盤點3D Touch上那些鮮為人知技術積淀

　　【手機中國 評測】和以往不同，在MWC 2016前夕發(fā)布的三星S7和LG G5均沒有搭載類似iPhone的3D Touch功能。回想起上年的iPhone 6s發(fā)布會之后，外媒紛紛爆出三星S7將搭載壓感屏的消息，直到半年后左右的今天，我們看到除了蘋果、華為、中興和金立以外，其它手機廠商對壓感屏的態(tài)度依然是觀望居多，可見如今他們對于iPhone的態(tài)度也不再只是一味地跟風，擁有了自己對產(chǎn)品的想法，什么功能應該借鑒，什么功能應該觀望或者拋棄。側(cè)面也反映了如今的蘋果那些創(chuàng)新設計功能相比當年的一呼百應，也漸漸變得沒有那么大的行業(yè)號召力了，尤其是拿第一代iPhone的多點觸控技術和如今的3D Touch相比，巧合的是，這兩種技術其實都是和手機屏幕的觸控層有關，今天就讓我們聊聊手機屏幕上面那些和觸控有關的故事。

　　我們先來回顧一下在屏幕術語那么多 這些你真的能分清楚嗎提到的下面這張屏幕體系的結(jié)構圖：

屏幕技術對應屏幕結(jié)構關系圖

　　上期文章：揭示康寧大猩猩玻璃耐刮卻不耐摔的秘密，主要和廣大讀者介紹手機屏幕最外層——保護層（保護玻璃）的那些技術，本期我們繼續(xù)往深層次的屏幕結(jié)構邁進——觸控層。嚴格意義來說，如上圖所示，貼合技術（第三列）和觸控層（第二列）存在著部分交集，同時由于觸控層內(nèi)容也比較豐富，受篇幅所限，小編單獨將“貼合技術”單獨出來，留作今后再探討，本文我們只討論觸控層（第二列）的技術。

　　觸控層要說的遠不止3D Touch和Force Touch這兩種壓感屏技術，小編想考考各位讀者，觸控屏幕僅僅是指電容式觸控屏嗎？還記得小編入行之前，觸控屏幕手機（俗稱直板手機）還并沒有一統(tǒng)江湖，和翻蓋機、滑蓋機三足鼎立的時候，電容屏手機，尤其是多點觸控的機型，和電阻式、電磁式的觸控屏幕手機相比，還只是嶄露頭角。

　　后來，采用電容屏技術手機憑借耐刮、多點觸控、響應速度靈敏、顯示效果更佳等特性，最終成功取代了電阻屏和電磁屏手機，成為了智能手機的全新發(fā)展趨勢。接下來，我們就先從觸控屏幕這三大派系聊起吧。

電容屏、電阻屏、電磁屏

電容屏、電阻屏和電磁屏區(qū)別

　　電容屏：通過覆蓋在手機上的X-Y電極網(wǎng)格工作，通過比較所有電極的測量值，就可以準確定位手指的位置。具體來說，當手指靠近觸控屏上電極時，人體電場、用戶和觸控屏表面形成了一個耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導體，手指接觸屏幕吸走一個很小的電流。這個電流分別從觸摸屏四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置信息。

　　電阻屏：采用兩層鍍有導電功能的ITO(銦錫氧化物)透明電阻膜，電阻膜本身具有一定的透明度與耐用性，兩片ITO薄膜設有微粒支點，屏幕在未被壓按時，兩層ITO薄膜間有一定的空隙（絕緣層），處于未導電的狀態(tài)。當操作者以指尖或筆尖壓按屏幕時，壓力將使外層的ITO薄膜內(nèi)凹，因變形而使兩層ITO薄膜接觸導電，再通過偵測X軸、Y軸電壓變化換算出對應的壓力點，完成整個屏幕的觸按處理機制。

