微软 Surface 团队的 Stevie Bathiche 详细解释了 Surface Pro 3 中的触控笔技术

在 Microsoft Surface 团队的 Reddit AmA 期间，Surface 团队的 Stevie Bathiche 在 Reddit 上做了一个长长的回复，解释了市场上可用的 Stylus 技术以及为什么微软选择 N-Trig 而不是 Wacom。 在下面阅读他的完整回复。

嗨..这是 StevieB。 我预料到笔数字化仪的问题..所以我一直在考虑如何在周末谈论它。 我希望你和其他人觉得它有用。 我将尝试回答您前面的其余问题。 以下是关于您的 Wacom 和压力问题。

笔式数字化仪技术主要有 3 种类型：电磁式、无源电容式（那些使数字化仪看起来像手指的导电橡胶笔尖笔）和有源电容式。

电磁通过在整个设备上放置一块印刷电路板来工作，通常位于显示器及其背光下方。 这是一个完全独立于通常位于显示器前面的触摸数字化仪的系统。 电路板有一堆发射电磁场的平面线圈（如变压器的一侧）。 变压器的另一侧位于笔本身。 当笔接近这些场和线圈时，它会耦合 EM 信号并增加负载。 跨多个线圈拾取该负载，然后对触针的位置进行插值。 这些场线可以在显示器上方 15 毫米左右发射，从而形成悬停机制。 通过修改负载的频率内容，数据从笔传输到设备（压力和按钮数据）。 为了获得方向，通常有一个次级线圈/电路。简单的触发可以推断笔的方向。这对于以后消除机械视差很重要。 在这三种技术中，这种技术的使用时间最长。

无源触控笔的工作原理是简单地充当手指的延伸，作为导体被动地与来自数字化仪的发送和接收行和列的静电信号耦合。 这种技术在显示器前面使用相同的透明导线来做手指和“假”手指/触控笔。

最后，有源电容解决方案在 2000 年代初开始实现。 它们的操作模式是使用与上述无源触控笔相同的透明导电线，但笔尖会注入静电信号，这些静电信号会被这些触摸电容线拾取。 把笔想象成一个迷你收音机，显示器前面的感应线是小天线。 接收最强信号的连接点（透明导线的行和列交叉处）与笔的位置相关。 为此，笔通常需要电池，但笔可以从按钮、压力等发出各种信号。 几年前，我们购买了一款非常棒的有源电容笔和触控技术：您可能还记得做过 CNN 选举委员会的公司...... Perceptive Pixel。 这无疑是用于非移动大屏幕的最出色的笔技术。 有源电容场明显地展示了许多不同触摸制造商的大量活动。因为它是触摸技术的自然延伸及其与触摸解决方案的集成。

现在让我们从硬件的角度来看看是什么让一个伟大的手写笔：

1) 精度为王。 笔尖与显示器的实际墨水越准确和一致，作为艺术家和用户的您能够执行的操作就越自然和准确。 一种。 精度问题分为 3 类：

一世。 视觉视差：从笔尖到屏幕上的墨水。 这是您认为笔尖所在的位置。

ii. 电子视差：从笔尖到数字化仪，以及消化器认为笔尖实际所在的位置。

iii. 整个屏幕的数字化仪精度和线性度。

2) 感觉和声音：应该听起来和感觉像在纸上书写。

3) 笔的重量、手感和人体工程学。

4) 一致且准确的压力灵敏度

5) 用于切换模式的按钮（擦除、选择和其他命令）

6) 延迟：笔尖后面的墨水滞后（高度依赖于应用程序）……优秀的开发人员可以将这个数字保持在最低限度。

7) 手掌检测，因此计算机可以拒绝错误的触摸。

8) 设备集成：如何适配，以及工业设计要求。

现在我们已经了解了不同流行的笔式数字化仪选项的背景以及制作好笔的硬件特性。 让我们简要介绍一下这些优点和缺点（我将跳过被动手写笔，因为它仍然为我们当前的应用程序提供了明显的体验折衷 [目前]）。 但在我们开始之前，请让我先说这三个选项中没有一个比另一个更优越。 这一切都取决于应用程序，更重要的是技术的实施/执行。 这些技术中的任何一项的性能都高度依赖于设备制造商为集成数字化仪系统而投入的工程设计的周到、仔细。 我已经看到各种设备制造商对上述所有 3 个解决方案的一些非常糟糕的实现。 使用技术品牌并不能保证丝毫的性能。

