что такое световое перо

Что такое световое перо

Может показаться, что это обычная шариковая ручка или карандаш, поскольку похож на них. На самом деле световым пером называют специальный манипулятор. Световое перо (англ. light pen, также — стило, англ. stylus) — один из инструментов ввода графических данных в компьютер, разновидность манипуляторов.

Он отличается от карандаша или шариковой ручки тем, что к нему еще присоединен провод, который ведет в порт ввода-вывода или в видеоадаптер компьютера. И стоит только прикоснуться таким пером или провести линии по поверхности экрана на мониторе, как с его помощью будут введены определенные данные.

Такую работу можно выполнить с применением кнопок на световом пере. Можно и без них. Как правило, на световом пере есть одна или даже несколько кнопок. На них можно нажимать и тем самым удерживать перо.

В наконечнике пера установлен фотоэлемент. Именно он регистрирует изменение яркости экрана в точке, с которой соприкасается перо. За счет этого соответствующее программное обеспечение определяет позицию, которую указывает перо на экране. В зависимости от необходимости перо может интерпретировать её тем или иным образом. Преимущественно в качестве указания на отображаемый на экране объект или в качестве команды рисования.

Световое перо может функционировать с любыми ЭЛТ-экранами. Однако, чтобы повысить надежность работы, в люминофор экранов, которые изначально предназначены для работы с ним, вводят компоненты, светящиеся в невидимом, то есть инфракрасном диапазоне.

Кнопками на световом пере следует пользоваться точно так же, как на известном манипуляторе «мышь», когда необходимо выполнить дополнительные операции и включить дополнительные режимы.

Световое перо, предоставляющее возможность рисовать, что угодно, получило широкое распространение, когда столь же широко были распространены графические карты стандарта EGA. Напомним, что в них за редким исключением всегда были разъемы, необходимые для того, чтобы можно было подключить световое перо.

Кстати, необходимо подчеркнуть, что световое перо невозможно применять с обычными ЖК-мониторами. Обращаем внимание и на то, что световое перо может стать элементом дигитайзера, то есть графического планшета. В этом случае «полотном» для пера, на котором пишут или рисуют, становится не экран монитора, а поверхность планшета.

Источник

Военные США придумали световое перо, а теперь это Apple Pencil. Как 60 лет назад появился первый в мире стилус

Многие современные гаджеты стали логичным развитием старых устройств и технологий. Так произошло, например, со стилусами Apple Pencil.

Не все знают, что подобный способ взаимодействия с электроникой придумали и использовали 66 лет назад! Именно тогда начали активно применять световое перо в качестве средства ввода информации.

Световое перо (на англ. Light pen) – разновидность устройств ввода графической информации в компьютер. Гаджет имел вид шариковой ручки или карандаша и соединялся с системным блоком при помощи кабеля.

Пользователь мог взаимодействовать с данными на экране при помощи касаний световым пером или нажатий на кнопки, которыми оснащались некоторые модели.

Как работало это чудо техники

Для работы светового пера использовался довольно сложный алгоритм, который задействовал сам “олдскульный стилус”, электронно-лучевой монитор и видеокарту компьютера.

В наконечнике светового пера устанавливался чувствительный фотоэлемент, при поднесении к экрану он замерял яркость свечения монитора в месте прикосновения. Было важно не столько место касания к экрану пера, сколько его точное время.

Старые мониторы, основанные на принципе электронно-лучевой трубки, выводили изображение особым способом. В каждый момент времени они подсвечивали всего одну точку на экране. Через долю секунды подсвечивали уже следующую точку, затем еще одну и так далее.

Вот так выглядит процесс прорисовки картинки на ЭЛТ-экране при помощи замедленной съемки. Как видите, заметить прорисовку точек можно лишь при съемке в 28500 кадров в секунду!

Человеческий глаз просто не замечал этот процесс, а видел статическую картинку. Световое перо при этом засекало время свечения точки на экране с точностью до сотых долей секунды. Эта информация поступала в компьютер и синхронизировалась с данными графической карты, которая выводит изображение на монитор.

Сложный алгоритм определял место расположения светового пера относительно экрана, зная точное время подсветки располагавшихся возле него точек. Этот процесс происходил несколько раз в секунду. После обработки большого объема данных, система с точностью до миллиметра могла определить положение пера.

Касаться экрана при этом было не обязательно, сенсор срабатывал и на расстоянии нескольких сантиметров от монитора. Далее компьютер осуществлял действие в зависимости от используемого программного обеспечения. Это могло быть рисование или выделение имеющихся на экране объектов.

