觸控筆交互技術綜述

馮敏科+陳歡

摘 要： 本文基于中國專利申請分析，對觸控筆交互技術進行綜述性介紹，通過技術領域細分和相關專利數據統計，總結了觸控筆交互技術的發展脈絡。

關鍵詞： 觸控筆；交互；技術綜述；專利分析

1觸控筆交互技術

顧名思義，觸控筆交互技術即使用觸控筆在相關設備上進行交互操作的技術。本文關注觸控筆所特有的交互方式，即排除使用觸控筆代替手或手指進行常規交互操作的情況——如簡單的觸摸、長按、劃動等。

2 觸控筆交互技術分類

本文將觸控筆特有的交互技術分為以下六類：

模擬筆劃筆鋒——檢測觸控筆在觸摸屏上書寫時的狀態，如觸控筆與觸摸屏的接觸壓力、面積、時間等，利用所檢測的書寫狀態控制顯示相應粗細的筆劃，模擬出筆鋒，以增強書寫及繪圖體驗。

增強觸覺反饋——采用可伸縮筆尖，提供與施力點相應的觸覺反饋，便于用戶明確當前的交互環境和交互狀態，提高操作目的性和流暢性。

檢測觸控筆拔出或插入容置槽來觸發相關交互——當觸控筆處于收納于容置槽中的狀態時，往往代表用戶不需要進行觸控筆操作；而當觸控筆處于離開容置槽的狀態時，也常常意味著用戶當前需要使用觸控筆；因此，通過傳感器對觸控筆與容置槽的分離狀態進行檢測，結合交互環境來判定用戶當前的操作意圖，并自動觸發相應交互操作，可以達到快速啟動用戶想要執行的命令的效果。

檢測觸控筆接觸或接近觸摸屏來觸發相關交互——通過觸摸屏及附設的接近傳感器，可以檢測觸控筆接觸或接近觸摸屏的狀態。與觸控筆從容置槽中拔出一樣，當觸控筆接觸或接近觸摸屏時，通常也意味著用戶即將進行觸控筆交互操作；更具體地，當觸控筆接觸或接近觸摸屏上的某一對象時，意味著需要對該對象進行操作。

檢測觸控筆運動姿態來觸發相關交互——通過觸控筆內置傳感器或觸摸屏上附設的傳感器來檢測觸控筆的各種運動姿態，如平移、傾斜和旋轉等，來操控觸摸屏上的交互元素，如二維界面或三維模型等。

通過判斷是觸控筆觸摸還是手指觸摸來觸發相關交互——通過檢測觸控操作體與觸摸屏的接觸面積或溫度等，來判斷當前觸摸操作體是手（或手指）還是觸控筆，進而根據判斷結果執行不同的指令。該技術主要用于防止在使用觸控筆進行操作時手（或手指）的誤觸，以提高觸控筆操作流暢度；也可用于觸發設置不同操作體對應的交互環境。

將觸控筆作為搖桿來進行操控——搖桿操作具有容錯誤差大，及便于多方向交互的特點；觸控筆作為一種筆型輸入裝置，具有與搖桿類似的外形結構；因而可將觸控筆通過終端上的固定接口或特定結構與觸摸屏組合，構成搖桿以實現搖桿式操控。

3 觸控筆交互技術統計分析

3.1 各類觸控筆交互技術申請量統計分析

各類觸控筆交互技術歷年申請量如圖1。

由圖1可知，2008-2016年間，涉及觸控筆交互技術的專利申請量總體上處于震蕩狀態，但各年間相差并不大，這也反映了觸控筆交互技術的發展現實：觸控筆交互技術伴隨觸摸屏的出現應運而生，但一直未能成為主流的交互方式——尤其是在蘋果公司于2007年發布的首款iPhone引領了智能終端發展浪潮后，蘋果及iPhone所倡導的通過手直接作用于觸摸屏的交互方式，成為了眾多觸摸屏設備必備甚至唯一的選擇。“手”交互自然、便捷，在大部分對操作精度要求不高的場景下，都能獲得滿意的操作效果。2011年，觸控筆交互技術的專利申請量達到低谷。

然而，隨著智能終端計算和顯示能力的極大增強，其已開始代替個人電腦來執行辦公甚至是如專業繪圖等復雜的交互任務，而“手操作”時有限的操作精度和手段，成為了制約其在高級交互任務上應用的瓶頸。及至2012年大屏智能機逐漸流行，觸控筆交互技術也隨之成為專利布局的寵兒。

3.2 觸控筆交互技術重要申請人專利分析

三星和蘋果各類觸控筆交互技術專利申請量統計分別如圖2-3所示。

由圖2-3可知，三星及蘋果在觸控筆交互技術上的專利布局都側重于“檢測觸控筆接觸或接近觸摸屏”、“檢測觸控筆運動姿態”以及“通過判斷是觸控筆觸摸還是手指觸摸”來觸發相關交互上。

其中，三星在“檢測觸控筆接觸或接近觸摸屏來觸發相關交互”上涉及更多，一定程度上和其在屏技術上的優勢有關；而蘋果則更偏重于在“檢測觸控筆運動姿態來觸發相關交互”上尋找突破，探究更多更人性化的筆交互動作。

目前，三星推出的GALAXY Note系列產品中，Spen已經成為其標準配置；一向對觸控筆交互不看好的蘋果，也于2015年9月發布了適用于iPad Pro的觸控筆Apple Pencil。

觸控筆交互技術在經受了一段時期的冷落后，開始扮演越來越重要的角色。

4 結語

本文通過研究中文專利庫中與觸控筆交互技術相關的申請，將觸控筆交互技術作了技術分支細分，總結了觸控筆交互技術的發展進程和專利布局。■