signalerna aktivt (drivs av spolarna) kan den kommunicera knappar och tryckinformation.

9) Latens: fördröjningen av bläck bakom pennspetsen (mycket appberoende)... bra utvecklare kan hålla detta antal till ett minimum.

10) Palmdetektering så att datorn kan avvisa falska beröringar: har egentligen ingen fördel av aktiv kapacitiv.. men över passiv penna har den.

11) Enhetsintegration: hur den passar och kraven på industriell design: eftersom penndigitalisatorn är en separat digitaliserare från beröring, kommer denna lösning att lägga till någonstans mellan 0.4-1 mm i tjocklek, några mm runt enhetens ram, och några 10-tals gram vikt. Det är lite svårare att integrera i enheten på grund av begränsningarna kring material och mekanik.

Aktiv kapacitiv penna:

1) Precision: tidigare har jag sett några inte så bra implementeringar här, men jag är så peppad över att se våra nuvarande resultat i Pro3. Vi flyttade verkligen märket hit. Pennan är verkligen mycket mer exakt, linjär och linjär över hela enheten. Den första kommentaren jag hör från artister när de använder enheten, är hur exakt pennan är.

2) Visuell parallax: detta beror bara på tjockleken på täckglaset... och ingen av teknikerna har verkligen en fördel eller nackdel här. I Pro 3 har vi sänkt den optiska parallaxen till 75 mm.. den här en av de lägsta parallaxerna jag har sett någonstans för bläcktabletter. Detta innebär att när du flyttar huvudet runt pennspetsen stannar pennspetsen närmare bläcket.

3) Elektronisk parallax: eftersom antennlinjerna ligger precis bakom täckglaset (för oss är det 55 mm tjockt!) reduceras den elektroniska parallaxen ytterligare... och detta är en av anledningarna till att vår penna känns mer exakt.

4) Digitaliserarens precision och linjäritet över hela skärmen: gör linjaltestet!

5) Känsla och ljud: Vi använder nya material för att förändra pennspetsens dynamiska och statiska friktion. Resultatet är en mer pappersliknande känsla. Som bransch kan vi göra bättre .. men det kommer att behöva gå till en annan mekanism .. mer om det senare

6) Pennans vikt, känsla och ergonomi. Eftersom signalen avges från pennans spets påverkar inte metallföremål i kroppen prestandan. Det är därför vi kunde göra en vacker anodiserad aluminiumpenna, som känns som en högkvalitativ penna i handen. Nu behöver vi ett batteri, men fördelen med ett batteri är att man kan avge en mer kraftfull signal för andra funktioner.. som klicka på notering: klicka på toppen av pennan en gång och OneNote öppnas automatiskt (även över låsskärmen) [säker]).. och dubbelklicka så får du acetatlagret för att klippa ut delar av skärmen i OneNote... ganska snyggt!.. och du kan hålla pennan cirka 3-5 fot bort för att göra det... och det kan du inte göra en sådan upplevelse om man inte hade ett batteri.

7) Konsekvent och exakt tryckkänslighet: lika bra som våra tidigare implementeringar... lika bra som de kommer enligt min mening. Mer om det nedan.

8) Knappar för att byta lägen (radera, välja och andra kommandon): eftersom pennan drivs kan den sända alla typer av kommandon via sina utsända signaler (knappar, tryckinformation, klicka på notering).

9) Latens: fördröjningen av bläck bakom pennspetsen (mycket appberoende)... bra utvecklare kan hålla detta antal till ett minimum. Vi har en varning under hovring.. medan vår latens fortfarande är bäst i klassen när du trycker, kan du märka lite av en fördröjning under hovring.. men bara under hovringsläge.

10) Palmdetektering så att datorn kan avvisa falska beröringar: ungefär samma som EM.

11) Enhetsintegration: Aktiv kapacitiv digitaliserare är integrerad i pekkontrollen och använder samma beröringsavkänningslinjer. Detta är en fantastisk form av integration, vilket ger en tunnare och lättare enhet. Det finns också mindre restriktioner för material .. till exempel vårt typtangentbord klickar in i den nedre delen av enhetens ramar via magneter .. detta skulle verkligen vara en dålig sak för en EM-digitizer.

Tryck Jag har hört några människor oroa sig för de 256 trycknivåerna mot 1024... Man kan hävda absurda mängder upplösning 10,12,14,16 bitar.. vad som helst... men i slutändan, även om systemet spottar ut en 10 eller 16:a bitnummer betyder inte att det finns 10 eller 16 bitars användbar information där.. precis som en överspecificerad digitalkamera.. sensorn är 20 megapixlar.. betyder inte att den resulterande bilden är värd 20 megapixlar. Du kan göra det här experimentet själv.. Jag gjorde det i helgen för att försöka bevisa en poäng för mina vänner: Jag tog den mest kända EM-baserade enheten jag känner till och jämförde den med Pro 3. Jag började med att först ladda ner och installera en Microsoft PowerTool-mjukvara som heter "digiInfo". detta låter dig spela in och se Windows-meddelanden... Jag ställer in programvaran för att registrera tryck på båda enheterna. Och sedan byggde en liten rigg för att hålla pennan ovanför digitaliseraren med ett tryck på cirka 50 gram nedåt. Spelade in data för det statiska trycket .. importerade för att excel och gjorde lite statistik .. här är vad jag såg: 1024-tryckspetsens statiska tryck-nummer hade en standardavvikelse 3 gånger större än den för 256-tryckspetsen. Till slut var prestandan densamma... även om man hade 2 bitar mindre rapporterad information. Det här är väldigt vettigt... låt mig uttrycka det på ett annat sätt.

Pro 3-pennan mäter från 10 gram till 400 gram tryck och mappar 256 nivåer till det... kartläggningen är olinjär.. eftersom aktiveringen av den mänskliga handkraften är icke-linjär... men man kan uppskatta ungefär 1-1.8 gram per nivå. 10-bitars pennan.. går från 10-500 gram.. och gör förmodligen ca ~0.4 gram. Tänk på båda dessa siffror och det är båda super superkänsligt.. den bästa viktvågen jag har klarar av steg på 1 gram... Den enda anledningen till att det fungerar är att det ger ett medelvärde för siffrorna, vilket lägger till en avsevärd fördröjning.. denna fördröjning kan man inte göra på en penna.. så du har fastnat med en mer störande signal jämfört med en penna. Med alla nya pennor finns det en skillnad i kraftkurvan som du måste vänja dig vid... och det är troligtvis vad folk kommer att märka... inte skillnaden i bitupplösning. Vi kommer att göra det enklare för dig genom att senare ge dig en mjukvara som låter dig kartlägga din egen kraftkurva! Jag uppmuntrar dig att skaffa en av dessa vågar och försöka kontrollera den till 1 gram... kommer att kasta lite ljus över ämnet. Feedbacken från artister jag har hört .. är att de inte ser någon skillnad .. och det är för att den resulterande informationen egentligen inte är annorlunda.

WinTab: ja vi har wintab drivrutinsstöd. Se länken nedan för att ladda ner och installera den för pro3. I framtiden hoppas jag att appar börjar använda de modernare API:erna. Wintab är gammalt och föråldrat.. lägger till latens och infogar sig själv i pennans sökväg.. http://www.ntrig.com/Content.aspx?Page=Downloads_Drivers välj alternativet Windows 8.1