微軟 Surface 團隊的 Stevie Bathiche 詳細解釋 Surface Pro 3 中的觸控筆技術

在 Microsoft Surface 團隊的 Reddit AmA 期間，Surface 團隊的 Stevie Bathiche 在 Reddit 上做了一個長長的回复，解釋了市場上可用的 Stylus 技術以及為什麼微軟選擇 N-Trig 而不是 Wacom。 在下面閱讀他的完整回复。

嗨..這是 StevieB。 我預料到筆數字化儀的問題..所以我一直在考慮如何在周末談論它。 我希望你和其他人覺得它有用。 我將嘗試回答您前面的其餘問題。 以下是關於您的 Wacom 和壓力問題。

筆式數字化儀技術主要有 3 種類型：電磁式、無源電容式（那些使數字化儀看起來像手指的導電橡膠筆尖筆）和有源電容式。

電磁通過在整個設備上放置一塊印刷電路板來工作，通常位於顯示器及其背光下方。 這是一個完全獨立於通常位於顯示器前面的觸摸數字化儀的系統。 電路板有一堆發射電磁場的平麵線圈（如變壓器的一側）。 變壓器的另一側位於筆本身。 當筆接近這些場和線圈時，它會耦合 EM 信號並增加負載。 跨多個線圈拾取該負載，然後對觸針的位置進行插值。 這些場線可以在顯示器上方 15 毫米左右發射，從而形成懸停機制。 通過修改負載的頻率內容，數據從筆傳輸到設備（壓力和按鈕數據）。 為了獲得方向，通常有一個次級線圈/電路。簡單的觸發可以推斷筆的方向。這對於以後消除機械視差很重要。 在這三種技術中，這種技術的使用時間最長。

無源觸控筆的工作原理是簡單地充當手指的延伸，作為導體被動地與來自數字化儀的發送和接收行和列的靜電信號耦合。 這種技術在顯示器前面使用相同的透明導線來做手指和“假”手指/觸控筆。

最後，有源電容解決方案在 2000 年代初開始實現。 它們的操作模式是使用與上述無源觸控筆相同的透明導電線，但筆尖會注入靜電信號，這些靜電信號會被這些觸摸電容線拾取。 把筆想像成一個迷你收音機，顯示器前面的感應線是小天線。 接收最強信號的連接點（透明導線的行和列交叉處）與筆的位置相關。 為此，筆通常需要電池，但筆可以從按鈕、壓力等發出各種信號。 幾年前，我們購買了一款非常棒的有源電容筆和触控技術：您可能還記得做過 CNN 選舉委員會的公司...... Perceptive Pixel。 這無疑是用於非移動大屏幕的最出色的筆技術。 有源電容場明顯地展示了許多不同觸摸製造商的大量活動。因為它是觸摸技術的自然延伸及其與觸摸解決方案的集成。

現在讓我們從硬件的角度來看看是什麼讓一個偉大的手寫筆：

1) 精度為王。 筆尖與顯示器的實際墨水越準確和一致，作為藝術家和用戶的您能夠執行的操作就越自然和準確。 一種。 精度問題分為 3 類：

一世。 視覺視差：從筆尖到屏幕上的墨水。 這是您認為筆尖所在的位置。

ii. 電子視差：從筆尖到數字化儀，以及消化器認為筆尖實際所在的位置。

iii. 整個屏幕的數字化儀精度和線性度。

2) 感覺和聲音：應該聽起來和感覺像在紙上書寫。

3) 筆的重量、手感和人體工程學。

4) 一致且準確的壓力靈敏度

5) 用於切換模式的按鈕（擦除、選擇和其他命令）

6) 延遲：筆尖後面的墨水滯後（高度依賴於應用程序）……優秀的開發人員可以將這個數字保持在最低限度。

7) 手掌檢測，因此計算機可以拒絕錯誤的觸摸。

8) 設備集成：如何適配，以及工業設計要求。

現在我們已經了解了不同流行的筆式數字化儀選項的背景以及製作好筆的硬件特性。 讓我們簡要介紹一下這些優點和缺點（我將跳過被動手寫筆，因為它仍然為我們當前的應用程序提供了明顯的體驗折衷 [目前]）。 但在我們開始之前，請讓我先說這三個選項中沒有一個比另一個更優越。 這一切都取決於應用程序，更重要的是技術的實施/執行。 這些技術中的任何一項的性能都高度依賴於設備製造商為集成數字化儀系統而投入的工程設計的周到、仔細。 我已經看到各種設備製造商對上述所有 3 個解決方案的一些非常糟糕的實現。 使用技術品牌並不能保證絲毫的性能。

