عشرة أصابع على الشاشة

يمكن لشاشات الكمبيوتر التي تتعرف على اللمسات المتعددة في نفس الوقت تحسين العمل الجماعي دون الحاجة إلى الماوس أو لوحة المفاتيح

بقلم ستيوارت ب. براون

عندما طرحت شركة Apple هاتفها iPhone في الأسواق عام 2007، كشفت أيضًا لعامة الناس عن شاشات متعددة اللمس تتعرف على اللمسات المتعددة في نفس الوقت. يمكنك نقل الصورة عبر الشاشة بلمسة إصبع أو تكبيرها وتصغيرها إذا لمست الحافة وحركتني بأطراف أصابعك أو قربتهما من بعضهما البعض. وسرعان ما أكسبته المتعة التي ينطوي عليها لمس الواجهة، بصرف النظر عن فائدتها، الثناء. كان التنشيط بديهيًا وحسيًا. ولكن في وقت إطلاق جهاز iPhone، كانت شاشات اللمس المتعددة في المختبرات حول العالم قد تقدمت إلى ما هو أبعد من الأوامر بإصبعين. لقد طور المهندسون شاشات أكبر بكثير تستجيب لعشرة أصابع في نفس الوقت وحتى للعديد من الأيدي للعديد من المستخدمين.

من السهل أن نتخيل كيف سيرحب المصورون أو مصممو الجرافيك أو المهندسون المعماريون - المحترفون الذين يتعين عليهم التعامل مع الكثير من المواد المرئية وغالبًا ما يعملون في فرق - بهذه الطريقة في تشغيل الكمبيوتر. ومع ذلك، يتم بالفعل تطبيق التكنولوجيا في مواقف أكثر عمومية، حيث يمكن لأي شخص، دون تدريب، التواصل خلال جلسة العصف الذهني وتحريك الأشياء والخطط أو وضع علامة عليها.

بكسل من الإدراك السريع

جيف هان، مستشار علوم الكمبيوتر في جامعة نيويورك ومؤسس شركة Perceptive Pixel في مدينة نيويورك، هو في طليعة تكنولوجيا شاشات العرض متعددة اللمس. شاشة مسطحة بقياس متر في مترين ونصف تقريبًا ترحب بالزوار في بهو مبنى الشركة. يقترب هان من الجدار الإلكتروني ويستحضر عالمًا كاملاً من الصور بلمسة أصابعه فقط. يمكنك تشغيل أكثر من عشرة خلاصات فيديو في نفس الوقت، ولا ترى أي شريط أدوات. عندما يريد هان عرض ملفات أخرى، فإنه ينقر نقرًا مزدوجًا على الشاشة ويعرض المخططات أو القوائم التي يمكن النقر عليها أيضًا.

بعض الرواد الذين يميلون إلى أن يكونوا في الطليعة ويعتمدون تقنيات جديدة قد اشتروا بالفعل أنظمة كاملة، حيث تقوم وكالات الاستخبارات في غرف العمليات الخاصة بها بمقارنة وترتيب الصور التي تم الحصول عليها أثناء المراقبة وفقا لموقعها الجغرافي. استخدم مذيعو الأخبار في CNN نظام Perspective Pixel الكبير الذي عرض ببراعة نتائج الانتخابات الرئاسية في جميع الولايات الخمسين بالولايات المتحدة. ولتوضيح النتائج، قام مقدمو العرض الذين وقفوا أمام العرض بتكبير خرائط بعض البلدان، وحتى المقاطعات، ثم قاموا بتصغيرها مرة أخرى بإيماءات درامية تتمثل في تحريك أصابعهم عبر الخريطة. ويتوقع هان أن تجد التكنولوجيا مكانها في المستقبل في جميع المجالات التي تستخدم الكثير من الرسومات، مثل تجارة الطاقة أو التصوير الطبي.

وفقا لبيل باكستون، الباحث الرئيسي في قسم أبحاث مايكروسوفت، فإن العمل الأولي في مجال واجهات اللمس المتعدد بدأ بالفعل في أوائل الثمانينات. ولكن في حوالي عام 80، شرع هان في جامعة نيويورك في رحلة تهدف إلى التغلب على واحدة من أكبر العقبات التي تعيق التكنولوجيا: تحقيق استشعار عالي الدقة لأطراف الأصابع. يتطلب الحل ابتكارات في الأجهزة والبرامج.