　　電磁屏：提到電磁屏，往往想起電磁筆和手寫筆，然后就是S Pen，最后聯(lián)想起三星Galaxy Note系列那塊屏幕，三星在電容屏基礎上再追加一塊電磁屏，用于感應S Pen的書寫，這就是為什么三星Note 5既能夠使用手指進行觸控操作，同時又能夠使用S Pen進行書寫操作的原因。和我們常見的電容屏或電阻屏不同，其基本原理是通過一支電磁筆發(fā)射電磁信號，和顯示屏幕背后的電磁感應板進行交互，當電磁筆靠近觸控屏時，觸控屏后面的電磁感應板會感應到筆的電磁信號從而使電磁感應板下的感應線產(chǎn)生變化（磁通量發(fā)生變化），注意，和操作電阻屏時候，導體和屏幕需要直接接觸不同，電磁筆和電磁感應板之間無須接觸，通過電磁感應即可進行交互，這也是為什么在三星Note 5上，手指和S Pen能夠無視覆蓋在電容屏和電磁屏表面的大猩猩保護玻璃，分別操控這兩層觸控層面板。簡而言之，電磁屏就是根據(jù)水平方向和垂直方向的天線陣列接收信號，通過磁通量的變化計算獲得筆所在的X、Y坐標位置。順帶一提，比較知名的電磁筆供應商有Wacom，微軟Surface Pro前兩代平板都是采用他們家的手寫筆。

電磁屏和手寫筆構造

　　另一方面，如上圖（右邊）所示，電磁筆/手寫筆在經(jīng)過了這些年的演變，引入了“壓感”的內(nèi)容，能夠模擬人執(zhí)筆寫字時候的真實用力大小，也就是線條之間可以根據(jù)執(zhí)筆時候按壓力度不同，產(chǎn)生粗細不同的現(xiàn)象，從剛開始的256級進化到如今的2048級，原筆跡輸入、繪圖等操作都能夠在電磁屏和手寫筆的協(xié)助下輕松完成。需要說明的是，這項功能其實是通過在電磁筆內(nèi)部加裝“壓力傳感器”完成的，當人執(zhí)筆時侯額外對電磁筆（筆尖）施壓，讓手寫筆內(nèi)部“壓力傳感器”感受到壓力之后，將數(shù)據(jù)傳回手機/平板電腦的處理器，從而計算出對應的力度大小，最終在電磁屏上以粗細不同的線條客觀反映出來。

電磁筆和電容筆

　　如上圖所示，Surface Pro 3和三星Note 4標配的手寫筆都是電磁筆，而底部那種經(jīng)典的圓形橡膠頭手寫筆則是電容筆，至于電阻筆比較容易DIY，只要是堅硬一點的尖銳物體（不刺穿屏幕為前提）都能夠充當電阻屏手寫筆，例如閑置的鋼筆和圓珠筆。

單點觸控和多點觸控

　　在第一代iPhone誕生之前，多點觸控技術其實早已存在，但是在當時沒有運用到消費類電子產(chǎn)品中，是喬幫主和擁有這項生產(chǎn)技術的LCD廠商溝通成功，獲得產(chǎn)能空檔，從而能夠讓其搭載在小尺寸的、玻璃材質(zhì)的iPhone屏幕上。從那個時候開始，電容觸控屏幕和多點觸控技術被廣泛引入到智能手機領域，有一個小小誤區(qū)，很多伙伴認為電阻屏是單點觸控的，電容屏是多點觸控的，有的電阻屏也能夠?qū)崿F(xiàn)多點觸控，有的電容屏只能夠?qū)崿F(xiàn)單點觸控。

自電容和互電容特性對比

　　電容屏根據(jù)使用的電容類別不同可以分為自電容屏和互電容屏，只有互電容屏才能實現(xiàn)多點觸控。如上圖所示，自電容優(yōu)勢在于感應距離能夠長達20mm，手指可以近距離懸空操作屏幕，缺點就是無法實現(xiàn)多點觸控。相反，互電容雖然無法實現(xiàn)懸浮觸控那種科幻用戶體驗，但是卻能夠?qū)崿F(xiàn)多點觸控。這兩種電容其實是能夠同時運用在手機上面的觸控屏的，從而兼顧懸浮觸控和多點觸控技術，下文將會舉例?，F(xiàn)在先來分享一下兩種電容屏幕的技術原理。

