人机交互基础教程第3章

这类设备的优点是扫描速度快，易于操作，且由于不需接触 被测量的物体，所以对物体表面损伤少等。

机械式、电磁式、光学式捕捉设备

机械式动作捕捉设备
◦ 利用可伸缩的机械结构安装于捕捉物体上，以取得各部分 的运动量。 ◦ 优点是成本低廉，但这种方式限制了运动物体的自由运动 ，且由于机械设备的尺寸、重量等问题，因而限制了其应 用范围。


TN： 扭曲向列型（Twisted Nematic）液晶分子扭曲角度 为90度。 TN型是目前市场上最主流的液晶显示器采用的模式，广泛 应用于入门级和中端的面板。价格便宜，可视角度不理想和 色彩表现不真实又是明显的劣势。

IPS：平面转换（In-Plane Switching）。它是日立 于2001推出的面板技术，它也被俗称为 “Super TFT”。从技术角度看，传统LCD显示器的液晶分 子一般都在垂直-平行状态间切换，而IPS 技术与上 述技术最大的差异就在于，不管在何种状态下液晶 分子始终都与屏幕平行。

显示器
◦ 显示器是计算机的重要输出设备，是人机对话的重要工具 。它的主要功能是接收主机发出的信息，经过一系列的变 换，最后以光的形式将文字和图形显示出来。 ◦ 阴极射线管显示器、液晶显示器和等离子显示器

构成：由阴极、电平控制器（即控制极）、聚焦系 统、加速系统、偏转系统和阳极荧光粉涂层组成， 这六部分都在真空管内。其中，阴极、电平控制器 （即控制极）、聚焦系统、加速系统等统称为电子 枪。

依据键盘的按键结构可以分为：薄膜式键盘和机械键盘。 薄膜式键盘内部共分三层，实现了无机械磨损。其特点是低 价格、低噪音和低成本，已占领市场绝大部分份额。 除了上下盖、键帽之外，拆开键盘之后，还会看到橡胶帽( 但事实上现在大都是用硅胶制成)、以及三片薄膜、电路板 。 薄膜式键盘的原理相当简单，三片薄膜中，最上方为正极电 路，最下方为负极电路，而中间为不导电的塑料片。接着在 上方放按压模块(通常包括键帽、键帽下方活动模块，以及 橡胶帽)，当手指从键帽压下时，上方与下方薄膜就会接触 通电，即完成导通。
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控制杆 控制杆的历史很长，始于汽车和飞行器的控制装置。 游戏杆是较为常见的控制杆。 有些笔记本键盘中央也有灵活小巧的指点杆。



触摸板 是一种在平滑的触控板上，利用手指的滑动操作来 移动光标的输入装置。当使用者的手指接近触摸板 时会使电容量改变，触摸板自身会检测出电容改变 量，转换成坐标。 其优点在于使用范围较广，全内置、超轻薄笔记本 均适用，而且耗电量少；因为它是无移动式机构件 ，使用时可以保证耐久与可靠。 同电容式手写UDA（Compute Unified Device Architecture，统一 计算设备架构） ◦ 随着显卡的发展，GPU越来越强大，而且GPU为显示图像 做了优化。在计算上已经超越了通用的CPU。如此强大的 芯片只做显卡太浪费了，因此NVIDIA推出了CUDA，让显 卡可以用于图像计算以外的目的。 ◦ 这个架构可以使用GPU来解决商业、工业以及科学方面的 复杂计算问题。


机械键盘采用类似金属接触式开关，工作原理是使 触点导通或断开，具有耐用、噪音大、易维护的特 点。




依据键盘的工作原理，可以分为：编码键盘和非编 码键盘。 编码键盘：控制功能依靠硬件自动完成，自动将所 按下的按键的编码信息送入计算机。 非编码键盘：控制电路功能要依靠硬件和软件共同 完成。 非编码键盘的键盘处理程序有查询、传送、译码三 部分组成。


电磁压感式 电磁式手写板是通过在手写板下方的布线电路通电 后，在一定空间范围内形成电磁场，来感应带有线 圈的笔尖的位置进行工作。


电容触控式 电容式手写板的工作原理是通过人体的电容来感知 手指的位置，即当使用者的手指接触到触控板的瞬 间，就在板的表面产生了一个电容，在触控板表面 的传感矩阵持续不断地跟踪着使用者手指电容的“轨 迹”。


肖尔斯造出打字机后，发现打字员击键时老是出故障。为 了解决这个难题，肖尔斯跑去请他的妹夫——一名数学家 兼学校教师帮忙。他妹夫提出了一个解决方案：在键盘上 把那些常用的连在一起的字母分开，这样击键的速度就会 稍稍减慢，也就减少了故障的发生。 肖尔斯很乐意地采纳了他妹夫的建议，将字母按一种奇怪 的QWERTY顺序排列。为了避免发生故障而不得不将字母 杂乱无章地进行排列，告诉公众这一事实或许会让肖尔斯 觉得尴尬。于是，他巧妙地耍了一个花招，说这样排列是 最科学的，可以加快人们的打字速度。
◦ 显卡有独立显卡和集成显卡的区别。 ◦ 集成显卡将显示芯片、显存及其相关电路都做在主板上， 与主板融为一体，其功耗低发热量小，但显示性能较弱。 ◦ 独立显卡是将显示芯片、显存及其相关电路单独做在一块 电路板上。 ◦ 无论是NVIDIA还是ATI，目前均可用自己最新的集成显卡 和独立显卡进行混合并行使用。

