Dispositivo apontador - Pointing device

Touchpad e um bastão apontador em um notebook IBM
Um antigo mouse 3D
Dispositivo apontador 3D

Um dispositivo apontador é um dispositivo de interface humana que permite ao usuário inserir dados espaciais (ou seja, contínuos e multidimensionais ) em um computador . Os sistemas CAD e as interfaces gráficas de usuário (GUI) permitem que o usuário controle e forneça dados ao computador usando gestos físicos , movendo um mouse portátil ou dispositivo semelhante pela superfície da área de trabalho física e ativando interruptores no mouse. Os movimentos do dispositivo apontador são repetidos na tela pelos movimentos do ponteiro (ou cursor ) e outras alterações visuais. Os gestos comuns são apontar e clicar e arrastar e soltar .

Embora o dispositivo apontador mais comum seja de longe o mouse, muitos outros dispositivos foram desenvolvidos. No entanto, o termo mouse é comumente usado como uma metáfora para dispositivos que movem o cursor.

A lei de Fitts pode ser usada para prever a velocidade com que os usuários podem usar um dispositivo apontador.

Classificação

Para classificar vários dispositivos apontadores, um certo número de recursos pode ser considerado. Por exemplo, o movimento, controle, posicionamento ou resistência do dispositivo. Os pontos a seguir devem fornecer uma visão geral das diferentes classificações.

  • entrada direta vs. indireta

No caso de um dispositivo apontador de entrada direta, o ponteiro na tela está na mesma posição física que o dispositivo apontador (por exemplo, dedo em uma tela de toque, caneta em um computador tablet). Um dispositivo apontador de entrada indireta não está na mesma posição física do ponteiro, mas traduz seu movimento na tela (por exemplo, mouse de computador, joystick, caneta em uma mesa digitalizadora).

  • movimento absoluto vs. relativo

Um dispositivo de entrada de movimento absoluto (por exemplo, caneta, dedo na tela de toque) fornece um mapeamento consistente entre um ponto no espaço de entrada (localização / estado do dispositivo de entrada) e um ponto no espaço de saída (posição do ponteiro na tela) . Um dispositivo de entrada de movimento relativo (por exemplo, mouse, joystick) mapeia o deslocamento no espaço de entrada para o deslocamento no estado de saída. Portanto, ele controla a posição relativa do cursor em comparação com sua posição inicial.

Um dispositivo apontador isotônico é móvel e mede seu deslocamento (mouse, caneta, braço humano), enquanto um dispositivo isométrico é fixo e mede a força que atua sobre ele (trackpoint, tela sensível ao toque com detecção de força). Um dispositivo elástico aumenta sua resistência à força com o deslocamento (joystick).

  • controle de posição vs. controle de taxa

Um dispositivo de entrada de controle de posição (por exemplo, mouse, dedo na tela sensível ao toque) altera diretamente a posição absoluta ou relativa do ponteiro na tela. Um dispositivo de entrada de controle de taxa (por exemplo, trackpoint, joystick) altera a velocidade e a direção do movimento do ponteiro na tela.

Outra classificação é a diferenciação entre o dispositivo ser fisicamente transladado ou girado.

Diferentes dispositivos apontadores têm diferentes graus de liberdade (DOF). Um mouse de computador tem dois graus de liberdade, ou seja, seu movimento nos eixos xey. No entanto, o Wiimote tem 6 graus de liberdade: eixos x-, y- e z para movimento e também para rotação.

  • estados possíveis

Conforme mencionado posteriormente neste artigo, os dispositivos apontadores têm diferentes estados possíveis. Os exemplos desses estados estão fora do intervalo, rastreando ou arrastando .

Exemplos

  • um rato de computador é uma indirecta , relativa , isotónica , posição-controlo , de translação do dispositivo de entrada, com dois graus de liberdade (x, y posição) e dois estados (tracking, arrastando).
  • uma tela de toque é um dispositivo de entrada de controle de posição direto , absoluto , isométrico , com dois ou mais graus de liberdade (posição x, y e opcionalmente pressão) e dois estados (fora do intervalo, arrastando).
  • um joystick é um dispositivo de entrada translacional indireto , relativo , elástico , de controle de taxa , com dois graus de liberdade (ângulo x, y) e dois estados (rastreado, arrastando).
  • um Wiimote é uma indirecta , relativa , elástica , a taxa-de controlo , de translação do dispositivo de entrada, com seis graus de liberdade (x, y, orientação z e x, y, posição Z) e dois ou três estados (acompanhamento, arrastando para orientação e posição ; fora do intervalo de posição).

