EETI:提供Multitouch硬体制造够酷搜:只搜寻KusoDIY Surface Table (I): NUI & 实作的总类May 8th, 2008 byadmin将文章转换为简体我曾经在前面一篇文章提到要写一系列的教学文来告诉大家如何制作硬体，因为我了解做软体的人的瓶颈在于硬体，硬体解决之后，就是软体人的天空了。而Multitouch这种新型态的介面在未来必定会成为一个趋势，一个通用的介面，在国外已经有许多的研究机构开始大量投入人力研究了。因此，希望台湾对于UI研究有兴趣的人也可以多加参与。其实在台湾已经有不少人做出了Multitouch的硬体，但是在Google上面一查，便会发现，中文的相关资料是非常稀少的。相较于国外的热络程度来说是有差距的。因此希望这一系列的教学文可以弥补这个遗憾。当然，并不是我特别懂，而我只是愿意花些时间来写写这些文件而已。谁在推广Multitouch:在正式开始时实做之前，我要先介绍一些基本原理，以及一个团体NUI (Natural User Interface)。NUI是一个荷兰Geek所发起的团体，他们对于Multitouch的介面推广不留余力，他们成员中的每一个人都会在Blog旁边加上上面的那个Logo。他们不但公开他们的影体作法，也完全公开他们的软体。对于他们无私的奉献这是我深受感动的地方，他们似乎就只是为了推广而推广。这边先介绍几个NUI 灵魂人物的Blog: David Wallin:主要负责TouchLib的开发，他似乎有很深的Computer Vision的知识 Laurence Muller:非常积极投入新的Multitouch App的开发，以及修改TouchLib Adithya | Divesh:两位印度人，在NUI里面非常活跃，时常回答大家的问题，他们Build一个自己的移动式System Paul DIntino: NUI里面的一个要角，积极投入Multitouch研究 Seth Sandler:刚完成他的大学学位，主要是从事互动艺术，他Focus在Music上面，他专门开发跟Music有关的Multitouch App Tim:德国设计学院的学生，已经拿他设计的Table做了几次参展 Chris:在NUI当中非常活跃的能人好吧，我不能再继续介绍下去了，我只能说NUI聚集了一群对于Multitouch介面非常喜爱的同好，来自各个不同国家。他们实验了各种不同的材质，互相交换实作的讯息，所以，如果想要实做Multitouch的人在这个论坛里面可以获得非常详尽的资料。那意思是说，我也不用介绍啰?因为你们自己看资料就了解啰?嗯，我当初是从Google先找到这几个人的Blog，后来才发现他们的Blog有一些共同之处，就是他们的Blog上面会挂个那个像波浪一般的奇怪Logo，所以我就点进去后，才发现真正的宝山。不过因为宝山太过复杂，要理出一个头绪还是需要些时间。如果你先看完我的教学后，在进去里面查找，可能会对你比较方便，第一个是，因为你已经有了概念，第二个是，因为你知道要下哪些关键字来查找。当然不只NUI在推广Multitouch，还有一些团体像是OpenTable、vvvv这两个Group。不过我想一开始我们不要把事情搞的这么复杂，我们先从NUI的东西来入手好了。Multitouch 建置原理:我们想要研究Multitouch的介面，就必须要先建置一个Multitouch的Table。如何实做Table的方法非常多。你可以用电阻/电容的方式来建置你的Multitouch Table，也可以用纯粹Vision的方式来建置你的Table，像是下面这篇UIST的Paper，这位博士生证明了Real-time Tracking Finger是可以办的到的。或者是学Joe Marshall侦测手指颜色改变来抓取Finger:你也可以学Diamond Table，不过建置这个Table还有复杂的电流计算就是了:你也可以参考Microsoft ThinSight的作法，做一个IR光的投光以及Sense阵列:或是Sony的SmartSkin，另外一种利用电阻的特性的方式:或者是由英国的Cardiff University的研究员利用声波的方式:又或是像Microsoft TouchLight利用IR光以及Stereo Camera的方式:不然也可以学NextWindow在角落塞上2个IR Sensor，只是常常会很不准而已:不然你也可以参考Johnny Lee的方式来把Wii当成Multitocuh Device来用，但是你最多只能支援四个点，在vgod的部落格上面有介绍其中一个做法:所以，当我们在选择用什么方式来实做时，是有很多考量的，所以，任何一种选择都有Trade off，主要是看你想要制作什么样的Table，在什么情况下使用，并且你期望花多少effort。在考量到稳定性、实做方便性、低成本以及真正的Multitouch (不是Johnny Lee的阳春型Multitouch)之下，有两个方案显得非常迷人。一个是Microsoft Surface Table所用的DI (Diffused Illumination):另外一个是由Jeff Han所发明的FTIR(Frustrated Total Internal Reflection):而这两项建置技术也是DIY 族群所广为拥抱的，因为价格低，实做不复杂的原因。在NUI 论坛里面可以看出来有两派，一派拥护FTIR，一派拥护DI，而观察的趋势是，早起大部分NUI 的人都是用FTIR，不过当Microsoft Surface Table 推出后，DI 的方式在NUI 里面就大为盛行了。