GestIC-Windows 8下的3D手勢控制技術
- 周維棻
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1990年代初期，觸控板被引進做為筆記型電腦的使用者介面，而今日觸控板已經大幅取代軌跡球及等距式搖桿(isometric joystick)。觸控板技術已經升級至電容式感應，且具有多指觸控的功能。然而觸控板的位置選擇受到限制，且深度需要5~7mm，以至於筆記型電腦製造業者無法在設計上自由發揮。此外，觸控板僅是二維(2D)的輸入裝置。
Microchip的GestIC 3D手勢控制技術克服了上述限制，並使用電近場技術(Electric Near-field；E-field)。MGC3130單晶片解決方案能讓使用者利用手或手指靠近來控制裝置。MGC3130會產生一個特定區域的近場，能偵測發生在其中、任何來自一維(1D)觸摸的所有動作，並完成三維(3D)手勢辨識。基於Microchip的GestIC技術，MGC3130可提供無接觸3D位置追蹤、3D手勢辨識、接近偵測及控制功能。
GestIC技術是一種電近場感測技術，利用約100 kHz的載波頻率，對應的波長約為3公里。對波長來說，由於電極之間的距離很微小，磁場及輻射能量實際上是零，如此便能打造出純粹的準靜態(quasi-static)電近場，不受行動射頻的干擾。此外，產生的電近場不受週邊條件影響，例如光線、聲音、膚色、濕度等，即便是戴著手套也能控制。相形之下，光學、超音波或紅外線系統等3D輸入技術，較容易受到這些環境條件的負面影響。
MGC3130：手勢感測單晶片解決方案
MGC3130會計算感測區域中的使用者手部動作，並將之轉換為手勢及X/Y/Z位置數據。這個感測系統使用多達5個電近場接收電極，加上MGC3130的內建3D信號處理單元(Signal Processing Unit；SPU)及晶片上手勢資料庫(on-chip gesture library)，可提供明確的單晶片拓樸。
MGC3130晶片上的手勢資料庫被稱為Colibri Suite，可支援在晶片上處理的各種手勢應用，能大幅縮短開發週期並能加速上市時間。具有高達每秒200個位置(200 positions/sec)的位置更新速率，晶片能獲得十分充足的資料，可實現真正即時的手勢輸入指令控制。此一元件具有極低功耗的設計及多種功率模式，即使是使用電池供電的行動裝置也能讓3D感測功保持在開啟狀態，還能提供最低功耗、接近自動喚醒的功能。
MGC3130擁有整合的處理核心，手勢輸入由晶片處理後可提供給主機作為X/Y/Z位置數據、簡單的手勢語詞或接近資訊。透過使用者輸入方式使用第三維，此種革命性的新介面讓運作更為快速、簡單，且更為直覺。MGC3130的數位介面已被定義為可搭配多種硬體需求。它的4接腳為可程式化，能提供開發人員數據交換方式的選擇，例如I²C或 SPI。
MGC3130 Overkey3D：自由空間鍵盤控制(Free Space Keyboard Ccontrol)
在筆記型電腦或桌上型應用中，Microchip的MGC3130 GestIC Technology Overkey3D是控制使用者介面的另一種方式。藉由整合低成本GestIC Technology電極至鍵盤下，或是利用已採用GestIC Technology電極的鍵盤結構，創造一個3D感測空間。
此產品可整合手部位置及選擇控制功能的一體化鍵盤及輸入裝置，能針對Windows 8的控制提供更好方式，如此一來，雙手不再需要離開鍵盤區域，例如不再需要去觸碰螢幕以輸入指令。此解決方案支援自由空間的位置控制、自由空間的手勢偵測以及最低功耗的接近偵測，這些特性都由GestIC Technology Colibri Suite提供。
Microchip的MGC3130能實現單一偵測區域，也可支援在一個主？從架構中結合兩個晶片。如此一來，裝置製造業者便能選擇單一區域或是雙區域。MGC3130的最低功耗接近偵測，能啟用按鍵背光控制功能，可根據使用者的手或手指是否出現來立即切換按鍵LED的開啟？關閉。如此一來便不需要按鍵喚醒系統，進而提升使用便利性並減少整體功耗。
開發人員透過microchip.com/gestic上提供的GestIC Technology API便能利用MGC3130的豐富特性，完整記錄的API可支援適用於Windows系統的第三方開發軟體，創造豐富GestIC Technology API的世界。
GestIC Technology Overkey3D：適用於Windows 8的自由空間控制(Free Space Control)
筆記型電腦及一體成型PC正在尋找一種創新的人機介面(HMI)，以因應平板電腦及Windows在行動電腦市場中所掀起的洗牌效應。GestIC技術可以滿足此需求，讓筆記型電腦的HMI選項從傳統的選擇及2D定位提升至更高層級，進一步使用3D自由空間手勢辨識中的「第三維」來進行使用者輸入。
藉由偵測鍵盤上的手勢，GestIC Technology也支援Windows 8 metro style使用者介面(UI)。第三維的好處包括簡化操作、消除手腕的疲勞，並能減少使用者輸入的狀態轉換次數，增加速度及生產力。
藉由Windows 8的Metro面板，Microsoft引進了適用於傳統桌上型環境的UI層。Windows 8讓使用者利用觸控手勢控制應用程式及其他內容，然而在不具有觸控螢幕的系統中，例如在舊型硬體設備中安裝Windows 8後，使用者仍無法使用這些創新。
GestIC Technology手勢可被用來補強標準Windows 8使用者介面，如此一來，設備製造商便能為使用者提供具有「手勢捷徑」的最佳化系統，減少經常性任務所需的輸入指令次數，使用者的效率及滿意度將因此大幅提升。在不具觸控螢幕的系統中，GestIC Technology Overkey3D能讓使用者體驗Windows 8觸控使用者介面的好處。
GestIC Technology：3D感測
相較於光學系統在近距離應用中會面臨與角度相關的問題，在執行響應速度為50 frames/sec的簡單3D功能時，通常就需消耗500 mW。GestIC技術解決方案在更新速率高出許多的情況下，功耗僅是前者的十分之一。電場感測技術原理實現了新世代近距離、可獨立與環境互動的3D人機介面、即時的更新速率，且能提供符合今日行動裝置需求的功耗數據。
再者，電場感測所實現的整合型解決方案是隱藏在鍵盤之下，不會被使用者看到。總是面臨縮短開發週期壓力的設計人員，將能自GestIC技術的彈性架構中獲益。
此架構具有晶片上處理能力及晶片上手勢資料庫(Colibri Suite)，快速的解決方案能加速上市時間，且由於具有彈性記憶體架構，可支援元件的現場升級，保障業者的投資。 (本文由Microchip Technology HMID和先進輸入裝置部門亞太區行銷經理Andreas Guete提供，周維棻整理)