Taxonomia de Buxton

A tabela a seguir mostra uma classificação de dispositivos apontadores por seu número de dimensões (colunas) e qual propriedade é detectada (linhas) introduzida por Bill Buxton . As sub-linhas distinguem entre intermediário mecânico (ou seja, ponta) (M) e sensível ao toque (T). Está enraizado no sistema motor / sensorial humano . Os dispositivos de entrada manual contínua são categorizados. As subcolunas distinguem dispositivos que usam controle de motor comparável para sua operação. A tabela é baseada no gráfico original do trabalho de Bill Buxton sobre "Taxonomias de insumos".

Número de Dimensões
1 2 3
Propriedade detectada Posição Rotary Pot Panela Deslizante Tablet e disco Tablet e caneta Caneta de luz Joystick flutuante Joystick 3D M
Touch Tablet Tela sensível ao toque T
Movimento Rotary Pot contínuo Esteira Mouse Trackball 3D Trackball M
Ferinstat X / Y Pad T
Pressão Sensor de Torque Joystick isométrico T

Modelo de três estados de Buxton

Este modelo descreve diferentes estados que um dispositivo apontador pode assumir. Os três estados comuns descritos por Buxton estão fora do alcance, rastreando e arrastando . Nem todo dispositivo apontador pode mudar para todos os estados.

Modelo Explicação
2 Transação Estadual
Um mouse é movido sem que o botão seja pressionado. Esse estado pode ser chamado de rastreamento , o que significa que o usuário apenas move o mouse sem interagir mais com o sistema. Se o mouse é apontado para um ícone e o botão é pressionado enquanto move o mouse, um novo estado denominado arrastar é inserido. Esses estados são mostrados na imagem "Transação em 2 estados" .
Fora de alcance e rastreamento
Se um tablet de toque, que é capaz de sentir ou não toque, for usado em vez de um mouse, o modelo de estado será diferente. Mais precisamente, isso significa que qualquer movimento do dedo para fora da tela está fora do alcance e não tem efeito no sistema. Somente quando o dedo toca a tela, o estado muda para rastreamento (Figura: "Fora de alcance e rastreamento" ).
Fora do alcance, rastreando e arrastando
Se for usada uma mesa digitalizadora com caneta, é possível sentir todos os três estados. Quando a caneta é levantada, ela está fora do alcance . Quando está dentro do alcance, o estado muda para rastreamento e o ponteiro segue o movimento da caneta. Aplicar pressão extra na caneta inicia o estado 2 de arrasto (Figura: "Fora do alcance, rastreio e arrasto" ).
Conjunto de estado 2
Ao usar um mouse de vários botões ou vários cliques, o Estado 2 pode ser dividido em um conjunto de estados, ou seja, pressionar diferentes botões leva a diferentes estados. Por exemplo, selecionar um objeto com o Botão 1 alterna para o estado Arrastar Original, enquanto o Botão 2 alterna para Arrastar Cópia . O mesmo vale para cliques múltiplos conhecidos do Windows : um clique em um objeto seleciona um objeto, clique duas vezes para abri-lo (Figura: "State 2 Set" ).

Lei de Fitts

A lei de Fitts (frequentemente citada como a lei de Fitts) é um modelo preditivo do movimento humano usado principalmente na ergonomia e na interação humano-computador. Esta lei científica prevê que o tempo necessário para mover rapidamente para uma área alvo é uma função da razão entre a distância ao alvo e a largura do alvo. A lei de Fitts é usada para modelar o ato de apontar, seja tocando fisicamente um objeto com a mão ou dedo, ou virtualmente, apontando para um objeto em um monitor de computador usando um dispositivo apontador. Em outras palavras, isso significa, por exemplo, que o usuário precisa de mais tempo para clicar em um botão pequeno que está distante do cursor do que para clicar em um botão grande próximo ao cursor. Assim, geralmente é possível prever a velocidade necessária para um movimento seletivo para um determinado alvo.