ربما كان الابتكار الأكثر أهمية هو استخدام التأثير البصري المعروف باسم "الانعكاس الداخلي الكلي المحبط" (FTIR)، والذي يستخدم أيضًا في معدات التعرف على بصمات الأصابع [انظر "المسائل التقنية"، مجلة Scientific American Israel، أكتوبر-نوفمبر 2004]. أصبح هان، الذي يصف نفسه بأنه "شخص شديد اللمس"، على دراية بالتأثير عندما نظر في كوب مملوء بالماء ذات يوم. ولاحظ مدى وضوح بصمة إصبعه على الزجاج وهو ينظر إليها عبر الماء بزاوية حادة. لقد تصور نظامًا إلكترونيًا يمكنه بصريًا تتبع أطراف الأصابع الموضوعة على شاشة كمبيوتر شفافة. وهكذا بدأ انغماسه لمدة ست سنوات في واجهات اللمس المتعدد.

في البداية، فكر هان في بناء نسخة عالية الدقة من شاشات اللمس الواحدة المستخدمة في آلات البيع والمعلومات. غالبًا ما تستشعر هذه الشاشات السعة الكهربائية التي تنشأ عندما يلمس الإصبع نقاطًا محددة مسبقًا على الشاشة. لكن تتبع إصبع يتحرك بشكل عشوائي عبر الشاشة كان سيتطلب أسلاكًا مجنونة خلف الشاشة مما قد يحد أيضًا من سهولة استخدامها. وفي النهاية، طور هان لوحة مربعة من مادة بلاستيكية شفافة تعمل بمثابة دليل لموجات الضوء. تشع الثنائيات الباعثة للضوء (LED) الموجودة حول حواف اللوحة ضوء الأشعة تحت الحمراء داخلها. ينعكس الضوء الذي يمر عبر اللوحة من جدرانها الداخلية، على غرار كيفية مرور الضوء عبر الألياف الضوئية. طالما لم يتم لمس اللوحة، فلن يتسرب الضوء. ولكن عندما يضع شخص ما إصبعه على أحد جوانب اللوحة، فإن بعض الضوء الذي يضربه يتبدد، ويعبر اللوحة ويخرج من الجانب المقابل. تستشعر الكاميرات الموجودة خلف الشاشة هذا الضوء المتسرب (نتيجة لتأثير FTIR) وتحدد المكان الذي حدث فيه الاتصال. يمكن للكاميرات تتبع تسرب الضوء من عدة نقاط في نفس الوقت.

وسرعان ما اكتشف هان أنه يمكن أيضًا استخدام اللوحة البلاستيكية كشاشة عرض مبعثرة؛ يمكن لجهاز العرض الموجود خلف اللوحة والمتصل بالكمبيوتر أن يعرض الصور عليه والتي ستمر من خلاله وتظهر على جانبه الآخر. وبهذه الطريقة، يمكن استخدام شاشة العرض كمخرجات مرئية وكوسيلة إدخال للمس نفس الصور.

كان استشعار الموضع الدقيق للأصابع أحد التحديات. لكن إنشاء إجراءات برمجية قادرة على تتبع حركات الأصابع وتحويلها إلى تعليمات لمعالجة الصور على الشاشة كان أكثر صعوبة. كان على مطوري البرامج الستة الذين عملوا مع هان، أولاً وقبل كل شيء، كتابة برنامج يعمل كمحرك رسومات قوي، وذلك جزئيًا لإعطاء الشاشة وقت استجابة قصير، أو لتقليل مظهر "الصورة الشبحية" التي يتم إنشاؤها عندما تقوم الأصابع بسحب الأشياء بسرعة عبر الشاشة. كان عليهم أيضًا التعامل مع ناتج ضوء FTIR غير المتوقع الذي تم الحصول عليه من أطراف الأصابع التي تمر في اتجاهات عشوائية.

