基于TRIZ理論的鼠標(biāo)發(fā)展及未來展望

1 引言

鼠標(biāo)作為計(jì)算機(jī)外設(shè)這個(gè)大家族中的元老之一，其存在的重要性已不必贅述。可以說，21世紀(jì)人們的大部分工作都已離不開計(jì)算機(jī)，當(dāng)然各式各樣的鼠標(biāo)也是隨處可見。從鼠標(biāo)呱呱墜地到如今已經(jīng)過去了快50個(gè)年頭，然而它一路走過來經(jīng)歷的種種變化卻是鮮為人知。鼠標(biāo)，它的出現(xiàn)代替了鍵盤的繁瑣操作，可以快捷地讓使用者的意志在計(jì)算機(jī)上得以體現(xiàn)。所謂禍福相依，早期鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)不周讓鼠標(biāo)的推廣舉步維艱。例如移動時(shí)屏幕上光標(biāo)移動緩慢，反應(yīng)不夠靈敏，以及體積不夠小巧便攜等等，為使用者的帶來許多困擾。除此之外，早期鼠標(biāo)外形設(shè)計(jì)不符合人機(jī)工程學(xué)，會對使用者的手部帶來永久性的健康損傷。斗轉(zhuǎn)星移，鼠標(biāo)外觀從平庸單一到現(xiàn)在新奇奪目，其功能也從簡單的坐標(biāo)輸入一躍成為一個(gè)可以駕馭眾多功能的重要外設(shè)?；赥RIZ理論對鼠標(biāo)的歷史發(fā)展演變以及產(chǎn)品優(yōu)化過程進(jìn)行分析探究，可以為鼠標(biāo)的進(jìn)一步研究提供一些理論參照。

2 鼠標(biāo)的發(fā)展歷程

2.1萌芽時(shí)代

軌跡球最早于1952年由加拿大海軍發(fā)明，用于記錄手勢運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的人與計(jì)算機(jī)的體感交互。加拿大皇家海軍利用保齡球與球面滾動偵測設(shè)備相結(jié)合，第一次把人的肢體語言展現(xiàn)在屏幕上，但是由于整體研發(fā)屬于高度機(jī)密，所以無法申請專利，以至于這個(gè)鼠標(biāo)真正鼻祖的存在鮮為人知（圖1）。

1968年12月9日，全世界第一個(gè)鼠標(biāo)誕生于美國加州斯坦福大學(xué)，發(fā)明者是Douglas Englebart博士。他設(shè)計(jì)鼠標(biāo)的初衷就是代替鍵盤那繁瑣的指令，使計(jì)算機(jī)的操作更加簡便 。他制作的鼠標(biāo)是一只小木頭盒子，工作原理是由它底部的小球帶動樞軸轉(zhuǎn)動，并帶動變阻器改變阻值來產(chǎn)生位移信號，信號經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，屏幕上的光標(biāo)就可以移動（圖2）。

2.2光機(jī)時(shí)代

隨著鼠標(biāo)的不斷發(fā)展，機(jī)械鼠標(biāo)由此誕生。由于滾軸需要和接觸面摩擦轉(zhuǎn)動，因此這種鼠標(biāo)需要十分平整的平面，才能良好地使用。同時(shí)，橡膠球極易磨損，這種機(jī)械鼠標(biāo)的壽命也較短，使用一段時(shí)間后，定位精度就會下降。

1982年，羅技公司發(fā)明了世界第一款光機(jī)鼠標(biāo)，光機(jī)結(jié)構(gòu)是鼠標(biāo)發(fā)展史上最大的發(fā)明，是鼠標(biāo)歷史的里程碑之一。它比純機(jī)械式鼠標(biāo)精度高，又不像光電鼠標(biāo)需要特殊的底板。由于它的諸多優(yōu)點(diǎn)，光機(jī)鼠標(biāo)迅速成為主流，統(tǒng)治了鼠標(biāo)市場達(dá)18年之久。

2.3光電時(shí)代

與光機(jī)鼠標(biāo)發(fā)展的同一時(shí)代，出現(xiàn)一種完全沒有機(jī)械結(jié)構(gòu)的數(shù)字化光電鼠標(biāo)。1980年代初，第一代的光電鼠標(biāo)悄然出現(xiàn)。與機(jī)械鼠標(biāo)的原理類似，只不過用兩組發(fā)光二極管、光感二極管取代了雙滾輪。這類光電鼠標(biāo)具有比機(jī)械鼠標(biāo)更高的精確度，但是它必須工作在特殊的印有細(xì)微格柵的光電鼠標(biāo)墊上，過高的成本限制了其使用范圍。