Formulação matemática

A métrica comum para calcular o tempo médio para completar o movimento é a seguinte:

Onde:

  • MT é o tempo médio para completar o movimento.
  • a e b são constantes que dependem da escolha do dispositivo de entrada e geralmente são determinadas empiricamente por análise de regressão.
  • ID é o índice de dificuldade.
  • D é a distância do ponto inicial ao centro do alvo.
  • W é a largura do alvo medida ao longo do eixo de movimento. W também pode ser considerado como a tolerância de erro permitida na posição final, uma vez que o ponto final do movimento deve estar dentro de ± W2 do centro do alvo.

Isso resulta na interpretação de que, como mencionado antes, alvos grandes e próximos podem ser alcançados mais rapidamente do que alvos pequenos e distantes.

Aplicação da Lei de Fitts no design de interface do usuário

Conforme mencionado acima, o tamanho e a distância de um objeto influenciam sua seleção. Além disso, isso afeta a experiência do usuário. Portanto, é importante que a Lei de Fitts seja considerada ao projetar interfaces de usuário. Abaixo, alguns princípios básicos são mencionados.

  • Elementos interativos
Os botões de comando, por exemplo, devem ter tamanhos diferentes dos elementos não interativos. Objetos interativos maiores são mais fáceis de selecionar com qualquer dispositivo apontador.
  • Bordas e cantos
Devido ao fato de que o cursor fica preso nas bordas e cantos de uma interface gráfica do usuário, esses pontos podem ser acessados ​​mais rapidamente do que outros pontos na tela.
  • Menus pop-up
Eles devem apoiar a seleção imediata de elementos interativos, a fim de reduzir o "tempo de viagem" do usuário.
  • Opções para selecionar
Em menus, como menus suspensos ou navegação de nível superior, a distância aumenta à medida que o usuário desce na lista. No entanto, em menus de pizza, a distância para os diferentes botões é sempre a mesma. Além disso, as áreas de destino nos menus de pizza são maiores.
  • Barras de tarefas
Para operar uma barra de tarefas, o usuário precisa de um maior nível de precisão e, portanto, de mais tempo. Geralmente eles dificultam a movimentação pela interface.

Ganho de exibição de controle

O Ganho de exibição de controle (ou ganho de CD) descreve a proporção entre os movimentos no espaço de controle e os movimentos no espaço de exibição. Por exemplo, um mouse de hardware se move em outra velocidade ou distância que o cursor na tela. Mesmo que esses movimentos ocorram em dois espaços diferentes, as unidades de medida devem ser as mesmas para serem significativas (por exemplo, metros em vez de pixels). O ganho de CD refere-se ao fator de escala desses dois movimentos:

As configurações de ganho de CD podem ser ajustadas na maioria dos casos. No entanto, um compromisso deve ser encontrado: com ganhos altos é mais fácil se aproximar de um alvo distante, com ganhos baixos isso leva mais tempo. Ganhos altos dificultam a seleção de alvos, enquanto ganhos baixos facilitam esse processo. Os sistemas Microsoft , macOS e X window possuem mecanismos implementados que adaptam o ganho do CD às necessidades do usuário. por exemplo, o ganho do CD aumenta quando a velocidade de movimento do usuário aumenta (historicamente conhecida como "aceleração do mouse").

Dispositivos apontadores comuns

Dispositivos apontadores de rastreamento de movimento

Mouse

Um mouse é um pequeno dispositivo portátil empurrado sobre uma superfície horizontal.

Um mouse move o ponteiro gráfico ao ser deslizado sobre uma superfície lisa. O mouse de esfera convencional usa uma bola para criar esta ação: a bola está em contato com dois pequenos eixos que são colocados em ângulos retos entre si. Conforme a bola se move, esses eixos giram, e a rotação é medida por sensores no mouse. As informações de distância e direção dos sensores são então transmitidas ao computador, e o computador move o ponteiro gráfico na tela seguindo os movimentos do mouse. Outro mouse comum é o mouse óptico. Este dispositivo é muito semelhante ao mouse convencional, mas usa luz visível ou infravermelha em vez de uma bola de rolagem para detectar as mudanças de posição. Além disso, há o mini-mouse , que é um pequeno mouse do tamanho de um ovo para uso com laptops ; geralmente pequeno o suficiente para ser usado em uma área livre do próprio laptop, é geralmente óptico , inclui um cabo retrátil e usa uma porta USB para economizar bateria.