从社会科学、认知科学的角度来看，手写输入更符 合人的认知习惯，是一种自然高效的交互方式。常 见的有手写液晶屏、手写板。


电阻压力式 阻式手写板是由一层可变形的电阻薄膜和一层固定 的电阻薄膜构成，中间由空气隔离。其工作原理是: 当用笔或手指接触手写板时，上层电阻受压变形并 与下层电阻接触，下层电阻薄膜就能感应出笔或手 指的位置。


人体工程学键盘（英文名称：Natural Keyboard ）是在标准键盘上将指法规定的左手键区和右手键 区这两大板块左右分开，并形成一定角度，使操作 者不必有意识的夹紧双臂，保持一种比较自然的形 态。 这种设计的键盘被微软公司命名为自然键盘，对于 习惯盲打的用户可以有效的减少左右手键区的误击 率。
◦ 接触式的三维扫描仪采用探测头直接接触物体表面，通过 探测头反馈回来的光电信号转换为物体表面形状的数字信 息。该类设备主要以三维坐标测量机为代表。
其优点是具有较高的准确性和可靠性，但也存在测量速度慢 、费用较高、探头易磨损以及误差修正等缺点。
◦ 非接触式的三维扫描仪，主要有三维激光扫描仪，照相式 三维扫描仪等，分别是基于激光扫描测量和结构光扫描测 量等技术设计的。
◦ 等离子显示器诞生于二十世纪60年代，它采用等离子管作 为发光材料，1个等离子管负责一个像素的显示：等离子 管内的氖氙混合气体在高压电极的刺激下产生紫外线，紫 外线照射涂有三色荧光粉的玻璃板，荧光粉受激发出可见 光。
优点：重量较轻、完全无X射线辐射，而且屏幕亮度非常均匀 ，不存在明显的亮区和暗区；由于各个发光单元的结构完全 相同，因此不会出现CRT显示器那样存在某些区域聚焦不良 或因使用时间过长出现散焦的毛病。 缺点：由于显示屏上的玻璃较薄使屏幕较脆弱，大部分的等 离子显示器都比较费电。


当显像管内部的电子枪阴极发出的电子束，经强度 控制、聚焦和加速后变成细小的电子流，再经过偏 转线圈的作用向正确目标偏离，穿越荫罩的小孔或 栅栏，轰击到荧光屏上的荧光粉发出光线。 彩色CRT光栅扫描显示器有三个电子枪，它的荧光 屏上涂有三种荧光物质，分别能发红、绿、蓝三种 颜色的光。
◦ 在充电条件下，液晶能改变分子排列，继而造成光线的扭 曲或折射。 ◦ 液晶显示器工作原理是通过能阻塞或传递光的液晶材料， 传递来自周围的或内部光源的偏振光。以电流刺激液晶分 子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。 ◦ LCD比CRT显示器具有更好的图像清晰度，画面稳定性和 更低的功率消耗。 ◦ 根据液晶分子的排布方式，常见的液晶显示器分为：窄视 角的TN-LCD，宽视角的IPS,VA,FFS等。
◦ 显卡 ◦ 根据CPU提供的指令和有关数据进行相应的处理，并把处 理结果传换成显示器能够接受的文字和图形显示信号，通 过屏幕显示出来。 ◦ GPU是显卡的核心，显卡的性能基本上取决于图形处理芯 片的技术类型和性能。GPU减少了对CPU的依赖，并进行 部分原本CPU的工作，尤其在3D图形处理时。 ◦ 显存的用途主要是来保存由图形芯片处理好的各帧图形显 示数据。所以显存也被称为帧缓存，它的大小之间影响显 卡可以显示的颜色多少和可以支持的最高分辨率。
鼠标 光笔 控制杆 触摸板 触摸屏
◦ 鼠标
◦ 鼠标 ◦ 串口就是串行接口，即COM接口。这是最古老的鼠标接口 ，是一种9针或25针的D型接口，将鼠标接到电脑主机串 口上就能使用。 ◦ PS/2接口是1987年IBM公司推出的鼠标接口，俗称“小 口”。这是一种鼠标和键盘的专用接口，是一种6针的圆 型接口。
◦ 在许多领域，如机器视觉、面形检测、实物仿形、自动加 工、产品质量控制、生物医学等，物体的三维信息必不可 少的。
三维扫描仪是实现三维信息数字化的一种极为有效的工具。 动作捕捉设备则用于捕捉用户的肢体甚至是表情动作，生成 运动模型。在影视、动漫制作中已被大量应用。

根据传感方式的不同，三维扫描仪主要分为接触式 和非接触式两种。



安迪· 瑟金斯（Andy Serkis），1964年4月20日 出生于英国伦敦，英国演员、导演。 代表作品:《指环王》《猩球崛起》《金刚》《丁丁 历险记》 “表演捕捉第一人”

指点输入设备
◦ 指点设备常用于完成一些定位和选择物体的交互任务。 物体可能处于一维、二维、三维或更高维的空间中，而 选择与定位的方式可以是直接选择，或通过操作屏幕上 的光标来完成。
第3章 交互设备
重点大学计算机专业系列教材

输入设备 输出设备 虚拟现实交互设备

文本输入设备
◦ 键盘输入是最常见、最主要的文本输入方式。

QWERTY键盘，又称柯蒂键盘、全键盘，是目前最为广泛 使用的键盘布局方式，由克里斯托夫· 拉森· 肖尔斯（ Christopher Latham Sholes）发明。

图像输入设备
◦ 二维扫描仪可以快速地实现图像输入，且经过对图像的分 析与识别，可以得到文字、图形等内容；

扫描仪的工作原理如下： 自然界的每一种物体都会吸收特 定的光波，而没被吸收的光波就会反射出去。扫描仪就是利 用上述原理来完成对稿件的读取的。