Całkowite wewnętrzne odbicie a Multi-Touch – FTIR
Jak już wspomniałem w poprzednim poście, staram się wykonać ekran dotykowy wspierający multi-touch chałupniczymi metodami. Dzisiaj trochę teoretycznych podstaw i wyjaśnień dlaczego i jak ma to działać.
Zacznijmy od multi-touch. Temat coraz bardziej popularny. Na blogu Canonical można przeczytać, że pracują oni nad własnym frameworkiem umożliwiającym tworzenie aplikacji multi-touch, który będzie dołączony do Ubuntu. Parę wydań temu, biblioteka QT wprowadziła obsługę tak zwanych touch eventów. Istnieje także kilka wolnych ( od wolności;-) )bibliotek umożliwiających łatwe i przyjemne pisanie aplikacji wspierających multi-touch. Czym to jest i po co nam to? Daje to możliwość bezpośredniej, jednoczesnej interakcji z wieloma obiektami wyświetlanymi na ekranie. Taki sposób interakcji z komputerem jest dużo bardziej intuicyjny i naturalny dla człowieka. Jest przede wszystkim bliższy interakcji z otaczającym nas światem realnym.
Już wiemy dlaczego jest to fajne. Jak to działa? Ekrany dotykowe większych rozmiarów niż te, które znajdują się w urządzeniach mobilnych, można skonstruować na kilka różnych sposobów. Sposoby te opierają się o zjawiska optyczne, różnią się zazwyczaj rodzajem źródła światła oraz ustawieniem wszystkich komponentów. Wszystke te sposoby rozwijane są przez społeczność zebraną wokół NUIGroup.com. Moja konstrukcja opiera się o metodę korzystającą ze zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia – FTIR (Frustrated Total Internal Reflection – Rozproszone Całkowite Wewnętrzne odbicie). Chwilowo opiszę tylko tę metodę.
Dlaczego diament tak pięknie świeci? Całkowite wewnętrzne odbicie jest zjawiskiem zachodzącym dla światła na granicy ośrodków o różnym załamaniu światła. W skrócie – światło padające z ośrodka o większym współczynniku może nie przejść do ośrodka o mniejszym współczynniku jeżeli pada pod większym kątem niż kąt graniczny (wiki dla trochę bardziej dociekliwych). To zjawisko jest podstawą działania światłowodów oraz tej techniki. Odpowiada też za powstawanie refleksów świetlnych w diamencie. W dużym schematycznym uproszczeniu ekran składa się z warstwy szkła akrylowego, diód podczerwonych oraz kamery czułej na światło podczerwone. Komponenty te ułożone są jak na schemacie poniżej.
Diody podczerwone świecą do wnętrza szkła akrylowego przez jego kanty. Szkło akrylowe ma taki współczynnik załamania światła względem powietrza, że światło które wpada do środka nie wydostaje się przez jego powierzchnię. Kamera podczerwona znajduję się pod powierzchnią dotykową i obejmuje ją całym obrazem. W momencie gdy nikt nie dotyka powierzchni szkła akrylowego, obraz z kamery jest czarny, ponieważ światło podczerwone nie wydostaje się przez powierzchnie szkła. W momencie dotknięcia powierzchni dotykowej światło może już przez nią wylecieć ponieważ zmienił się ośrodek. W związku z tym, że palec użytkownika nie jest przezroczysty światło zostaje od niego odbite. Miejsce odbicia światła (jasna plama) jest zauważona przez kamerę podczerwoną. Po odpowiedniej filtracji i analizie obrazu miejsce dotyku na szkle akrylowym może być przeniesione na miejsce dotyku na ekranie. Obraz z kamery po dotyku wygląda następująco.
A gdzie jest obraz, który niewątpliwie kluczowy dla urządzenia mającego być ekranem? Do jego wyświetlania zazwyczaj używany jest projektor, lub matryca z monitora LCD. W przypadku rozwiązania z projektorem, na powierzchni szkła akrylowego znajduje się materiał, który spełnia funkcję ekranu projekcyjnego (może być to na przykład kalka techniczna). Projektor znajduje się za ekranem tak, aby ręka użytkownika nie zasłaniała obrazu.
FTIR ma swoje minusy i plusy tak jak każda inna technika, ale opiszę je w dalszej relacji z tworzenia tej innowacyjnej zabawki.
A teraz pora na filmik znaleziony w sieci pokazujący działający ekran dotykowy oparty o FTIR.
Dzisiaj (wczoraj?) na własnym sprzęcie przekonałem się, że ta metoda działa:-). Opis konstrukcji już niedługo.