自電容和互電容結(jié)構對比

　　如上圖所示，自電容屏幕的單個電容器體積相對更大，進行觸控感應時候，手指一般是一整行和一整列地選中整個電容器，反觀互電容屏幕，更像上述提及的電阻屏，手指選中電容屏時候僅僅選中某條X軸和某條Y軸的交匯點（單個電容器），而不會一整列或者一整行地選擇，換句話說，還是上面這張圖，相同面積下 ，左邊的自電容屏能夠容納8個電容器（4個縱向，4個橫向排列），右邊的互電容屏則需要容納16個電容器，是自電容屏2倍，也就是每一個X軸和Y軸交叉的位置代表一個電容器。

　　只要是電子元件，無論是以前小編的文章中提及過的屏幕像素還是攝像頭感光粒子，都會存在互相干擾的問題，彼此之間的空隙不夠大，這種干擾現(xiàn)象越發(fā)明顯。類比到觸控屏上，互電容屏由于電容器彼此之間距離不夠大，導致電容器體積不能夠做到像自電容那么大，最終電容器的電場會減弱，信號強度不高，探測指尖位置的能力也下降，這也是為什么當手指在互電容屏上懸浮時候，電容器無法感應到微弱的之間觸控信號。

　　相比之下，單個電容器體積更大的自電容屏，具有更強的電場和信號強度，除了在手指定位時候會以一整行和一整列方式選中電容器，還能夠?qū)崿F(xiàn)懸浮觸控功能，信號夠強，指尖能夠在不觸摸屏幕的情況下依然被電容器識別到。從而引出下文我們提及到的“鬼影問題”。

　　互電容能夠通過X和Y軸的交匯處唯一地確認手指的位置，當兩根手指同時觸控在屏幕上，兩個點是唯一的，并不會出現(xiàn)歧義，自電容屏則不同。我們舉個例子，如下圖所示，兩根手指同時觸控在屏幕時候，手指A選定了X1和Y0兩列，手指B選定了X3和Y2兩列，單獨看，好像和互電容屏并沒有什么區(qū)別。我們嘗試一下將兩張圖重疊在一起。

什么是“鬼影節(jié)點”

　　重疊之后，如上圖所示，我們發(fā)現(xiàn)四條線段除了選中了兩個正確的節(jié)點（紅色圓圈區(qū)域）以外，還選中了兩個“鬼影節(jié)點”（藍色矩形區(qū)域），最終系統(tǒng)就會判斷錯誤，用戶究竟選中了哪兩個點？明明只有兩根手指，為什么存在著四個電流變化的節(jié)點，這就是自電容無法實現(xiàn)多點觸控的原因。同理可得，自電容能夠?qū)崿F(xiàn)的懸浮觸控也只能夠存在在單點觸控的范疇，多點觸控是無法同時實現(xiàn)懸浮觸控的。

懸浮觸控

　　接著咱們簡單介紹一下懸浮觸控，手機領域以索尼和三星為代表，比較早就開始推懸浮觸控技術，不過效果并不樂觀，可能是實現(xiàn)的功能比較少，對用戶操作精度比較高。微軟本來也有意思在15年推出的Lumia 950 XL和Lumia 950上用上懸浮觸控，可能是技術上相比之前并沒有重大突破，最終在發(fā)布時候并沒有搭載上這項功能。

　　在索尼Xperia sola（MT27i）發(fā)布時候，索尼自豪地推出了magic of floating touch這項黑科技，其實就是懸浮觸控技術，內(nèi)置瀏覽器和動態(tài)桌面支持該技術。當指尖懸空在手機屏幕上方一段小距離時候，桌面的Xperia系列壁紙能夠產(chǎn)生跳動般的視覺體驗，相比索尼Xperia SP（M35h）機身上的靈動炫彩帶更加拉風。這項技術和Cypress Technologies合作研發(fā)，索尼同時引入兩種電容傳感器：自電容和互電容，接觸屏幕的時候?qū)崿F(xiàn)多點觸控（調(diào)用互電容），懸浮觸控時候?qū)崿F(xiàn)單點觸控（調(diào)用自電容）。