电磁笔：

1) 精度：这对电磁学非常有用，但高度依赖于实施。 为了使角落正常工作并避免非线性，位于显示器后面的数字化仪必须稍微超出显示器。 此外，数字化仪附近或设备前面的金属物体或磁性物体也会极大地影响噪声和性能。 这极大地限制了设备制造商具有一定的边界尺寸，以及他们在设备和笔中使用的材料类型。 因为磁场随着环境而变化，你会看到漂移和偏移……设备制造商必须做好校准设备的工作……如果用户在设备前面放了一些东西（比如里面有金属的盒子） ，那么他们必须能够进行相同级别的校准。 在这些限制之外，EM pen 可以给出非常好的结果。

2) 视觉视差：这仅取决于盖板玻璃的厚度……而且这些技术都没有真正的优势和劣势。

3) 电子视差：因为 EM 数字化仪埋在显示器后面，线圈不在笔尖，所以数字化仪必须计算笔的方向并从中转换位置……这真的从来都不是完美的，而且经常会取决于您在显示器上的位置..因此它不是显示器上所有点的单一数学变换..它可能非常复杂..大多数时候，采用简单的路线。

4) 整个屏幕的数字化仪精度和线性度：最好的测试方法是拿尺子在显示屏上画直线对角线。 注意线条从来都不是笔直的……这很难做到。

5) 手感和声音：今天我们通常使用各种材料来改变笔尖在玻璃上的静摩擦系数和动摩擦系数。但无论使用何种笔技术，我们都在研究其他技术以使其变得更好.

6) 笔的重量、手感和人体工程学。 因为它是磁性的，所以笔不能用金属制成。 EM 手写笔有各种形状和大小……从非常薄且不舒服（但可以对接）到感觉像钢笔的那种。 这里的优点是笔不需要电池。

7）一致且准确的压力灵敏度：通常以做得很好。 这更多的是关于压力曲线的样子，而不是位数……我将在下面解释。

8) 切换模式的按钮（擦除、选择和其他命令）：因为笔和主动修改信号（由线圈供电）..它可以传达按钮和压力信息。

9) 延迟：笔尖后面的墨水滞后（高度依赖于应用程序）……优秀的开发人员可以将这个数字保持在最低限度。

10）手掌检测，因此计算机可以拒绝错误的触摸：并没有真正具有主动电容的优势..但在被动手写笔上它确实如此。

11) 设备集成：如何适配，以及工业设计要求：由于笔式数字化仪是与触控分离的数字化仪，该解决方案将在设备边框周围增加 0.4-1mm 的厚度，以及几十克的重量。 由于材料和机械方面的限制，集成到设备中有点困难。

有源电容触控笔：

1) 精度：过去我在这里看到了一些不太好的实现，但我很高兴看到我们在 Pro3 中的当前结果。 我们确实在这里移动了标记。 Pen 在整个设备上确实更加精确、线性和线性。 当艺术家使用该设备时，我从艺术家那里听到的第一条评论就是笔的精确度。

2) 视觉视差：这仅取决于盖板玻璃的厚度……而且这些技术都没有真正的优势和劣势。 在 Pro 3 中，我们将光学视差降低到了 75 毫米。这是我在任何地方看到的用于墨板的最低视差之一。 这意味着当您围绕笔尖移动头部时，笔尖会更靠近墨水。