電磁筆：

1) 精度：這對電磁學非常有用，但高度依賴於實施。 為了使角落正常工作並避免非線性，位於顯示器後面的數字化儀必須稍微超出顯示器。 此外，數字化儀附近或設備前面的金屬物體或磁性物體也會極大地影響噪聲和性能。 這極大地限制了設備製造商具有一定的邊界尺寸，以及他們在設備和筆中使用的材料類型。 因為磁場隨著環境而變化，你會看到漂移和偏移……設備製造商必須做好校准設備的工作……如果用戶在設備前面放了一些東西（比如裡面有金屬的盒子） ，那麼他們必須能夠進行相同級別的校準。 在這些限制之外，EM pen 可以給出非常好的結果。

2) 視覺視差：這僅取決於蓋板玻璃的厚度……而且這些技術都沒有真正的優勢和劣勢。

3) 電子視差：因為 EM 數字化儀埋在顯示器後面，線圈不在筆尖，所以數字化儀必須計算筆的方向並從中轉換位置……這真的從來都不是完美的，而且經常會取決於您在顯示器上的位置..因此它不是顯示器上所有點的單一數學變換..它可能非常複雜..大多數時候，採用簡單的路線。

4) 整個屏幕的數字化儀精度和線性度：最好的測試方法是拿尺子在顯示器上畫直線對角線。 注意線條從來都不是筆直的……這很難做到。

5) 手感和聲音：今天我們通常使用各種材料來改變筆尖在玻璃上的靜摩擦係數和動摩擦係數。但無論使用何種筆技術，我們都在研究其他技術以使其變得更好.

6) 筆的重量、手感和人體工程學。 因為它是磁性的，所以筆不能用金屬製成。 EM 手寫筆有各種形狀和大小……從非常薄且不舒服（但可以對接）到感覺像鋼筆的那種。 這裡的優點是筆不需要電池。

7）一致且準確的壓力靈敏度：通常以做得很好。 這更多的是關於壓力曲線的樣子，而不是位數……我將在下面解釋。

8) 切換模式的按鈕（擦除、選擇和其他命令）：因為筆和主動修改信號（由線圈供電）..它可以傳達按鈕和壓力信息。

9) 延遲：筆尖後面的墨水滯後（高度依賴於應用程序）……優秀的開發人員可以將這個數字保持在最低限度。

10）手掌檢測，因此計算機可以拒絕錯誤的觸摸：並沒有真正具有主動電容的優勢..但在被動手寫筆上它確實如此。

11) 設備集成：如何適配，以及工業設計要求：由於筆式數字化儀是與觸控分離的數字化儀，該解決方案將在設備邊框周圍增加 0.4-1mm 的厚度，以及幾十克的重量。 由於材料和機械方面的限制，集成到設備中有點困難。

有源電容觸控筆：

1) 精度：過去我在這裡看到了一些不太好的實現，但我很高興看到我們在 Pro3 中的當前結果。 我們確實在這裡移動了標記。 Pen 在整個設備上確實更加精確、線性和線性。 當藝術家使用該設備時，我從藝術家那裡聽到的第一條評論就是筆的精確度。

2) 視覺視差：這僅取決於蓋板玻璃的厚度……而且這些技術都沒有真正的優勢和劣勢。 在 Pro 3 中，我們將光學視差降低到了 75 毫米。這是我在任何地方看到的用於墨板的最低視差之一。 這意味著當您圍繞筆尖移動頭部時，筆尖會更靠近墨水。

3）電子視差：因為天線線正好在蓋板玻璃後面（對我們來說是55mm厚！），電子視差進一步減小..這是我們的筆感覺更準確的原因之一。

4）整個屏幕的數字化儀精度和線性度：做標尺測試！

5）手感和聲音：我們正在使用新材料來改變筆尖的動靜摩擦。 結果是更像紙的感覺。 作為一個行業，我們可以做得更好..但它必須採用不同的機制..稍後會詳細介紹

6) 筆的重量、手感和人體工程學。 因為信號是從筆尖發出的，機身中的金屬物體不會影響性能。這就是為什麼我們能夠做出漂亮的陽極氧化鋁筆，手感就像一支高品質的筆。 現在我們確實需要電池，但電池的優點是可以為其他功能發出更強大的信號.. 比如點擊筆記：點擊筆的頂部一次，OneNote 會自動拉開（甚至在鎖定屏幕上） [安全]).. 雙擊，您將獲得用於將屏幕部分剪切到 OneNote 中的醋酸鹽層……非常整潔！..您可以將筆握在 3-5 英尺遠的地方來執行此操作……但您不能這樣做如果你沒有電池，這樣的體驗。