索尼懸浮觸控技術

　　類似地，三星S4上Air View（浮窗預覽）也是利用了懸浮觸控技術。之前在三星Galaxy Note II上嶄露頭角，后來移植到三星S4上，這一次不需要S Pen也能夠?qū)崿F(xiàn)類似的功能。Air View能夠通過手寫筆/手指懸浮在屏幕上方，即可預覽郵件內(nèi)容，放大字體，或者切換瀏覽器窗口。

Air View設置選項

信息預覽

信息預覽

信息預覽

壓感屏（3D Touch和Force Touch等）

　　雖然，懸浮觸控最終并沒有成為主流技術搭載在如今的旗艦機上，但是蘋果將其轉(zhuǎn)世投胎，用在了3D Touch上面。也就是本文開端，小編在一張圖上列出的其中一項壓感屏技術，小編認為，壓感屏其實就是懸浮觸控的優(yōu)化版。

　　無論是蘋果、華為，還是中興和金立，現(xiàn)階段壓感屏能夠?qū)崿F(xiàn)的功能其實大同小異，消費者不是嫌棄懸浮觸控技術要求的操作精度過高，對手指的懸空距離有太大的限制嗎？蘋果索性把自電容模塊去除，直接在多點觸控屏幕（互電容）上實現(xiàn)懸浮觸控能夠?qū)崿F(xiàn)那些功能，例如預覽信息、圖片、郵件等操作。接下來，我們看看各家廠商在壓感屏上都設計了哪些功能提升用戶體驗。

iPhone 6s系列

iPhone 6s上面的3D Touch

3D Touch核心就是Peek和Pop兩大操作

　　毫無疑問，iPhone的3D Touch再一次帶來了人機交互的操作革命，從iOS誕生之初，多點觸控屏幕開始讓果粉們養(yǎng)成使用“點按”動作完成日常操作，到后來iOS7，蘋果開始明確引導果粉們使用“滑動”替代“點按”完成大部分操作，在iPhone 6s上，蘋果充分融合“點按”和“滑動”這兩種動作，為“點按”操作引入“Peek”（輕按）和“Pop”（重壓）兩種按壓力度，不同按壓力度除了能夠觸發(fā)不同的系統(tǒng)反饋（例如預覽或者打開Apps內(nèi)容），部分Apps還能夠配合“滑動”操作，實現(xiàn)更多豐富有趣的功能。下面我們簡單介紹一下3D Touch一些應用場景。

利用Peek操作進行郵件預覽

利用Peek可以預覽網(wǎng)頁鏈接（無須打開網(wǎng)頁）

利用Peek操作預覽相冊中相片

利用Peek操作預覽短信息地址在地圖位置

Peek操作顯示“電話”這個App對應的快捷操作

利用Peek操作預覽桌面中那些App快捷操作

將“Peek”和“滑動”這兩種操作結(jié)合

更多Peek和Pop的應用場景

　　3D Touch功能雖然豐富，但是無形中增加了用戶學習的成本，需要在購買iPhone之后花時間鉆研不同的Apps在Peek和Pop兩種操作間的不同，有時候就會產(chǎn)生混亂，不知道什么時候用Peek，什么時候用Pop,關鍵還是下文即將提到的觸控反饋機制，這塊集成了3D Touch技術的觸控屏幕，其中一層結(jié)構稱為Taptic Engine，通過振動反饋讓用戶知道剛剛的“點按”操作是Peek還是Pop，但是大部分果粉都認為這種反饋不夠直觀，依然很難界定剛剛按下去的時候究竟是Peek還是Pop操作。綜上所述，即使擁有Taptic Engine負責觸控反饋，消費者仍然覺得3D Touch并不能為用戶體驗帶來多少便利，期待未來的進一步優(yōu)化。