Позже в алгоритм обработки добавили синхронизацию с последним событием (действием пользователя или касанием экрана), что позволило определять позицию пера быстрее и точнее.

Световое перо придумали в военных целях

Первое световое перо разработали в 1955 году в Массачусетском технологическом институте (США) в рамках проекта Whirlwind. Это наполовину военная программа, целью которой было создание единого средства слежения за большими объемами воздушного пространства.

Предполагалось, что оператор должен быстро взаимодействовать с нужной точкой на экране без долгого перемещения курсора или ввода координат с клавиатуры. Так появилась идея светового пера для моментального определения желаемого места расположения курсора.

Работа со световым пером на компьютере IBM (1969 год)

В 60-х годах были выпущены универсальные модели светового пера, которые подключались и работали с популярными моделями компьютеров IBM 2250 и IBM 3270. Разработчики программного обеспечения быстро раскрыли потенциал нового гаджета.

При отсутствии манипулятора вроде современной мышки (они начали массово появляться лишь к середине 70-х годов) пользователю было неудобно работать с большими объемами информации. Текстовые и табличные редакторы тех времен предполагали долгий процесс перемещения курсора в нужную позицию при помощи кнопок на клавиатуре, что сильно затягивало рабочий процесс.

С появлением светового пера появилась возможность моментально переносить курсор в нужную позицию для взаимодействия с конкретными данными, а затем так же быстро возвращать курсор назад.

Как развивался первый стилус

Я впервые узнал о световом пере из детской книги “Энциклопедия профессора Фортрана” (1991 год)

Разумеется, ни о какой беспроводной передаче данных в те времена речи не шло. Разорвать световое перо и системны блок было невозможно. Аксессуар требовал питания и ежесекундно отправлял в компьютер данные для обработки.

Создать беспроводной аналог гаджета в то время не позволяли имеющиеся технологии.

Вместо этого разработчики начали совершенствовать способ взаимодействия пера с дисплеем. Мониторы, которые разрабатывались специально для работы со световым устройством ввода, оснащали дополнительным покрытием. Оно светилось в невидимом для человека ИК-диапазоне, такое свечение позволяло световому перу точнее и быстрее определять позицию своего касания к экрану.

С появлением и развитием компьютерных мышек, продвинутые модели светового пера начали оснащать одной или несколькими клавишами. Кнопки полностью дублировали соответствующие элементы на мышке и позволяли выполнять те же действия при помощи пера.

Развивающееся программное обеспечение предоставляло возможность рисовать при помощи светового пера. На большой функционал графических редакторов того времени рассчитывать не приходилось, но использование специальной “указки” позволяло нарисовать даже самую примитивную картинку в разы быстрее, чем при банальном описании координат для построения фигур и заливки их цветом.

Появился даже отдельный стандарт графических карт EGA, который предполагал наличие разъема для светового пера. Прямое подключение к графическому адаптеру сильно ускоряло процесс обработки информации и позиционирование курсора.

Дальнейшая эволюция светового пера

Очередной толчок технологии дало развитие программного обеспечения в 80-х годах. Тогда при создании компьютеров и музыкальных рабочих станций начали активно задействовать световое перо.

Популярные модели устройств Fairlight CMI, BBC Micro, Tandy 1000 и другие имели поддержку светового пера из коробки и часто комплектовались этим нужным аксессуаром. Пользователи могли создавать музыку и взаимодействовать с данными на экране при помощи пера, что было быстрее и удобнее мышки или клавиатуры.

Другой веткой развития светового пера стали игровые аксессуары для консолей того времени. Классические 8-битные приставки NES, Sega Master System и Atari XEGS в конце 80-х обзавелись новым оригинальным аксессуаром – световым пистолетом.

Устройство подключалось вместо одного из игровых контроллеров и работало по принципу светового пера.

После нажатия игроком на спусковой крючок на экране в зоне предполагаемой мишени отображалась кратковременная световая вспышка. Если фотоэлемент пистолета фиксировал ее, значит игрок поразил цель. Информация о попадании передавалась по кабелю в приставку, после чего следовало соответствующее действие в игре.

Легендарный NES Zapper для игровых приставок Nintendo

Если целей было несколько, вспышки появлялись поочередно и особенности светового пера по определению точного времени вспышки позволяли понять, куда именно попал игрок.

