指尖上的科技
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2007年6月29日，苹果iPhone手机在北隆隆重上市，无数美国人彻夜排队等待购买这一高科技玩意儿，iPhone手机最吸引人的地万，莫过于它独特的多重触控(Multi-Touch)技术。这项技术不仅允许人们以徒手方式进行操作，并且可以通过虚拟键盘在屏幕上打字，拨电话号码，用户还可通过触摸屏幕来浏览文件，对图片或网页进行放大和缩小等操作。最为重要的特性是，其宣扬的多重输入模式完全颠覆了传统的单指点击概念，两个手指的拿捏之间，便捷地完成画面缩放，这是鼠标，键盘这些传统的输入方式所办不到的。iPhone的这些神奇的功能让人耳目一新多重触控屏也成为iPhone最大的卖点，(实际上除了iPhone，微软即将推出的Surface电脑同样也采用了多重触控技术。正所谓“外行看热闹，内行看门道”，究竟什么是多重触控技术 它又是如何工作的呢?下面就让我们去一探究竟吧!
背景链接：光标定位技术的前世今生
这些年来，计算机的运行速度和处理能力得到了大幅提升，但人机交换技术基本上还是原地踏步，没有实质性的进展。这是目前整个计算机行业所面临的一个瓶颈，已经严重制约了科技的发展速度。作为最新的光标定位技术，多重触控技术是在鼠标定位技术的基础上一步一步发展而来，所以文章开始前先了解一下这些“前辈们”，对我们了解多重触控屏会有莫大的帮助。
鼠标的发展和进化
就目前来说，键盘和鼠标仍然是计算机最重要的输入设备，其中鼠标是计算机上最主要的光标定位设备。最早的那只“鼠标”其实并不叫鼠标，而是“光标定位器”。这个木头外壳的盒子，底部装有一个金属滚轮，然后带动变阻器来实现信号的调制。但在视窗界面尚未出现之前，光标定位器一直没有得到重用，1979年施乐PRAC研究中心的科学家拉瑞泰斯勒(L.Xesler)演示了窗口、图标、菜单，还有随着光标定位器移动的光标，鼠标的价值才得以体现。
经过这么多年的发展，鼠标的功能仍然是光标定位，和菜单选择，但结构和原理已经有了很大的改变。从早期的机械鼠到光机鼠(今天不少人把光机鼠也称作机械鼠)，再到现在的光电鼠、激光鼠，鼠标的控制精度和使用寿命都已经发生了翻天覆地的变化。但是，鼠标也不是完全没有缺点，使用时要占用独立的空问，就这一点来说，对于强调便携性的笔记本电脑就是个很大的缺陷，于是人们又发明了轨迹球和指点杆。
滚迹球和指点轩的诞生
轨迹球(Track Ball)也称跟踪球，其结构和原理与光机式定位器毫无二致，只不过把鼠标翻了个身来使用罢――当然翻过来的好处是，放到笔记本上可以节省空间。
相比之下，指点杆(TrackPoint)不仅占用的空间更小，而且没有了进入灰尘的烦恼。指点杆的工作依赖于压力传感器，橡胶帽下面隐藏着4个这样的传感器，它们分别检测来自上、下、左、右四个方向上的力量，并根据压力的强度和持续时间来移动屏幕上的光标。
触控板技术的由来
触控板(Touchpad)是目前笔记本电脑中使用最广的光标定位和菜单确定设备。触摸板操作起来很方便，初学者很容易上手。借助于触摸板，可以用手指代替键盘和触控笔而直接进行指令输入，正如苹果CEO乔布斯所说的，“手是最好用的工具。”
形形的触摸屏
从血缘关系上说，触控板是触摸屏的近亲。二者不仅结构上相似，而且工作原理也几乎完全相同。唯一的区别是：触摸板是不透明的，而触摸屏是透明的。在介绍多重触控技术之前，让我们先了解―下触摸屏的相关技术。 从技术角度来说，触摸屏是一套透明的绝对寻址系统。它有两个明显特点：
(1)触摸屏是透明的的定位和输入设备，而数字化仪、写字板、电梯开关等，虽然也部是轻触式操作方式，但它们都不是触摸屏。
(2)触摸屏是一个以屏幕中心为原点的绝对坐标系，手指摸到哪儿就是哪儿，不需要第二个动作。相比之下，鼠标则是一个相对的定位系统，当我们需要光标移动到某个地方时，首先要知道现在在何处，然后往那个方向移动。 按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，触摸屏分为四种类型：电阻式、电容感应式、红外线式和表面声波式等。
多重触控功能是如何实现的?