因为FTIR 以及DI 都是利用红外光(IR) 的原理，因此在下篇文章当中我将会先介绍IR 的特性，这篇文章到目前为止有点长，就在此先休息一下吧。我希望的是，不了解技术的人在看完文章之后，也能完全建立你们自己的Table，所以如果有任何不懂的地方可以随时提出来，如果是我能够解答的部份，我会为你解答。(不过这一篇似乎还没讲到如何实做)。DIY Surface Table (II): 了解红外光& DI (Diffused Illumination)May 9th, 2008 byadmin将文章转换为简体前面的文章中，我们谈到了许多不同种的实作方式，最后由于整体考量我们选择了DI (Diffuse Illumination)以及FTIR (Frustrated Total Internal Reflection)的方式来制作我们的多点触控(Multitouch)桌面。而这两种方式其实背后的原理都是相同的，它们都利用红外线反射的原理来实作出来的。而了解红外线的特性对于互动设计是有很大的帮助的，因为红外线的一些特性的关系，许多互动设计都会利用到红外光(IR)。像是之前在Blog上面介绍的棒球互动设计，就是利用红外光投射到人身上，并侦测反射的变动量来达成。红外线是什么?(图片来源:金龙俊科技股份有限公司)我们知道太阳打出来的能量是以电磁波的形式所存在，而对于人类眼睛可见的能量范围我们称之为可见光。根据Wikipedia上面的解释:光域通常指的是肉眼可见的光波域，即是从400nm（紫）到700nm（红）可以被人类眼睛感觉得到的范围，一般称为可见光域（Visible）。由于近代科技的发达，人类利用各种介质（特殊材质的感应器），把感觉范围从可见光部份向两端扩充，最低可达到0.080.1nm（X-RAY, 0.81A） ，最高可达10,000nm（远红外线)因此，我们知道，如果我们不是天赋异禀的人，我们所能感知到光的范围应该不会超出光域的范围太多。而了解了这个特性之后，我们就可以设计一种机制，让机器“只” 可以看到红外光，而藉由感知到红外光的变化量来做出改变。当然，你也可以说，我们不一定要用红外光啊! 是这样子没错，但是因为红外光对于人类来说是看不到的，但是机器却可以感知的到，有了这一层特性之后利用红外光来建立互动桌面会方便的多。当然，你也可以利用环境光源来建立互动桌面，但是环境光源由于并不稳定，因此你所制作出来的互动桌面也就无法稳定了。然而，用红外光真的只有好处没有坏处吗?其实不是，其实还是有副作用的。我在研究人眼追踪(Eye-Tracking)仪器时，偶然发现，原来红外光看久了会导致白内障。所以，在各位动手实验之前，请勿将红外光直射到自己的眼睛上头。在后面我会一再强调这件事情，希望各位不要为了研究搞砸了身体，那我会感到非常愧疚的。了解了红外线是怎么一回事之后，我们就可以解释一下DI (Diffuse Illumination) 以及FTIR (Frustrated Total Internal Reflection) 的背后原理。当然，了解背后原理到实际做出来还是有一段距离，说的跟做的还是会有一段差距的。这就是为什么读万卷书要行万里路的原因啊。DI (Diffused Illumination) 的背后原理我们先一步一步来拆解背后的原理，现在我们知道要做一个多点触控(Multitouch) 的桌面需要一个“桌面”，这点毫无疑问是吧? 而我们又知道要利用红外光(IR ) 反射的原理，因此，这个桌面好歹要是透光的。因此，我们已经知道需要两个物件了，一个是透光的桌面，一个是红外线投光器。关于透光的桌面，可以用玻璃或是压克力都可以；而红外线投光器的话，我在之后再介绍。而手一接近桌子这个介面后，由于红外线(IR) 受阻，因此就会反射回来。聪明的你就会知到，要在下面装一个接受器，藉由这个可以感知红外光线的接受器之后，我们就可以抓到手究竟是触碰到桌子哪一个位置。而红外线的接受器是什么呢? 最普通也是最容易取的的就是红外线摄影机(IR Camera)。这时你会开始抱怨到，最好是红外线摄影机(IR Camera) 很容易取得，又很便宜! 的确，你自己买一个红外线摄影机(IR Camera) 价格的确不便宜，但是如果你自己做一个，价格就很便宜了。我在后面会告诉你该如何制作你自己的红外线摄影机(IR Camera)。这边就让我们把这些条件当成已知。所以，我们现在知道，我们要利用DI 的方式制作多点触控(Multitouch) 桌面需要一个透明的介质、红外线投光器(IR Illuminator) 以及红外线摄影机(IR Camera/Webcam)。不过，既然是互动桌面，应该是要有影像啊! 没错，所以，我们还需要一个投影机(Projector)，而既然需要投影机，就需要投影的萤幕(Diffuser)，投影的萤幕的材质不同会有差别这是必然的。在初期的试验，你可以用描图纸(Tracing Paper) 来当成你的投影萤幕。我买了一大卷，用都用不完，也才60 块台币。关于投影纸比较进阶的资讯，我们在实作的章节里再来谈它。现在我们只要了解原理就好了。所以，整个设置就会如上图所示，我们先用红外线光(IR Illuminator) 往上打，红外光碰到阻碍物后，反射回来，经过红外线摄影机(IR Camera/Webcam) 接收之后，经过一阵程式分析，就会了解手指触碰到桌面那个位置。而投影机(Projector) 所打出的画面，就会随着你手的移动来做应该要有的反应，这就要看你最终程式是怎么写。当然，投影机是接在个人电脑(PC) 上面的。在上图的设置中，我们可以看到投影布幕(Diffuser) 是放在桌面下，这是有原