Подобные аксессуары вроде NES Zapper были знакомы и отечественным игрокам в виде световых пистолетов для приставок Dendy. Для подобных аксессуаров было выпущено несколько десятков разных игр.

Почему световое перо стало бесполезным

В начале 90-х разработчики уже упирались в потолок данной технологии. Диагональ мониторов и количество отображаемых точек на экране постоянно увеличивалось. Процессоры того времени просто не справлялись с точной и быстрой обработкой времени подсветки каждой точки на экране. Это приводило к тому, что условное “разрешение” светового пера было в два или три раза меньше количество подсвечиваемых точек на дисплее.

Так получалось определить только приблизительное место касания экрана, что делало гаджет удобным лишь для выделения объектов, но не для рисования или точного позиционирования курсора.

Кроме этого длительная работа со световым пером была невозможна из-за неестественного положения кисти и постоянной необходимости держать руку на весу. Так принцип взаимодействия (но не технологию захвата точки экрана) перенесли на графические планшеты, а в дальнейшем на карманные компьютеры и коммуникаторы.

Все это совпало с развитием жидкокристаллических (LCD) дисплеев в 90-х годах. Патенты на TN, STN, IPS и другие типы матриц появлялись еще в конце 80-х, а к концу 90-х на производство “плоских” экранов переориентировались многие производители мониторов и телевизоров.

Дело в том, что технология светового пера была несовместима с ЖК-матрицами. В более современных экранах не было необходимого для работы “стилуса” пучка электронов, по времени фиксации которых можно было определить точку взаимодействия с контентом.

Как появились стилусы и Apple Pencil

Графический планшет, который пришел на смену световому перу для художников и дизайнеров

С середины 80-х годов разработчики начали активно выпускать графические планшеты. Это альтернативное устройство ввода информации состояло из сенсорной панели и стилуса, напоминающего световое перо.

Никаких фотоэлементов здесь уже не было, сенсорная область имела чувствительную сетку, которая могла достаточно точно определять место касания стилуса и конвертировать это в нужное действие для операционной системы или приложений.

Так функции светового пера в равной степени разделили между собой мышки и графические планшеты. Первые чаще применялись для управления курсором, а стилус с сенсорной площадкой стал уделом художников и дизайнеров.

Один из первых коммуникаторов со стилусом – IBM Simon (1992 год).

С появлением карманных компьютеров, коммуникаторов и смартфонов снова возникла необходимость в дополнительном средстве управления. Экраны компактных гаджетов того времени составляли в среднем 3-4 дюйма, а интерфейс операционной системы содержал множество мелких элементов.

Управлять подобными устройствами без использования тонкой палочки было практически невозможно. Так начали появляться резистивные и ёмкостные экраны, активные и пассивные стилусы для них.

Развитие продолжалось до 2007 года, пока Стив Джобс не представил легендарный первый iPhone. В Apple показали, как нужно создавать интерфейс для комфортного управления пальцем и все производители начали массово избавляться от стилусов.

А в 2015 году, когда о стилусах забыли все (кроме пользователей Samsung Galaxy Note), купертиновцы представили переосмысленное видение гаджета в виде Apple Pencil. Устройство презентовали в качестве аксессуара для первой модели iPad с индексом “Pro”. Стилус уже был направлен не на управление интерфейсом, а использовался для творческих и профессиональных целей.

Разумеется, современный Apple Pencil не имеет абсолютно ничего общего со своим прародителем – световым пером. Их объединяет лишь привычный человеку способ ввода информации, схожий с письмом при помощи карандаша или шариковой ручки.

Интересная технология, которая изначально была на вооружении у военных, сейчас доступна практически каждому владельцу iPad.

Источник

Что такое световое перо

Тестов Никита Александрович aka Geners

Вот распиновка разъема на карте, к которому все и подключается

Надеюсь, назначение контактов ясно.

Теперь приведем одну из схем LPEN:

Сейчас введется разработка более простой схемы LPEN, и в скором времени она будет опубликована на сайте.

Переходим к описанию программной составляющей.