2.4光學(xué)時(shí)代

雖然光電鼠標(biāo)由于種種重大缺陷早早地就離開了歷史的舞臺，但全數(shù)字的工作方式、無機(jī)械結(jié)構(gòu)以及高精度的優(yōu)點(diǎn)依舊吸引著設(shè)計(jì)師。倘若能夠克服其先天缺陷必可將其優(yōu)點(diǎn)發(fā)揚(yáng)光大，制造出集高精度、高可靠性和耐用性的新鼠標(biāo)。在1999年，微軟推出一款名為“Intel Mouse Explorer”的第二代光電鼠標(biāo)，這款鼠標(biāo)所采用的是微軟與安捷倫合作開發(fā)的“Inte1li Eye”光學(xué)引擎，更多借助光學(xué)技術(shù)的它被外界稱為 “光學(xué)鼠標(biāo)”。這種不需要專用鼠標(biāo)墊的光學(xué)鼠標(biāo)，由于其具有的巨大優(yōu)勢很快在市場上普及開來。

以上是鼠標(biāo)發(fā)展的總體歷程，近現(xiàn)代鼠標(biāo)發(fā)展歷史就不一一贅述了（圖3）。鼠標(biāo)的發(fā)展一刻也未停止過，設(shè)計(jì)師們始終在為創(chuàng)造出一種完美的人機(jī)交互工具而不懈努力著。

3 鼠標(biāo)發(fā)展中所蘊(yùn)含的TRIZ原理

從鼠標(biāo)雛形到如今的繁雜多樣，不難發(fā)現(xiàn)鼠標(biāo)發(fā)展趨勢有規(guī)律可循。根據(jù)TRIZ理論，任何產(chǎn)品或技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新都有其規(guī)律性。他山之石，可以攻玉，按照TRIZ理論，創(chuàng)新所依據(jù)的科學(xué)原理往往屬于其它領(lǐng)域。縱覽鼠標(biāo)發(fā)展史，人機(jī)工程學(xué)的發(fā)展對于鼠標(biāo)的造型設(shè)計(jì)起到了重要的指導(dǎo)作用。除此之外，材料科學(xué)、電子技術(shù)以及光技術(shù)的發(fā)展也對鼠標(biāo)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)密切相關(guān)。這些其他領(lǐng)域的進(jìn)步被設(shè)計(jì)者成功運(yùn)用到鼠標(biāo)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)上來，才有了如今的各式鼠標(biāo)。

從人機(jī)工程學(xué)這方面來說，鼠標(biāo)從最初的僅僅適合手掌大小到現(xiàn)在各式各樣的人體工學(xué)鼠標(biāo)層出不窮，鼠標(biāo)的設(shè)計(jì)者越來越看重使用鼠標(biāo)的過程中對人體手部結(jié)構(gòu)的保護(hù)。手的結(jié)構(gòu)中，與使用鼠標(biāo)相關(guān)的部分向上包括前臂，而下則有手腕、手掌及手指。對于上臂來說，它的自然形態(tài)應(yīng)該是使尺骨和橈骨接近平行的狀態(tài)，這種狀態(tài)，也就是當(dāng)上臂和手掌平放桌上的時(shí)候，上臂和手掌呈接近垂直的傾斜狀態(tài)。對于手腕結(jié)構(gòu)來說，多次試驗(yàn)證明，當(dāng)人的手腕呈“仰起”狀態(tài)時(shí)，“仰起”的夾角在15度到30度之間是最舒適的狀態(tài)。最初的鼠標(biāo)都是方塊狀，隨著人們對人機(jī)工程學(xué)的認(rèn)知不斷加深，為了讓人的生理結(jié)構(gòu)不受壓迫，現(xiàn)代鼠標(biāo)外形大都運(yùn)用了TRIZ理論中的曲面化原理，設(shè)計(jì)成曲面狀。無獨(dú)有偶，現(xiàn)代的一部分鼠標(biāo)為了更加貼近手部的曲線，運(yùn)用了TRIZ理論中的不對稱原理，增加了鼠標(biāo)的手感（圖4）。同樣是為了降低手部關(guān)節(jié)的損傷，軌跡球鼠標(biāo)的出現(xiàn)更是TRIZ理論在鼠標(biāo)設(shè)計(jì)過程中的一大創(chuàng)舉。它巧妙地將鼠標(biāo)最根本的有利目的（移動光標(biāo)）抽取出來，通過移動拇指進(jìn)而達(dá)到移動光標(biāo)的目的，可謂令人拍案叫絕（圖5）。

除此之外，鼠標(biāo)作為計(jì)算機(jī)最重要的外設(shè)之一，其便攜性最初讓設(shè)計(jì)師們絞盡腦汁。TRIZ理論中動態(tài)化原理的運(yùn)用，讓設(shè)計(jì)師們腦洞大開，一些新型鼠標(biāo)也由此誕生。這種新型的可折疊鼠標(biāo)既簡約又便攜，令人愛不釋手（圖6）。

隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，可運(yùn)用在鼠標(biāo)上的材料也不再僅限于塑料，一種采用了新型的薄膜材料充氣鼠標(biāo)成功讓鼠標(biāo)的便攜性得到了彰顯（圖7）。這款充氣鼠標(biāo)綜合了TRIZ理論中的柔性殼體或薄膜原理與氣體與液壓結(jié)構(gòu)原理，在攜帶時(shí)可將氣放掉，使得鼠標(biāo)成為薄薄的扁平結(jié)構(gòu)，節(jié)省體積；而在使用時(shí)通過充氣可以膨脹到理想的大小，提供足夠的使用舒適度。這種利用新材料設(shè)計(jì)出的新鼠標(biāo)已可常見，像現(xiàn)在出現(xiàn)的光碟式鼠標(biāo)也是如此（圖8）。從一張薄薄的光碟到鼠標(biāo)，將TRIZ理論中的維數(shù)變化原理體現(xiàn)得淋漓盡致。

高新科技的發(fā)展也讓鼠標(biāo)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)不再拘泥于造型的千變?nèi)f化，TRIZ理論多用性原理的巧妙運(yùn)用讓小小的鼠標(biāo)煥發(fā)出了更大的光彩。新型多用鼠標(biāo)層出不窮，就如這一款鼠標(biāo)既可以完成人與計(jì)算機(jī)交互的任務(wù)，還可以充當(dāng)備用電源，非常適合商務(wù)人士出差使用（圖9）。表1是TRIZ理論在鼠標(biāo)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。

4 鼠標(biāo)未來發(fā)展的展望

遵循TRIZ理論的多用性原理，未來鼠標(biāo)的功能將不再如此局限。掃描儀、激光打印機(jī)等計(jì)算機(jī)其他外設(shè)都可能會跟鼠標(biāo)結(jié)合，使鼠標(biāo)可能會作為一個(gè)多用途的輔助工具，為使用者提供更加多樣化的幫助。用戶對工作效率的要求日趨增高，TRIZ理論多用性原理的運(yùn)用是一個(gè)必然趨勢，

現(xiàn)在的鼠標(biāo)造型均是固定的，雖然考慮到人體的結(jié)構(gòu)，但是并沒有辦法應(yīng)對不同年齡不同種族人的生理結(jié)構(gòu)差異，設(shè)計(jì)出的人體工學(xué)造型只能說是差強(qiáng)人意。考慮到TRIZ理論中的反饋原理，在新型材料科技的進(jìn)步下，未來鼠標(biāo)將會根據(jù)使用者的不同手掌以及使用力度進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，使整個(gè)鼠標(biāo)更好契合使用者的手掌。

如今的鼠標(biāo)逃不開需要手指微動的本質(zhì)，但是通過運(yùn)用TRIZ理論中的抽取原理，未來鼠標(biāo)或?qū)⑹髽?biāo)操作中的手勢抽取出來，形成一種新的交互方式。未來的鼠標(biāo)將打破傳統(tǒng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊與滑動的操作方式，更好的實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

5 總結(jié)

通過對鼠標(biāo)創(chuàng)新發(fā)展歷史中TRIZ理論使用的回顧，設(shè)計(jì)師們越發(fā)的注重鼠標(biāo)的使用舒適度。以TEIZ理論作為指導(dǎo)，曲面化、不對稱的大量使用讓如今的鼠標(biāo)愈發(fā)貼合手部生理曲線，這也正是人機(jī)工程學(xué)發(fā)展的體現(xiàn)。

未來鼠標(biāo)的創(chuàng)新發(fā)展依舊會以TRIZ理論作為指導(dǎo)。多用性理論的使用可能不僅限于當(dāng)今的各種多用途鼠標(biāo)，隨著科技的不斷進(jìn)步，更加便捷的多功能鼠標(biāo)也將出現(xiàn)。提取原理的適當(dāng)運(yùn)用也可能會徹底的改變鼠標(biāo)的交互方式，人們不再需要受到鼠標(biāo)的束縛。

責(zé)編/劉紅偉

參考文獻(xiàn)

[1] 劉偉. 交互品質(zhì)：脫離鼠標(biāo)鍵盤的情境設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)出版社，2015.

[2] 阿奇舒勒. 黃玉霖，范怡紅譯，創(chuàng)新40法--TRIZ創(chuàng)造性解決技術(shù)問題的訣竅[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2004.

[3]周蘇. 創(chuàng)新思維與TRIZ創(chuàng)新方法[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[4] 趙新軍，孫曉楓. 40條發(fā)明創(chuàng)造原理及其應(yīng)用[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2014.