通过上面的介绍，我们已经了解到传统的触控屏幕一次只能判断一个触控点，若同时有两个以上的点被触碰，就不能做出正确反应，或者说反应混乱了。但是为什么iPhone以及surface却可以实现多重触控呢?
多重触控的任务可以分解为两个方面的工作，一是同时采集多点信号，二是对每路信号的意义进行判断，也就是所谓的手势识别。与只能接受单点输入的触摸技术相比，多重触控技术允许用户在多个地方同时触摸显示屏，以便能够对网页或图片进行伸缩和旋转等操作。苹果iPhone仅允许两个手指操作，所以又可以称作“双重触控”，而微软即将发售的Surface电脑则可对52个触摸点同时做出响应。
为了实现多点触控功能，多重触控屏与单点触摸屏采用了完全不同的结构。从屏幕的外部看，单点触摸屏只有很少几根信号线(一般为4Pin或者5Pin)，而触多重触控屏有很多引线；从内部看，单点触摸屏的导电层只是一个平板，而多重触控屏则是平板上划分出许许多多相对独立的触控单元，每个触控单元通过独立的引线连接到外部电路，所有触控单元在板子上呈矩阵排列。这样，当用户的手指触摸到屏幕上的某个部位时，会从相应的检测线输出信号，手指移动到另一个部位时，又会从另外的检测线输出信号。
苹果公司为iPhone申请了两种多重触控面板的专I利――自电容(self capacitance)型和互电容(mutualcapacltance)型。从使用角度看，自电容和互电容型两种触摸屏并无本质上的区别，所不同的是它们的内在结构――互电容型触摸屏有相互隔离的驱动线和检测线，而自电容型触摸屏里只有一层透明电极。
我们已经知道，iPhone可以用21、手指头同时触摸，Surface则最多允许有52个触摸点。同样都是多重触摸屏，触摸点为什么不同呢?
大家知道，在围棋的棋盘上横竖各有19道线，最多可以放得下19×19=361个棋子。我们的问题与此相似，多重触摸屏上纵横交错的检测线有许许多多的交汇点，照理说每个交汇点都可以作为触摸点。仅从触摸屏方面来看，确实可以支持非常多的触摸点。实际能支持几个触摸点，最终还由DSP芯片以及软件来决定。
在对多路输入技术有所认识之后，下面我们再来谈谈手势识别的问题。手势是一种非语言的高效沟通方式，在电脑、手机中许多操作只需要一个简单的手势就足够了。然而，对于一些较为抽象和复杂的操作，单点手势实现起来会比较困难。虽然通过应用程序(如 Photoshop等)可以完成这些操作，但会给用户带来很多麻烦，而且效率极低。反过来说，借助于DSP芯片(或其它处理器)对多重触摸屏的输入信号进行处理和计算，使之具有手势识别的能力，就可以极大地简化操作者的动作，提高用户的效率。例如，你可以直接用手指绘制一条直线或者画一个圆，你还可以方便地浏览网页，观看图片等等。
与多路输入技术相比，手势识别已经算是一项十分成熟的技术了。在触摸板、写字板上很早以前就开始普及，联机手写体识别就是一个手势识别技术的典型应用。所以在多重触摸的基础上加上手势识别技术并没有遇到更多的障碍，而是水到渠成。
多重触控产品身价几何?
一项新技术是否具有实用价值，在很大程度上取决于它的实现成本。如果实现成本远超过普通消费者的接受能力，则这项技术也就失去了应用价值，历史上这样的例子不胜枚举。那么多重触控产品的实现成本又如何呢?
首先，让我们把目光聚到微软的Surface电脑上。在上期的前沿地带《未来概念电脑Surface》中我们知道Surface电脑中并未出现什么新器件，只不过利用投影机和数码相机这些老设备，把它们组合起来实现了“即放即用”的新功能；但投影机和数码相机这些设备的价格合在一起就十分可观了，所以Surface预计1万美元的售价是有根据的(当然，这只是一个推测，Surface还未真正上市)。iPhone又如何呢?