Видеоадаптер CGA создан на основе микросхемы Motorola 6845, а видеоадаптеры EGA и VGA используют специализированные БИС-ы. Хотя EGA и VGA имеют регистры, соответствующие регистрам CGA, некоторые из них располагаются по другим адресам и могут выполнять дополнительные функции. Например, видеоадаптеры EGA и VGA могут вызывать аппаратное прерывание по линии IRQ2 в начале каждого обратного вертикального хода луча. Кроме того, в каждом новом видеоадаптере расширяется набор используемых регистров.
Автору приходилось встречать карты Hercules выполненные на монокристалле (см. фотографию)

Большая часть регистров CGA доступна только для записи, что создает определенные проблемы, особенно для мультизадачных систем.
Доступ к большинству регистров видеоадаптеров осуществляется в два этапа: через один порт ввода/вывода выбирается номер интересующего вас регистра, а затем через другой порт ввода/вывода осуществляется обмен данными. Это позволяет сэкономить большое число портов процессора.
Ниже, в таблице 1, приведен список адресов регистров видеоадаптера CGA.

В таблице 2 приведены адреса памяти в зависимости от режима работы:

Регистр адреса «светового пера» (LPAR)

Доступ к регистру производится через порт 3DBh. Любая операция записи (OUT) в этот регистр сбрасывает триггер-защелку «светового пера».

Доступ к регистру производится через порт 3DCh. Любая операция записи (OUT) в этот регистр вызывает установку триггера-защелки «светового пера».

Обсудить статью в специально созданной ветке форума.

Опубликовано 22 августа 2005 г.

Дополнения или поправки на phantom@sannata.ru

Обсудить статью в форуме Оставить запись в гостевой книге.

База данных по старым компьютерам | Музей старых компьютеров | Конкурсные статьи и фото | Ссылки

Источник

Устройства ввода информации

Оптические мыши первого поколения

Оптические датчики призваны непосредственно отслеживать перемещение рабочей поверхности относительно мыши. Исключение механической составляющей обеспечивало более высокую надежность и позволяло увеличить разрешающую способность детектора.

Оптические мыши второго поколения

При нахождении мыши в состоянии покоя, что проявляется дрожанием указателя на экране, иногда с тенденцией сползания в ту или иную сторону.

Некоторые модели оборудуются двумя датчиками перемещения сразу, что позволяет, анализируя изменения сразу на двух участках поверхности, исключать возможные ошибки.

Лазерные мыши

В таких мышках вместо оптического датчика, использующего для подсветки полупроводниковый лазер. Такие мыши более надежны, разрешение выше, низкое энергопотребление, могут работать на стеклянных и зеркальных поверхностях. В отличии от оптических свечение лазера незаметно.

Индукционные мыши

Инерционные мыши

Инерционные мыши используют акселерометры (приборы, измеряющие проекцию кажущегося ускорения) для определения движений мыши по каждой из осей. Обычно инерционные мыши являются беспроводными и имеют выключатель для отключения детектора движений, для перемещения мыши без влияния на указатель.

Гироскопические мыши

Мыши с MEMS-датчиками

Мышь, использующая MEMS (микроэлектромеханические системы) для отслеживания движения также способна работать в пространстве. Вместе с тем, MEMS миниатюрнее гироскопов, поэтому такие мыши легче и меньше

Кнопки

Интерфейсы подключения устройств позиционирования

В беспроводных мышках используется выбор частоты, это мыши не имеющие сигнальный провод и питание от компьютера. При таком взаимодействии на манипуляторе устанавливается источник сигнала, соответственно на компьютере приемник сигнала.

Оптическое соединение это соединение использующее инфракрасное соединение, такая связь имеет один существенный недостаток: любое препятствие между мышью и приемником мешает работе.

Индукционные мыши такие мыши получают питание от индукционной рабочей площадки («коврика») или графического планшета. Стоит отметить, что рабочая площадка подключается кабелем, хотя и не мешает двигать мышь по рабочей площадке.

Световое перо

Внешне имеет вид шариковой ручки или карандаша, соединенного проводом с одним из портов ввода-вывода компьютера. Обычно на световом пере имеется одна или несколько кнопок, которые могут нажиматься рукой, удерживающей перо. Ввод данных с помощью светового пера заключается в прикосновениях или проведении линий пером по поверхности экрана монитора.

В наконечнике пера устанавливается фотоэлемент, который регистрирует изменение яркости экрана в точке, с которой соприкасается перо, за счет чего соответствующее программное обеспечение вычисляет позицию, «указываемую» пером на экране и может, в зависимости от необходимости, интерпретировать ее тем или иным образом, обычно как указание на отображаемый на экране объект или как команду рисования.

Также световое перо может быть элементом дигитайзера (графического планшета). В этом случае пером пишут или рисуют не по экрану монитора, а по поверхности планшета.

Графический планшет (Дигитайзер)

Первые графические планшеты, подобные современным, были представлены в 1964 году под названием «графакон» (от англ. Graphic Converter ).