iPhone 6s壓感屏構造

　　接下來，我們看看iPhone 6s上這塊屏幕構造。如下圖（蘋果官網(wǎng)截圖）所示，實現(xiàn)3D Touch最關鍵的核心部件就是電容式傳感器，一般多點觸控電容屏幕，例如iPhone 6，只能夠檢測用戶手指是否放在了觸控屏上，而無法感應到按壓力度的大小。而根據(jù)上文電磁屏和手寫筆的原理，在手寫筆加裝壓力傳感器即可感受到這種按壓力度反饋，iPhone 6s其實也類似，不過將壓力傳感器做成了單獨一層屏幕結(jié)構，集成在顯示屏背光層中，用于測量壓力的細微變化。

iPhone 6s壓感屏構造

　　最后回到上文提及的懸浮觸控問題，iPhone 6s借助壓力傳感器，去除了索尼和三星懸浮觸控技術上的自電容設計，但是依然能夠?qū)崿F(xiàn)短信息、相片、郵件等預覽功能，讓“懸浮觸控”從噱頭變成了接地氣兒的實用功能，當然，這時候3D Touch，在小編看來也不再像“懸浮觸控”那樣科幻和拉風，只有期待未來技術上成熟，蘋果或者友商重新考慮將這種交互體驗從3D Touch還原成“懸浮觸控”的實現(xiàn)形式。

華為Mate S

　　如今的華為在很多高新技術上已經(jīng)持平國際廠商的研發(fā)水平，例如LTE Cat.12基帶芯片，又或者是今天所說的壓感屏技術，比iPhone 6s提前一點點發(fā)布了華為Mate S，讓Force Touch相比3D Touch更早面世。華為的Force Touch技術只搭載在壓感版的華為Mate S上，其它版本的華為Mate S或者最新旗艦華為Mate 8并沒有配備這項技術。

華為Mate S（壓感版）

　　相比3D Touch，華為為Force Touch引入了一項比較有趣的應用——趣味稱重。實際體驗中，雖然限制多多，而且精度并不準確，但是作為一項趣味性的試驗，向消費者簡單地介紹了Force Touch技術，這項App的作用已經(jīng)達到了。

趣味稱重

　　華為十分清楚3D Touch無法設置Peek和Pop按壓力度的范圍大小這個弊端，從而讓有些消費者覺得Peek和Pop的力度區(qū)分還算明確，而有的消費者則經(jīng)常出現(xiàn)想用Peek時候調(diào)用了Pop，想用Pop時候卻調(diào)用了Peek情況。Force Touch提供了“按壓習慣設置”選項，讓花粉們自定義最適合自己的Peek和Pop按壓力度，你的地盤你做主。

自定義按壓習慣設置

　　Force Touch針對Emotion UI的虛擬導航欄問題作出了更佳的解決方案，在此之前，Emotion UI允許花粉們隨時隱藏和顯示底部的三顆虛擬按鈕。引入Force Touch之后，消費者能夠按壓屏幕的底部邊緣指定位置替代三顆虛擬鍵作用。這種設計對于習慣了Force Touch技術的花粉尤其貼心，既解決了三顆虛擬按鍵在屏幕內(nèi)部礙眼的問題，又遵循了原生Android系統(tǒng)設計的理念。除此以外，按壓屏幕左、右上角邊緣位置還能打開自定義的快捷應用。是不是覺得似曾相識？還記得當年榮耀6 Plus推出的時候，華為曾經(jīng)發(fā)布過一種官方貼膜嗎？這種貼膜貼在榮耀6 Plus上之后，其實也是實現(xiàn)如下圖所示的功能，只不過當時是在屏幕周邊位置實現(xiàn)，現(xiàn)在則是直接把這些功能內(nèi)嵌在屏幕里面。