现在我们能够拿到的数据是，4GB的iPhone的售价为499美元，8GB的599美元。著名分析机构(Suppli对iPhone)日本的估算数据为，8GB储存容量的iPhone，配件及制造成本两项加起来约为265.83美元。其中配件的成本主要有三大块：
a)主频为620MHz的内嵌ARM RISC核心的应用处理器(CPU)、DRAMT及NANDN存等均由三星电子提供，其中应用处理器均价14.25美元，NAND闪存在4GB产品中为24美元，8GB产品为48美元。
b)英飞凌公司承揽的数字频LSI、收发器IC及功率控制单元等，共计15.25美元，占8GB产品成本的6.1％。
c)与触控系统相关的零组件包括触控芯片和液晶面板，触控屏幕由德国Balda AG和TDk Solutions两家机构共同研发，触控芯片模块的成本为27美元，相当于8GB产品成本的10.8％。液晶面板的成本为24.5美元，相当于总成本的9.8％。
透过iPhone的物料清单和价格，我们至少可以看出两点：一是bkCPU到DRAM，它的配置算很高了，否则难以满足双重触控操作对硬件执行速度的要求。二是在所有组件中，除了大容量的NAND闪存外，就数触控芯片的价格最高，几乎是其应用处理器价格的2倍。
另外一家分析机构DisplaySearch认为，iPhone的显示屏成本大约为60美元，这种3.5英寸320×480的显示器及触摸屏技术的成本几乎是当初预计价格的两倍。虽然说市场对与iPhone的接受程度非常乐观，但是我们可以发现为了支持双重触控操作，苹果公司还是付出了不小的“代价”。当然，这是在普及初期，如果放长远来看，新技术只要迈出了第一步，后期成本将会不断降低，这一点iPhone的双重触控技术做到了。我们可以预见在不久的将来，多重触控技术(双重以上)也可以做到实用化。
人机交互走进新时代
国外有分析机构认为到今年年底，具有手指感应触摸屏幕的手机产品将占到市场份额的7％，其他手持式设备可能会更高。iSuppli最新的报告显示，触摸屏幕的出货量将可从2006年的不到20万激增至2012年的超过21007/台。这些数据都表明，触控技术的发展前景将一片光明。
iPhone的轰动让世人了解到了多重触控的概念，但就技术本身而言，苹果并非第一家将触控屏技术应用于手机的企业――就在iPhone上市前夕，同样具有触控屏的智能手机多普达S1在国内上市，台湾宏达公司的同类手机Touch也在此前在欧洲上市。多普达将S1称为“划”时代的第一款手机，因为他们在其中使用T--种被称作TouchFLO的新技术，这种新技术与iPhone的控制功能有些类似，但是不具备两根手指头进行缩放的功能。另外有消息称，LG、三星等也开放出具有全触控屏功能的产品。
如果说到令人兴奋的技术，其实早在一年前(2006年初的时候)，Jefferson Y.Han等人在TED(科技、娱乐和设计)大会上就向世人演示了他们的“感知像素(PerceptivePixel)”多重触控解决方案，大屏幕上的演示让观众目瞪口呆、拍案叫绝。现在Jefferson Han在美国开了一家公司，专门制造和销售多重触控屏，不过目前主要针对军方及工业用户。
说的更远一些，早在上个世纪80年代，比尔・巴克斯顿(Bill Buxton]就提出了多手输入技术(Multi-handinput)的原型，这个人最近被微软公司揽入门下。BruceTognazzini在其著作“Tog on Software Design”中提到了与今天的多重触摸屏几乎相同的输入技术。
由此可见，人们对于多重触控技术的研究，至少已有20多年的历史了，只不过近期突然加快了发展的脚步，可以肯定的说，多重触控技术代表了未来智能电子设备的发展趋势，其正在人机交互领域进行着一场悄无声息的革命。从现在开始，手机、PDA和电脑都将掀起一股多重触控的浪潮，而iPhone和Surface两大产品注定会成为今后一段时期内多重触控技术的两面旗帜。
写在最后：
人机接口技术向来是个富有学术味的名词，普通用户很少去关心它，但是它又无时无刻不在影响着着我们的生活。人与机器的交互越便利，越能发挥机器的效能，我们的工作效率和生活质量也会因此得到提高。从这个意义上讲，如果把基于字符方式的命令语言式界面过渡到图形用户界面时代作为人机接口历史上的第一个里程碑，那么，从以鼠标操作为特征的图形用户界面过渡到以手指直接操作为特征的自然界面，则具有第二座里程碑的意义。随着多重触控技术应用的普及，人机界面将变得更加友好，电脑以及消费类电子设备的应用技术门槛也将进一步降低。
退一步来说，有些朋友可能会产生这样的疑惑：在计算机领域中，多重触控屏是否会彻底取代鼠标呢?对于这个问题，巴克斯顿的回答十分巧妙：“你有了先进的电动工具时，你仍然会保留着铁锤和螺丝刀，它们的作用不同。多重触控技术和鼠标的关系也是这样，两者各自应用在适合的地方。”