Trackball

Um trackball é um dispositivo apontador que consiste em uma bola alojada em um soquete contendo sensores para detectar a rotação da bola em torno de dois eixos, semelhante a um mouse de cabeça para baixo: conforme o usuário rola a bola com um polegar, dedos ou palma do ponteiro na tela também se moverá. As tracker balls são comumente usadas em estações de trabalho CAD para facilidade de uso, onde pode não haver espaço na mesa para usar o mouse. Alguns podem ser presos na lateral do teclado e têm botões com a mesma funcionalidade dos botões do mouse. Existem também trackballs sem fio que oferecem ao usuário uma ampla gama de posições ergonômicas.

Controle de video game

Joysticks isotônicos são manípulos onde o usuário pode mudar livremente a posição do manche, com força mais ou menos constante.

Os joysticks isométricos são onde o usuário controla o manche variando a quantidade de força com que empurra, e a posição do manche permanece mais ou menos constante. Joysticks isométricos são frequentemente citados como os mais difíceis de usar devido à falta de feedback tátil fornecido por um joystick em movimento real.

Bastão apontador

Um bastão apontador é uma pequena saliência sensível à pressão usada como um joystick. Geralmente é encontrado em laptops incorporados entre as teclas G , H e B. Ele opera sentindo a força aplicada pelo usuário. Os botões do "mouse" correspondentes são comumente colocados logo abaixo da barra de espaço . Ele também é encontrado em mouses e alguns teclados de desktop.

Wii Remote

O Wii Remote, também conhecido coloquialmente como Wiimote, é o controlador principal do console Wii da Nintendo. Uma das principais características do Wii Remote é sua capacidade de detecção de movimento, que permite ao usuário interagir e manipular itens na tela por meio de reconhecimento de gestos e apontamento por meio do uso de acelerômetro e tecnologia de sensor óptico.

Rastreamento de dedo

Um dispositivo de rastreamento de dedo rastreia os dedos no espaço 3D ou perto da superfície sem contato com a tela. Os dedos são triangulados por tecnologias como câmera estéreo, tempo de vôo e laser. Bons exemplos de dispositivos apontadores de rastreamento de dedo são LM3LABS 'Ubiq'window e AirStrike

Dispositivos apontadores de rastreamento de posição

Tablet gráfico

Uma mesa digitalizadora com uma caneta

Uma mesa gráfica ou mesa digitalizadora é uma mesa especial semelhante a um touchpad, mas controlada por uma caneta ou stylus que é segurada e usada como uma caneta ou lápis normal. O polegar geralmente controla o clique por meio de um botão bidirecional na parte superior da caneta ou tocando na superfície do tablet.

Um cursor (também chamado de disco) é semelhante a um mouse, exceto que tem uma janela com uma mira para posicionamento preciso e pode ter até 16 botões. Uma caneta (também chamada de stylus) parece uma caneta esferográfica simples, mas usa uma cabeça eletrônica em vez de tinta. O tablet contém componentes eletrônicos que permitem detectar o movimento do cursor ou da caneta e traduzir os movimentos em sinais digitais que envia ao computador. "Isso é diferente de um mouse porque cada ponto do tablet representa um ponto na tela.

Stylus

Um smartphone sendo operado com uma caneta

Uma caneta é um pequeno instrumento em forma de caneta usado para inserir comandos na tela de um computador , dispositivo móvel ou mesa digitalizadora.

A caneta é o dispositivo de entrada principal para assistentes digitais pessoais , smartphones e alguns sistemas de jogos portáteis , como o Nintendo DS, que exigem entrada precisa, embora os dispositivos com entrada digital multitoque com telas sensíveis ao toque capacitivas tenham se tornado mais populares do que dispositivos com caneta em o mercado de smartphones.

Touchpad

Trackpad em um Apple MacBook Pro

Um touchpad ou trackpad é uma superfície plana que pode detectar o contato do dedo. É um dispositivo apontador estacionário, comumente usado em laptops. Normalmente, pelo menos um botão físico vem com o touchpad, mas o usuário também pode gerar um clique do mouse tocando no teclado. Os recursos avançados incluem sensibilidade à pressão e gestos especiais, como rolar movendo o dedo ao longo de uma borda.

Ele usa uma grade de eletrodos de duas camadas para medir o movimento dos dedos: uma camada tem tiras de eletrodos verticais que controlam o movimento vertical e a outra camada tem tiras de eletrodos horizontais para lidar com os movimentos horizontais.

Tela sensível ao toque

Um teclado virtual em um iPad

Uma tela sensível ao toque é um dispositivo embutido na tela do monitor de TV ou nas telas dos monitores LCD do sistema de laptops. Os usuários interagem com o dispositivo pressionando fisicamente os itens mostrados na tela, seja com os dedos ou alguma ferramenta de ajuda.