7) 一致且準確的壓力敏感度：和我們之前的實現一樣好……和我認為的一樣好。 更多關於下面的內容。

8) 切換模式按鈕（擦除、選擇和其他命令）：由於筆是通電的，它可以通過其發出的信號（按鈕、壓力信息、點擊註釋）發出各種命令。

9) 延遲：筆尖後面的墨水滯後（高度依賴於應用程序）……優秀的開發人員可以將這個數字保持在最低限度。 我們在懸停期間有一個警告......雖然當您著墨時我們的延遲仍然是同類中最好的，但您可能會注意到懸停期間有點滯後......但僅限於懸停模式......

10) 手掌檢測，因此計算機可以拒絕錯誤觸摸：與 EM 大致相同。

11）設備集成：有源電容數字化儀集成在觸控控制器中，使用相同的觸控感應線。 這是一種奇妙的集成形式，使設備更薄更輕。 對材料的限制也較少。例如，我們的 Type Keyboard 通過磁性卡入設備邊框的底部。這對於 EM 數字化儀來說確實是一件壞事。

壓力 我聽說有些人擔心 256 壓力級別與 1024 的對比……人們可以聲稱分辨率為 10,12,14,16、10、16、10 位的荒謬數量.. 無論如何.. 但最終即使系統吐出 16 或 20位數並不意味著那裡有 20 或 3 位的有用信息......就像一個規格過高的數碼相機......傳感器是 50 兆像素......並不意味著生成的圖像是價值 1024 兆像素的信息。 你可以自己做這個實驗。我在周末做了這個實驗，試圖向我的朋友證明一個觀點：我使用了我所知道的最著名的基於 EM 的設備，並將其與 Pro 3 進行了比較。我首先下載並安裝一個名為“digiInfo”的 Microsoft PowerTool 軟件。它允許您記錄和查看 Windows 消息...我將軟件設置為記錄兩個設備上的壓力。 然後建造了一個小型鑽機，以約 256 克的向下壓力將觸控筆固定在數字化儀上方。 記錄下靜壓的數據。。導入excel，做了一些統計。。這是我看到的：2壓頭的靜壓數比XNUMX壓頭的標準差大XNUMX倍。 最後，性能是相同的..儘管報告的信息少了 XNUMX 位。 這很有意義..讓我換一種說法。

Pro 3 筆測量從 10 克到 400 克的壓力，並將 256 個級別映射到那個……映射是非線性的……因為人手的力量激活是非線性的……但是每個級別可以接近 1-1.8 克。 10 位筆……從 10-500 克……據說大約 0.4 克。 想想這兩個數字，這兩個數字都超級敏感……我擁有的最好的體重秤可以做 1 克的增量…… 它起作用的唯一原因是因為它對數字進行了平均，這增加了相當多的滯後。這種滯後在手寫筆上是無法做到的。所以你在手寫筆中會遇到一個比較嘈雜的信號。 對於任何新的觸控筆，您必須習慣的力度曲線都會有所不同……這很可能是人們會注意到的……而不是位分辨率的差異。 稍後我們將為您提供一款軟件，讓您可以繪製自己的力曲線，從而讓您更輕鬆！ 我鼓勵您購買其中一個秤並嘗試將其控制在 1 克.. 將對這個話題有所了解。 我聽到的藝術家的反饋.. 是他們看不出有什麼不同.. 那是因為結果信息確實沒有什麼不同。

WinTab：是的，我們有 wintab 驅動程序支持。 請參閱下面的鏈接以下載並安裝 pro3。 在未來，我希望應用程序開始使用更現代的 API。Wintab 是舊的和過時的。增加延遲，並將自己插入到筆路徑中。 http://www.ntrig.com/Content.aspx?Page=Downloads_Drivers 選擇 Windows 8.1 選項