في أعماق بنية نظام تشغيل كل كمبيوتر يكمن الافتراض بأن الإدخال سيأتي من المستخدم عبر لوحة المفاتيح أو الماوس. لوحات المفاتيح لا لبس فيها: "K" تعني دائمًا "K". يتم تمثيل حركة الماوس باستخدام الإحداثيات الديكارتية وقيم X و Y على شبكة ثنائية الأبعاد. تنتمي طرق تمثيل المدخلات هذه إلى مجال عام يُعرف باسم "واجهة المستخدم الرسومية" أو GUI. تولد شاشة هان متعددة اللمس عشرة مصادر أو أكثر لإحداثيات X وY في وقت واحد. يقول هان: "لم يتم تصميم واجهات المستخدم الرسومية التقليدية لهذا النوع من التزامن". يقول هان إن أنظمة التشغيل الحالية — Windows، وMacintosh، وLinux — تعتمد بشكل كبير على مؤشر الفأرة الواحد، مما اضطرنا إلى تحليل الكثير من السباكة لإنشاء إطار رسومي جديد متعدد اللمس.

في سياق كل هذا العمل، اكتشف هان أنه من الممكن أيضًا تحقيق استشعار الضغط إذا تم نشر طبقة رقيقة من البوليمر ذات مسافة بادئة بأخاديد مجهرية على سطح اللوحة البلاستيكية. عندما يضغط المستخدم بقوة أو أضعف في مرحلة ما، ينحني البوليمر قليلاً، وتصبح منطقة بصمة الإصبع أكبر أو أصغر، وتصبح بقعة الضوء المتناثرة أكثر سطوعًا أو أغمق - وهذا ما يمكن للكاميرا اكتشافه. يمكن للمستخدم الذي ينقر بشدة على أي كائن معروض على الشاشة أن ينزلقه أسفل كائن مجاور.

قام فريق Hahn's Perceptive Pixel، الذي تأسس في عام 2006، بتجميع كل هذه العناصر معًا وعرض النظام في مؤتمر TED (التكنولوجيا والترفيه والتصميم) في ذلك العام أمام جمهور متحمس. ومنذ ذلك الحين، تدخل الأوامر إلى النظام وتتضاعف. لا تكشف شركة Perceptive Pixel عن أسعارها.

مايكروسوفت تخدش السطح

وبينما كان هان يعمل على تحسين اختراعه، كان المهندسون في أماكن أخرى يسعون لتحقيق نفس الأهداف بوسائل أخرى. تقدم شركة البرمجيات العملاقة Microsoft الآن جهاز كمبيوتر أصغر متعدد اللمس يسمى Surface وتحاول تصنيف هذه الفئة من الأجهزة على أنها "أجهزة كمبيوتر سطحية". بدأت المبادرة في عام 2001، عندما بدأ ستيفي باتيش من قسم الأجهزة وأندي ويلسون من قسم الأبحاث في مايكروسوفت بتطوير جهاز سطح مكتب تفاعلي قادر على التعرف على الأشياء المادية الموضوعة عليه. وتخيل المخترعان كيف يمكن استخدام الجهاز كآلة إلكترونية "للزعنفة"، أو كمرفق فيديو أو كمتصفح للصور.

وبعد أكثر من 85 نموذجًا أوليًا، قام الاثنان بإنشاء طاولة ذات سطح بلاستيكي شفاف وجهاز عرض مثبت على الأرض. يعرض جهاز العرض الصور على شاشة أفقية مقاس 30 بوصة. يضيء ضوء LED بالأشعة تحت الحمراء أيضًا السطح، ويتناثر من أطراف الأصابع أو الأشياء الموجودة على الجانب الآخر، ويسمح للجهاز بالتعرف على الأوامر الصادرة من أصابع الإنسان. تتم المعالجة على جهاز كمبيوتر مثبت عليه نظام التشغيل "Windows Vista".

