創新使用者互動介面研究 (UIUI)

各位久等了，不好意思，這幾天有點忙，所以這篇有點慢才出來。在前一篇文章中我們已經瞭解了紅外光線，也瞭解了 DI (Diffused Illumination) 的背後原理，想必大家已經迫不及待想做一個 Table 來玩玩了。不過在這一章裡面先讓我們瞭解另外一個類似的作法 FTIR (Frustrated Total Internal Reflection)。
FTIR (Frustrated Total Internal Reflection) 的背後原理
雖然我們已經知道了 DI (Diffused Illumination) 的方式來實作 Table，然而多了解一種實作的方式，會讓你有多一種選擇。而 FTIR (Frustrated Total Internal Reflection) 的實作方式跟 DI (Diffused Illumination) 是有點類似的。FTIR (Frustrated Total Internal Reflection) 的實作方式是由 Jeff Han 在 2006 年提出的，他的論文在 UIST 這個 UI 的知名 Conference 上面也可以看到。讓我們來拆解一下 FTIR (Frustrated Total Internal […]

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這個 BCXSY 所製作的 Table 可有趣了，暫時沒想到什麼關聯，先放著。

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前面的文章中，我們談到了許多不同種的實作方式，最後由於整體考量我們選擇了 DI (Diffuse Illumination) 以及 FTIR (Frustrated Total Internal Reflection) 的方式來製作我們的多點觸控 (Multitouch) 桌面。而這兩種方式其實背後的原理都是相同的，它們都利用紅外線反射的原理來實作出來的。而瞭解紅外線的特性對於互動設計是有很大的幫助的，因為紅外線的一些特性的關係，許多互動設計都會利用到紅外光 (IR)。像是之前在 Blog 上面介紹的棒球互動設計，就是利用紅外光投射到人身上，並偵測反射的變動量來達成。

紅外線是什麼?

(圖片來源: 金龍俊科技股份有限公司)
我們知道太陽打出來的能量是以電磁波的形式所存在，而對於人類眼睛可見的能量範圍我們稱之為可見光。根據Wikipedia 上面的解釋:
「光域」通常指的是肉眼可 見的光波域，即是從400nm（紫）到700nm（紅）可以被人類眼睛感覺得到的範圍，一般稱為「可見光域」（Visible）。由於近代科技的發達，人 類利用各種「介質」（特殊材質的感應器），把感覺範圍從「可見光」部份向兩端擴充，最低可達到0.08～0.1nm（X-RAY, 0.8～1A），最高可達10,000nm（遠紅外線)
因此，我們知道，如果我們不是天賦異稟的人，我們所能感知到光的範圍應該不會超出「光域」的範圍太多。而瞭解了這個特性之後，我們就可以設計一種機制，讓機器 “只” 可以看到紅外光，而藉由感知到紅外光的變化量來做出改變。當然，你也可以說，我們不一定要用紅外光啊! 是這樣子沒錯，但是因為紅外光對於人類來說是看不到的，但是機器卻可以感知的到，有了這一層特性之後利用紅外光來建立互動桌面會方便的多。
當然，你也可以利用環境光源來建立互動桌面，但是環境光源由於並不穩定，因此你所製作出來的互動桌面也就無法穩定了。然而，用紅外光真的只有好處沒有壞處嗎? 其實不是，其實還是有副作用的。我在研究人眼追蹤 (Eye-Tracking) 儀器時，偶然發現，原來紅外光看久了會導致白內障。所以，在各位動手實驗之前，請勿將紅外光直射到自己的眼睛上頭。在後面我會一再強調這件事情，希望各位不要為了研究搞砸了身體，那我會感到非常愧疚的。
瞭解了紅外線是怎麼一回事之後，我們就可以解釋一下 DI (Diffuse Illumination) 以及 FTIR (Frustrated Total Internal Reflection) 的背後原理。當然，暸解背後原理到實際做出來還是有一段距離，說的跟做的還是會有一段差距的。這就是為什麼讀萬卷書要行萬里路的原因啊。
DI (Diffused Illumination) 的背後原理
我們先一步一步來拆解背後的原理，現在我們知道要做一個多點觸控 (Multitouch) 的桌面需要一個 “桌面”，這點毫無疑問是吧? 而我們又知道要利用紅外光 (IR) 反射的原理，因此，這個桌面好歹要是透光的。因此，我們已經知道需要兩個物件了，一個是透光的桌面，一個是紅外線投光器。關於透光的桌面，可以用玻璃或是壓克力都可以；而紅外線投光器的話，我在之後再介紹。

而手一接近桌子這個介面後，由於紅外線 (IR) 受阻，因此就會反射回來。

聰明的你就會知到，要在下面裝一個接受器，藉由這個可以感知紅外光線的接受器之後，我們就可以抓到手究竟是觸碰到桌子哪一個位置。而紅外線的接受器是什麼呢? 最普通也是最容易取的的就是紅外線攝影機 (IR Camera)。這時你會開始抱怨到，最好是紅外線攝影機 (IR Camera) […]

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我曾經在前面一篇文章提到要寫一系列的教學文來告訴大家如何製作硬體，因為我瞭解做軟體的人的瓶頸在於硬體，硬體解決之後，就是軟體人的天空了。而 Multitouch 這種新型態的介面在未來必定會成為一個趨勢，一個通用的介面，在國外已經有許多的研究機構開始大量投入人力研究了。因此，希望台灣對於 UI 研究有興趣的人也可以多加參與。其實在台灣已經有不少人做出了 Multitouch 的硬體，但是在 Google 上面一查，便會發現，中文的相關資料是非常稀少的。相較於國外的熱絡程度來說是有差距的。因此希望這一系列的教學文可以彌補這個遺憾。當然，並不是我特別懂，而我只是願意花些時間來寫寫這些文件而已。
誰在推廣 Multitouch:

在正式開始時實做之前，我要先介紹一些基本原理，以及一個團體 NUI (Natural User Interface)。NUI 是一個荷蘭 Geek 所發起的團體，他們對於 Multitouch 的介面推廣不留餘力，他們成員中的每一個人都會在 Blog 旁邊加上上面的那ㄧ個 Logo。他們不但公開他們的影體作法，也完全公開他們的軟體。對於他們無私的奉獻這是我深受感動的地方，他們似乎就只是為了推廣而推廣。
這邊先介紹幾個 NUI 靈魂人物的 Blog:

David Wallin: 主要負責 TouchLib 的開發，他似乎有很深的 Computer Vision 的知識
Laurence Muller : 非常積極投入新的 Multitouch App 的開發，以及修改 TouchLib
Adithya | Divesh: 兩位印度人，在 NUI 裡面非常活躍，時常回答大家的問題，他們 Build 一個自己的移動式 System
Paul D’Intino: NUI裡面的一個要角，積極投入 Multitouch 研究
Seth Sandler: 剛完成他的大學學位，主要是從事互動藝術，他 Focus […]

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偶然看到原來台灣有公司在製造 Multitouch 的硬體，這家公司叫做 EEEI，他們提供了數種方式來讓客戶挑選，有 IR、電阻、電容以及 surface acoustic wave (SAW) 。以下是他們設計的幾款 Demo 遊戲:

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看到 Microsoft Surface Table 之後，我想大家對這樣子的新型態操作介面應該會感到非常興奮才是。而 Mr. Monday 最近沒有什麼時間寫文章的原因，也就在於 Mr. Monday 在近日投入了大量的時間在研究創新的使用者介面。就在近日，Mr. Monday 利用了國外的資訊 (大部分是來自 NUI)，建立了自己的 Multitouch Table。當初看到國外研究時，Mr. Monday 就曾經跟自己約定過了，如果我弄出來後，我就會寫一篇教學，讓有興趣的人可以自己建立自己的硬體，而建立完成之後，剩下的軟體開發部份就是大家各自的天空了。而在上個月底，我完成了，我將會寫一系列的教學文在 UIUI 上面，有興趣的朋友可以收看 UIUI。Microsoft 說 Surface Table 要賣你一萬美金，Jeff Han 說他的大型多點觸控要賣你 10 萬美金，我說，你建立自己的 Table 只要 3000 塊台幣 (不含電腦/投影機)。

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方才在癮科技上面看到的:
Cubit這項即將開放原始碼的多重觸控桌技術了，Cubit是由女性設計師Addie Wagenknecht(曾於Apple工作過)和stefan hechenberger所帶領的NOR_/D藝術工藝設計中心與Eyebeam科技藝術中心所合作發起的計畫，使用他們的TouchKit所建造的多重觸控桌，不但支援Windows,Mac,Linux跨平台，還能夠把成本壓低到500到1000美金，相關的程式碼將會在他們的官方網站上公佈，而他們採用基礎-C++程式庫OpenFrameworks

去了他們的網站上面看了一下:
We are currently accepting pre-orders for the TouchKit. It is a prebuilt FTIR screen, software (computer vision, calibration, api), and instructions.
所以，他們的程式只 Supoort FTIR 的設計，了解這點是非常重要的，因為如果你的 Table 是要用 DI 的方式來建置的話，用這個 Lib 可能會讓你非常痛苦。所以呢，我還是推薦 NUI 的 OpenSource。
補充:

結果我發現這個小巧的裝置…用的是 DI…ㄜ…或許他們之前是用 FTIR Build，之後改成用 DI 了，這個 Table 壓得可真低，從影片當中可以看到，大概是 50 公分高而已。
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Jleitner 參加了法國的 Laval Virtual 2008 之後跟我們分享了一些心得，對於喜愛 Multitouch 的讀者千萬不能錯過。Laval Virtual 似乎是關於 Virtual Reality 的 Conference 而且是長期在法國舉辦。根據 Jleitner 的觀察，去年的會議上面只有他一個 Multitouch Table，今年則來了 8 個，看來 Surface Computing 真是當紅啊。而 8 個裡面有七個是用 FTIR 來實做，只有一個是用 DI，或許是 FTIR 能夠產生比較漂亮的 Blob。其實不止 Laval Virtual 在吹 Surface Computing 風，連 CHI 在今年也有 Surface Computing 的 Session，而 UIST 更是另闢了另外一個 Conference 叫做 TableTop Conference，今年是第三屆。
有些 Demo 有 video 有轉錄一下:
去年作者的 Demo:
[…]

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雖然我已經看過太多的 Music Table，不過當我看到 reacTogon 時還是大為驚嘆它的設計。從取名字上面來看，就知道它是跟 reacTable 致敬的一個作品，但是卻是有趣的太多，因為玩音樂還可以用到一些 loop、recursive 的原則…真是太有趣的。似乎是一個英國人做的。

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同樣還是 Yoichi Sato 的研究，這個名為 SnapLink 的計畫有趣多了。使用者可以把桌面當成 Scanner，這點跟 Blue Eye 有點相似，不過有趣的是，他還可以一邊看書，一邊跟實體的物體連結，這樣下次看到這一頁的時候，當時所照的照片就會顯現出來。另外看到書中有趣的東西也可以連結到網站上面去，不過資訊就是 predefine 就是了。這個研究有上 CHI 2001 Extended Abstracts
Demo Video
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