Они содержали сетку тонких проволок, создающих последовательность слабых магнитных импульсов, которые улавливались пером, что позволяло определять текущее положение пера.

Принцип действия

В современных планшетах основной рабочей частью также является сеть из проводов (или печатных проводников), подобная той, что была в «Графаконах». Эта сетка имеет достаточно большой шаг (3-6 мм), но механизм регистрации положения пера позволяет получить шаг считывания информации намного меньше шага сетки (до 100 линий на мм).

По принципу работы и технологии есть разные типы планшетов. В электростатических планшетах регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под пером. В электромагнитных перо излучает электромагнитные волны, а сетка служит приемником. В обоих случаях на перо должно быть подано питание.

Фирма Wacom (англ.) создала технологию на основе электромагнитного резонанса, когда сетка и излучает, и принимает сигнал, а перо лишь отражает его. Поэтому в таком устройстве запитывать перо не нужно. Но при работе электромагнитных планшетов возможны помехи от излучающих устройств, в частности мониторов. На таком же принципе действия основаны некоторые тачпэды.

Также есть планшеты, в которых нажим пера улавливается за счет пьезоэлектрического эффекта. При нажатии пера в пределах рабочей поверхности планшета, под которой проложена сетка из тончайших проводников, на пластине пьезоэлектрика возникает разность потенциалов, что позволяет определять координаты нужной точки. Такие планшеты вообще не требуют специального пера и позволяют чертить на рабочей поверхности планшета как на обычной чертежной доске.

Кроме координат пера в современных графических планшетах также могут определяться давление пера на рабочую поверхность, наклон, направление и сила сжатия пера рукой.

Также в комплекте графических планшетов совместно с пером может поставляться мышь, которая, однако, работает не как обычная компьютерная мышь, а как особый вид пера. Такая мышь может работать только на планшете. Поскольку разрешение планшета гораздо выше, чем разрешение обычной компьютерной мыши, то использование связки мышь+планшет позволяет достичь значительно более высокой точности при вводе.

Характеристики

Применение

Графические планшеты применяются как для создания изображений на компьютере способом, максимально приближенным к тому, как создаются изображения на бумаге, так и для обычной работы с интерфейсами, не требующими относительного ввода (хотя ввод относительных перемещений с помощью планшета и возможен, он зачастую неудобен).

Кроме того, их удобно использовать для переноса (отрисовки) уже готовых изображений в компьютер.

Некоторые пользователи предпочитают небольшие графические планшеты компьютерной мыши за меньшую нагрузку на руку, как, например, и трекболы.

Ведущие производители: Acecad, Adesso, Aiptek, Genius, GTCO CalComp, Hitachi, Trust, Wacom.

Устройство TrackPoint II/III/IV

Устройство появилось в эксплуатации с октября 1992 года, не имеет подвижных частей, которые могли бы сломаться или загрязниться. Отличие моделей зависит от чувствительности, удобством использования, программного обеспеченья, изготовление разного материала (силиконовая резина, шероховатый материал).

TrackPoint позволяет достичь 20%-ного повышения производительности, особенно если пользователю приходится много работать с текстовыми редакторами, электронными таблицами и прочими офисными приложениями.

Устройство TrackPoint IV включает в себя дополнительную кнопку прокрутки и предоставляет возможность нажать на сам манипулятор.

Трекбол

Тачпад

Как и другие указательные устройства, тачпад обычно используется для управления «указателем», перемещением пальца по поверхности устройства. Тачпады имеют различные размеры, но обычно их площадь не превосходит 50 см?.

Принцип действия

Работа тачпадов основана на измерении емкости пальца или измерении емкости между сенсорами. Ёмкостные сенсоры расположены вдоль вертикальной и горизонтальной осей тачпада, что позволяет определить положение пальца с нужной точностью.

Поскольку работа устройства основана на измерении емкости, тачпад не будет работать, если водить по нему каким-либо непроводящим предметом, например, основанием карандаша. В случае использования проводящих предметов тачпад будет работать только при достаточной площади соприкосновения. (Попробуйте касаться тачпада пальцем лишь чуть-чуть). Влажные пальцы затрудняют работу тачпада.

Однако у тачпадов есть и ряд преимуществ, по сравнению с другими манипуляторами:

Джойстик

Дополнительные органы управления

Дополнительные колеса/ползунки, встречающиеся в дорогих джойстиках и предназначенные для управления различными дополнительными параметрами авиасимуляторов (например, шаг винта)

Источник