تقوم Microsoft بتسويق أجهزة الكمبيوتر المكتبية Surface لأربعة شركاء في صناعات الترفيه والبيع بالتجزئة والتسلية التي تعتقد أنهم الأكثر احتمالاً لاستخدام هذه التكنولوجيا. على سبيل المثال، ستحاول سلسلة فنادق شيراتون التابعة لستاروود تركيب أجهزة كمبيوتر مكتبية في ردهات فنادقها والتي ستسمح للضيوف باختيار الموسيقى والاستماع إليها، أو إرسال الصور الرقمية إلى المنزل أو طلب الوجبات والمشروبات. سيتمكن العملاء في متاجر T-Mobile في الولايات المتحدة من مقارنة نماذج مختلفة من الهواتف المحمولة ببساطة عن طريق وضعها فوق الشاشة السطحية؛ العلامات المشابهة لـ "Domino" المنقطة باللون الأسود في الجزء السفلي من الهواتف ستوجه النظام لعرض تفاصيل الأسعار والميزات وخطط الاستخدام. ستسمح برامج Microsoft الإضافية بوضع كاميرا رقمية ذات اتصال لاسلكي على السطح، وسيتم تنزيل الصور على الكمبيوتر بدون كابل.

تتراوح أسعار أنظمة سطح الجيل الأول من 5,000 دولار إلى 10,000 دولار. وكما هو الحال مع معظم المنتجات الإلكترونية، تتوقع الشركة أن ينخفض ​​السعر مع زيادة أحجام الإنتاج. ووفقا لمايكروسوفت، سيتم طرح أجهزة الكمبيوتر Surface بأسعار معقولة للمستهلك الخاص في غضون ثلاث إلى خمس سنوات.

ميتسوبيشي تتصل أيضًا

قد يكون مطورو التكنولوجيا مهتمين بجدول DiamondTouch من شركة Circle Twelve الناشئة في مدينة فرامنغهام بولاية ماساتشوستس، والتي انبثقت مؤخرًا عن مختبرات أبحاث Mitsubishi. تم تصميم الجدول، الذي تم تطويره في شركة Mitsubishi، بحيث يتمكن المطورون الخارجيون من كتابة برامج التطبيقات كما يرغبون. عشرات الطاولات موجودة بالفعل في أيدي الباحثين الأكاديميين والعملاء التجاريين.

الغرض من DiamondTouch هو "دعم العمل الجماعي التعاوني في مجموعات صغيرة"، كما يقول آدم بوج، نائب رئيس التسويق في شركة Mitsubishi. "يمكن لعدة أشخاص العمل مع بعضهم البعض، والنظام يعرف كيفية التعرف على كل واحد منهم." يجلس الأشخاص على الكراسي حول الطاولة ويتصلون بالكمبيوتر الموجود أسفلها. عندما يلمس أحدهم سطح الطاولة، ترسل مجموعة من الهوائيات المدمجة في الشاشة كمية صغيرة جدًا من الطاقة على تردد موجات الراديو عبر جسم الشخص الملامس ومن خلال الكرسي الذي يجلس عليه إلى جهاز الاستقبال الموجود على الكمبيوتر. تُعرف هذه الطريقة باسم الاقتران بالسعة. وبدلاً من ذلك، يمكنك استخدام سجادة خاصة على الأرض لإغلاق الدائرة. تشير الهوائيات المترافقة إلى النقطة التي لمس فيها الشخص الشاشة.

على الرغم من أن هذا الجهاز يبدو مقيدًا، إلا أنه قادر على تتبع المدخلات القادمة من كل شخص، ومنح التحكم لمن يلمس السطح أولاً. وفي هذه الحالة، سيتم تجاهل أي لمسة أخرى يتم استشعارها من خلال ترتيب الجلوس المخصص، حتى يكمل المستخدم الأول إدخاله. ويمكن للنظام أيضًا أن يتذكر من أجرى التغييرات على الصور، كما هو الحال في مقاطع الفيديو الخاصة بالمباني.

وبعد أن قامت شركة الهندسة الدولية بارسونز برينكرهوف، ومقرها نيويورك، بتجربة هذه الطاولات، فإنها تخطط لشراء المزيد. يقول تيموثي كيس، المدير الإقليمي لقسم التصوير بالشركة: "خلال مشروع كبير، نعقد آلاف الاجتماعات". "يمكننا وضع العديد من هذه الجداول في العديد من الأماكن، وسيتمكن الجميع من ملاحظة نفس الشيء بالضبط."

