觸控筆交互技術(shù)綜述

馮敏科+陳歡

摘 要： 本文基于中國專利申請分析，對觸控筆交互技術(shù)進行綜述性介紹，通過技術(shù)領(lǐng)域細分和相關(guān)專利數(shù)據(jù)統(tǒng)計，總結(jié)了觸控筆交互技術(shù)的發(fā)展脈絡。

關(guān)鍵詞： 觸控筆；交互；技術(shù)綜述；專利分析

1觸控筆交互技術(shù)

顧名思義，觸控筆交互技術(shù)即使用觸控筆在相關(guān)設備上進行交互操作的技術(shù)。本文關(guān)注觸控筆所特有的交互方式，即排除使用觸控筆代替手或手指進行常規(guī)交互操作的情況——如簡單的觸摸、長按、劃動等。

2 觸控筆交互技術(shù)分類

本文將觸控筆特有的交互技術(shù)分為以下六類：

模擬筆劃筆鋒——檢測觸控筆在觸摸屏上書寫時的狀態(tài)，如觸控筆與觸摸屏的接觸壓力、面積、時間等，利用所檢測的書寫狀態(tài)控制顯示相應粗細的筆劃，模擬出筆鋒，以增強書寫及繪圖體驗。

增強觸覺反饋——采用可伸縮筆尖，提供與施力點相應的觸覺反饋，便于用戶明確當前的交互環(huán)境和交互狀態(tài)，提高操作目的性和流暢性。

檢測觸控筆拔出或插入容置槽來觸發(fā)相關(guān)交互——當觸控筆處于收納于容置槽中的狀態(tài)時，往往代表用戶不需要進行觸控筆操作；而當觸控筆處于離開容置槽的狀態(tài)時，也常常意味著用戶當前需要使用觸控筆；因此，通過傳感器對觸控筆與容置槽的分離狀態(tài)進行檢測，結(jié)合交互環(huán)境來判定用戶當前的操作意圖，并自動觸發(fā)相應交互操作，可以達到快速啟動用戶想要執(zhí)行的命令的效果。

檢測觸控筆接觸或接近觸摸屏來觸發(fā)相關(guān)交互——通過觸摸屏及附設的接近傳感器，可以檢測觸控筆接觸或接近觸摸屏的狀態(tài)。與觸控筆從容置槽中拔出一樣，當觸控筆接觸或接近觸摸屏時，通常也意味著用戶即將進行觸控筆交互操作；更具體地，當觸控筆接觸或接近觸摸屏上的某一對象時，意味著需要對該對象進行操作。

檢測觸控筆運動姿態(tài)來觸發(fā)相關(guān)交互——通過觸控筆內(nèi)置傳感器或觸摸屏上附設的傳感器來檢測觸控筆的各種運動姿態(tài)，如平移、傾斜和旋轉(zhuǎn)等，來操控觸摸屏上的交互元素，如二維界面或三維模型等。

通過判斷是觸控筆觸摸還是手指觸摸來觸發(fā)相關(guān)交互——通過檢測觸控操作體與觸摸屏的接觸面積或溫度等，來判斷當前觸摸操作體是手（或手指）還是觸控筆，進而根據(jù)判斷結(jié)果執(zhí)行不同的指令。該技術(shù)主要用于防止在使用觸控筆進行操作時手（或手指）的誤觸，以提高觸控筆操作流暢度；也可用于觸發(fā)設置不同操作體對應的交互環(huán)境。

將觸控筆作為搖桿來進行操控——搖桿操作具有容錯誤差大，及便于多方向交互的特點；觸控筆作為一種筆型輸入裝置，具有與搖桿類似的外形結(jié)構(gòu)；因而可將觸控筆通過終端上的固定接口或特定結(jié)構(gòu)與觸摸屏組合，構(gòu)成搖桿以實現(xiàn)搖桿式操控。

3 觸控筆交互技術(shù)統(tǒng)計分析

3.1 各類觸控筆交互技術(shù)申請量統(tǒng)計分析

各類觸控筆交互技術(shù)歷年申請量如圖1。

由圖1可知，2008-2016年間，涉及觸控筆交互技術(shù)的專利申請量總體上處于震蕩狀態(tài)，但各年間相差并不大，這也反映了觸控筆交互技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)實：觸控筆交互技術(shù)伴隨觸摸屏的出現(xiàn)應運而生，但一直未能成為主流的交互方式——尤其是在蘋果公司于2007年發(fā)布的首款iPhone引領(lǐng)了智能終端發(fā)展浪潮后，蘋果及iPhone所倡導的通過手直接作用于觸摸屏的交互方式，成為了眾多觸摸屏設備必備甚至唯一的選擇?！笆帧苯换プ匀弧⒈憬?，在大部分對操作精度要求不高的場景下，都能獲得滿意的操作效果。2011年，觸控筆交互技術(shù)的專利申請量達到低谷。

然而，隨著智能終端計算和顯示能力的極大增強，其已開始代替?zhèn)€人電腦來執(zhí)行辦公甚至是如專業(yè)繪圖等復雜的交互任務，而“手操作”時有限的操作精度和手段，成為了制約其在高級交互任務上應用的瓶頸。及至2012年大屏智能機逐漸流行，觸控筆交互技術(shù)也隨之成為專利布局的寵兒。

3.2 觸控筆交互技術(shù)重要申請人專利分析

三星和蘋果各類觸控筆交互技術(shù)專利申請量統(tǒng)計分別如圖2-3所示。

由圖2-3可知，三星及蘋果在觸控筆交互技術(shù)上的專利布局都側(cè)重于“檢測觸控筆接觸或接近觸摸屏”、“檢測觸控筆運動姿態(tài)”以及“通過判斷是觸控筆觸摸還是手指觸摸”來觸發(fā)相關(guān)交互上。

其中，三星在“檢測觸控筆接觸或接近觸摸屏來觸發(fā)相關(guān)交互”上涉及更多，一定程度上和其在屏技術(shù)上的優(yōu)勢有關(guān)；而蘋果則更偏重于在“檢測觸控筆運動姿態(tài)來觸發(fā)相關(guān)交互”上尋找突破，探究更多更人性化的筆交互動作。

目前，三星推出的GALAXY Note系列產(chǎn)品中，Spen已經(jīng)成為其標準配置；一向?qū)τ|控筆交互不看好的蘋果，也于2015年9月發(fā)布了適用于iPad Pro的觸控筆Apple Pencil。

觸控筆交互技術(shù)在經(jīng)受了一段時期的冷落后，開始扮演越來越重要的角色。

4 結(jié)語

本文通過研究中文專利庫中與觸控筆交互技術(shù)相關(guān)的申請，將觸控筆交互技術(shù)作了技術(shù)分支細分，總結(jié)了觸控筆交互技術(shù)的發(fā)展進程和專利布局?！?