Várias tecnologias podem ser usadas para detectar o toque. Telas sensíveis ao toque resistivas e capacitivas têm materiais condutores embutidos no vidro e detectam a posição do toque medindo as mudanças na corrente elétrica. Os controladores infravermelhos projetam uma grade de feixes infravermelhos inseridos no quadro ao redor da própria tela do monitor e detectam onde um objeto intercepta os feixes.

Telas de toque modernas podem ser usadas em conjunto com dispositivos apontadores de caneta, enquanto aqueles alimentados por infravermelho não requerem toque físico, mas apenas reconhecem o movimento da mão e dos dedos em alguma distância mínima da tela real.

As telas sensíveis ao toque estão se tornando populares com a introdução de computadores palmtop como os vendidos pelo fabricante de hardware Palm, Inc. , algumas classes de laptops, smartphones móveis como HTC ou iPhone da Apple Inc. e a disponibilidade de drivers de dispositivos touchscreen padrão em os sistemas operacionais Symbian , Palm OS , Mac OS X e Microsoft Windows .

Dispositivos apontadores de controle de pressão

Joystick isométrico

Em contraste com um Joystick 3D, o stick em si não se move ou apenas se move muito pouco e é montado no chassi do dispositivo. Para mover o ponteiro, o usuário deve aplicar força ao stick. Representantes típicos podem ser encontrados nos teclados do notebook entre as teclas "G" e "H". Ao pressionar o TrackPoint , o cursor se move na tela.

Outros dispositivos

  • Uma caneta de luz é um dispositivo semelhante a uma tela de toque, mas usa uma caneta especial sensível à luz em vez do dedo, o que permite uma entrada de tela mais precisa. Quando a ponta da caneta ótica faz contato com a tela, ela envia um sinal de volta ao computador contendo as coordenadas dos pixels naquele ponto. Ele pode ser usado para desenhar na tela do computador ou fazer seleções de menu e não requer uma tela de toque especial porque pode funcionar com qualquer monitor CRT .
  • Arma leve
  • Palm mouse - segurado na palma da mão e operado com apenas dois botões; os movimentos na tela correspondem a um toque de pena, e a pressão aumenta a velocidade do movimento
  • Footmouse - às vezes chamado de toupeira - uma variante do mouse para aqueles que não desejam ou não podem usar as mãos ou a cabeça; em vez disso, ele fornece footclicks
  • Semelhante a um mouse é um disco, que, em vez de rastrear a velocidade do dispositivo, rastreia a posição absoluta de um ponto no dispositivo (normalmente um conjunto de retículos pintados em uma aba de plástico transparente saindo da parte superior do disco) . Discos são normalmente usados ​​para rastrear em trabalhos CAD / CAM / CAE e geralmente são acessórios para tablets gráficos maiores.
  • Dispositivos de rastreamento ocular - um mouse controlado pelos movimentos da retina do usuário, permitindo a manipulação do cursor sem toque
  • Mouse de dedo - Um mouse extremamente pequeno controlado por apenas dois dedos; o usuário pode segurá-lo em qualquer posição
  • Mouse giroscópico - um giroscópio detecta o movimento do mouse conforme ele se move no ar. Os usuários podem operar um mouse giroscópico quando não têm espaço para um mouse comum ou devem dar comandos enquanto estão em pé. Este dispositivo de entrada não precisa de limpeza e pode ter muitos botões extras. Na verdade, alguns laptops que funcionam como TVs vêm com mouses giroscópicos que se parecem e funcionam como controles remotos com telas LCD integradas.
  • Volante - pode ser considerado um dispositivo apontador 1D - consulte também a seção volante do artigo do controlador de jogo
  • Paddle - outro dispositivo apontador 1D
  • Jog dial - outro dispositivo apontador 1D
  • Yoke (aeronave)
  • Alguns dispositivos de entrada de alto grau de liberdade
  • 3Dconnexion - controlador de seis graus
  • Dispositivos apontadores discretos
  • teclado direcional - um teclado muito simples
  • Tapete de dança - usado para apontar locais brutos no espaço com os pés
  • Soap mouse - um dispositivo apontador portátil baseado na posição baseado na tecnologia de mouse óptico sem fio existente
  • Caneta laser - pode ser usada em apresentações como um dispositivo apontador

Referências