يتميز كل من نظامي DiamondTouch وPerceptive Pixel بلوحات مفاتيح افتراضية يتم عرضها على الشاشة للسماح للمستخدمين بكتابة النص. ولكن من غير المرجح أن يفضل المستخدمون استخدام الأنظمة الديناميكية لهذا الغرض اليومي. الميزة الكبيرة لشاشات اللمس المتعدد هي إمكانية عمل العديد من الأشخاص معًا في نشاط معقد. من الصعب أن نتذكر شعور الحرية الذي منحنا إياه الفأر عندما حررنا من براثن لوحة المفاتيح عند ظهوره، منذ حوالي 25 عامًا. قريبًا، ربما تساعدنا واجهة اللمس الجديدة في التخلص من الماوس الشائع. يقول هان: "من النادر جدًا أن تصادف واجهة مستخدم جديدة تمامًا". "نحن فقط في بداية هذه القصة."

المفاهيم الرئيسية

لا تستجيب شاشات اللمس المتعدد فقط لوجود إصبع واحد، ولكنها قادرة على اتباع التعليمات التي تأتي في وقت واحد من عدة أصابع.

شاشة بحجم الجدار، طورتها شركة Perceptive Pixel، قادرة على الاستجابة لعشرة أصابع أو راحات عدة أشخاص. تقدم Microsoft وMitsubishi أنظمة متخصصة أصغر للفنادق والمحلات التجارية وشركات الهندسة والتصميم.

إن تشغيل الكمبيوتر بهذه الطريقة قد يحررنا من الماوس في المستقبل ويكون بمثابة واجهة الكمبيوتر الرئيسية لدينا كما في الوقت الذي حررنا فيه الماوس من لوحة المفاتيح.

كيف يعمل - اتبع الأصابع

تستجيب شاشات اللمس المتعددة الأكثر تقدمًا لحركة العديد من الأصابع وضغطها. في تصميم شركة Perceptive Pixel (في أقصى اليمين)، يتم عرض الصور من خلال لوحة بلاستيكية على سطح أمام المشاهد. عندما تلمس الأصابع (أو أشياء أخرى مثل قلم اللمس) السطح، ينعكس منها ضوء الأشعة تحت الحمراء المنبعث من مصابيح LED الموجودة داخل اللوحة البلاستيكية وتلتقطه المستشعرات. يقوم البرنامج بفك تشفير البيانات كحركات الأصابع. يؤدي النقر على الشاشة إلى تنشيط قائمة الأوامر عند الحاجة.

ولإنشاء إشارة، تتألق مصابيح LED داخل اللوحة البلاستيكية. وينعكس الضوء ويتركز بين الجوانب ولا ينبعث إلى الخارج. لكن إذا وضعت إصبعك على السطح (لأعلى)، فسوف يتطاير الضوء منه باتجاه المستشعرات. وأيضًا، عندما تضغط بشدة، أو برفق، على طبقة حساسة للضغط، فإنها تنحني وتتسبب في تناثر الضوء الذي تسببه طرف الإصبع في تفتيحه أو تغميقه. يفسر الكمبيوتر هذا على أنه ضغط أقوى أو ألطف.

أبحث في الداخل - طاولة اللمس

يقوم جهاز العرض الموجود داخل طاولة اللمس المتعدد من Microsoft (التي تسمى Surface) بإرسال صورة من خلال لوحة من البلاستيك الأكريليك. تشع مصابيح LED ضوءًا قريبًا من الأشعة تحت الحمراء، والذي ينعكس من الأشياء أو الأصابع ويتم التقاطه بواسطة كاميرات الأشعة تحت الحمراء. يقوم الكمبيوتر بمراقبة المرتجعات لتتبع حركات الأصابع.

عن المؤلف

ستيوارت بي براون هو مراسل متخصص في التكنولوجيا والهندسة من إيرفينغتون، نيويورك. كتب عن العروض ثلاثية الأبعاد في عدد أكتوبر 2007 من مجلة Scientific American Israel.

والمزيد حول هذا الموضوع

• تاريخ مفصل لأنظمة اللمس المتعدد
• شاهد عرضًا توضيحيًا بالفيديو لنظام Perceptive Pixel على