用Force Touch替代虛擬導航欄

中興AXON天機mini

中興AXON天機mini（壓力屏版本）

　　中興AXON天機mini擁有眾多版本，其中只有壓力屏版本才配備類似3D Touch的技術。

中興AXON天機mini也配備了3D觸控

返回桌面也可以不用按“Home”鍵

類似3D Touch的Peek和Pop

對視頻和相冊的操作優(yōu)化

快速預覽Apps相關操作選項

3D密碼

　　從上面的例子我們可以看到中興的3D觸控生態(tài)鏈還是搭建得比較完善的，除了一般的功能以外，還有一些比較有趣的亮點，例如3D密碼。四位數(shù)字密碼在早期iPhone用得比較多，當時被人吐槽安全性低，但是方便記憶，中興則在此基礎上引入了另一個緯度，輸入四位數(shù)字密碼時候，用戶能夠伴隨著Peek（輕按）和Pop（重壓）兩種力度操作，將同一種數(shù)字密碼組合出不同的密碼類型。例如“1234”，設置密碼時候，我們可以在按下“1”時候使用Peek力度，按下“2”時候使用Pop力度，按下“3”和“4”時候使用Peek力度，這樣的話，即使大伙的密碼都是“1234”，或者被別人看到了自己的密碼，但是通過按壓力度這種全新的隱性維度，能夠?qū)⑦@些爛大街的數(shù)字密碼變得既方便記憶又安全實用。

3D觸控生態(tài)鏈

金立S8

金立S8

　　就在剛剛過去的MWC 2016發(fā)布會上，金立除了公布了全新的品牌Logo以外，還發(fā)布了金立S8，其中配備了壓感屏技術。主要由快捷預覽、快捷菜單、動態(tài)壁紙、側(cè)壓快捷欄四個功能模塊組成。和3D Touch類似，根據(jù)按壓力度不同，分為輕按（Peek）、重按（Pop）兩個層級，在手機桌面，輕按圖標快捷預覽該Apps相關操作選項，重按打開該Apps。當按壓手機側(cè)邊時候，能夠快速打開常用自定義應用列表。

Edge bar（側(cè)壓快捷欄）

輕按圖標快捷預覽該Apps相關操作選項

　　為了提高觸控反饋的交互體驗，按壓成功時候，系統(tǒng)會有相應的振動提示。這種設計類似nubia手機雙擊音量鍵時候?qū)崿F(xiàn)“急速抓拍”功能，方便用戶知道自己的操作是否觸發(fā)成功，減少瞎等待時間。

3D Touch動感壁紙

　　總結(jié)：從電容屏和多點觸控技術在手機上崛起，到懸浮觸控誕生，最終進化成今天所看到的3D Touch等壓感屏技術，無論是用上了壓感屏技術的蘋果、華為等廠商，還是為其前身——懸浮觸控技術作出了貢獻的索尼、三星，其實都在潛移默化，一步一個腳印地改變著智能手機的操作體驗。

　　當我們拋棄電阻屏，在電容屏設計的手機和平板電腦上優(yōu)越地玩起了“水果忍者”、“節(jié)奏大師”等游戲時候，當我們靈活地在電磁筆和手指之間任意切換，輕松地操作著微軟Surface Pro系列平板和三星Galaxy Note系列手機時候，我們應該感謝手機屏幕上那些觸控層技術，為我們的生活帶來了前所未有的樂趣和便利。想當年小編第一次體驗的那臺電阻式平板電腦，把手指頭敲疼之后，瞬間對其用戶體驗滑落到谷底，之后買了一臺電容式平板電腦，發(fā)現(xiàn)用戶體驗確實不只差一點點，尤其是操作上靈敏度和多點觸控體驗。

　　YY一下，不知道是不是iPhone將三星當年的Air View改造成3D Touch之后深受果粉們歡迎，三星覺得心里不舒服，所以在MWC 2016上發(fā)布的三星S7系列兩款旗艦中并沒有搭載壓感屏技術。

版權所有，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載