3）电子视差：因为天线线正好在盖板玻璃后面（对我们来说是55mm厚！），电子视差进一步减小..这是我们的笔感觉更准确的原因之一。

4）整个屏幕的数字化仪精度和线性度：做标尺测试！

5）手感和声音：我们正在使用新材料来改变笔尖的动静摩擦。 结果是更像纸的感觉。 作为一个行业，我们可以做得更好..但它必须采用不同的机制..稍后会详细介绍

6) 笔的重量、手感和人体工程学。 因为信号是从笔尖发出的，机身中的金属物体不会影响性能。这就是为什么我们能够做出漂亮的阳极氧化铝笔，手感就像一支高品质的笔。 现在我们确实需要电池，但电池的优点是可以为其他功能发出更强大的信号.. 比如点击笔记：点击笔的顶部一次，OneNote 会自动拉开（甚至在锁定屏幕上） [安全]).. 双击，您将获得用于将屏幕部分剪切到 OneNote 中的醋酸盐层……非常整洁！..您可以将笔握在 3-5 英尺远的地方来执行此操作……但您不能这样做如果你没有电池，这样的体验。

7) 一致且准确的压力敏感度：和我们之前的实现一样好……和我认为的一样好。 更多关于下面的内容。

8) 切换模式按钮（擦除、选择和其他命令）：由于笔是通电的，它可以通过其发出的信号（按钮、压力信息、点击注释）发出各种命令。

9) 延迟：笔尖后面的墨水滞后（高度依赖于应用程序）……优秀的开发人员可以将这个数字保持在最低限度。 我们在悬停期间有一个警告......虽然当您着墨时我们的延迟仍然是同类中最好的，但您可能会注意到悬停期间有点滞后......但仅限于悬停模式......

10) 手掌检测，因此计算机可以拒绝错误触摸：与 EM 大致相同。

11）设备集成：有源电容数字化仪集成在触控控制器中，使用相同的触控感应线。 这是一种奇妙的集成形式，使设备更薄更轻。 对材料的限制也较少。例如，我们的 Type Keyboard 通过磁性卡入设备边框的底部。这对于 EM 数字化仪来说确实是一件坏事。

压力 我听说有些人担心 256 压力级别与 1024 的对比……人们可以声称分辨率为 10,12,14,16、10、16、10 位的荒谬数量.. 无论如何.. 但最终即使系统吐出 16 或 20位数并不意味着那里有 20 或 3 位的有用信息......就像一个超额配置的数码相机......传感器是 50 兆像素......并不意味着生成的图像是 1024 兆像素的信息。 你可以自己做这个实验。我在周末做了这个实验，试图向我的朋友证明一个观点：我使用了我所知道的最著名的基于 EM 的设备，并将其与 Pro 3 进行了比较。我首先下载并安装一个名为“digiInfo”的 Microsoft PowerTool 软件。它允许您记录和查看 Windows 消息...我将软件设置为记录两个设备上的压力。 然后建造了一个小型钻机，以约 256 克的向下压力将触控笔固定在数字化仪上方。 记录下静压的数据。。导入excel，做了一些统计。。这是我看到的：2压头的静压数比XNUMX压头的标准偏差大XNUMX倍。 最后，性能是相同的..尽管报告的信息少了 XNUMX 位。 这很有意义..让我换一种说法。

Pro 3 笔可测量 10 克到 400 克的压力，并将 256 个级别映射到该级别……映射是非线性的……因为人手的力量激活是非线性的……但是每个级别的压力约为 1-1.8 克。 10 位笔……从 10-500 克……据说大约 0.4 克。 想想这两个数字，这两个数字都超级敏感……我拥有的最好的体重秤可以做 1 克的增量…… 它起作用的唯一原因是因为它对数字进行了平均，这增加了相当多的滞后。这种滞后在手写笔上是无法做到的。所以你在手写笔中会遇到一个比较嘈杂的信号。 对于任何新的触控笔，您必须习惯的力度曲线都会有所不同……这很可能是人们会注意到的……而不是位分辨率的差异。 稍后我们将为您提供一款软件，让您可以绘制自己的力曲线，从而让您更轻松！ 我鼓励您购买其中一个秤并尝试将其控制在 1 克.. 将对这个话题有所了解。 我听到的艺术家的反馈.. 是他们看不出有什么不同.. 那是因为结果信息确实没有什么不同。

WinTab：是的，我们有 wintab 驱动程序支持。 请参阅下面的链接以下载并安装 pro3。 在未来，我希望应用程序开始使用更现代的 API。Wintab 是旧的和过时的。增加延迟，并将自己插入到笔路径中。 http://www.ntrig.com/Content.aspx?Page=Downloads_Drivers 选择 Windows 8.1 选项