触控笔交互技术综述

冯敏科+陈欢

摘 要： 本文基于中国专利申请分析，对触控笔交互技术进行综述性介绍，通过技术领域细分和相关专利数据统计，总结了触控笔交互技术的发展脉络。

关键词： 触控笔；交互；技术综述；专利分析

1触控笔交互技术

顾名思义，触控笔交互技术即使用触控笔在相关设备上进行交互操作的技术。本文关注触控笔所特有的交互方式，即排除使用触控笔代替手或手指进行常规交互操作的情况——如简单的触摸、长按、划动等。

2 触控笔交互技术分类

本文将触控笔特有的交互技术分为以下六类：

模拟笔划笔锋——检测触控笔在触摸屏上书写时的状态，如触控笔与触摸屏的接触压力、面积、时间等，利用所检测的书写状态控制显示相应粗细的笔划，模拟出笔锋，以增强书写及绘图体验。

增强触觉反馈——采用可伸缩笔尖，提供与施力点相应的触觉反馈，便于用户明确当前的交互环境和交互状态，提高操作目的性和流畅性。

检测触控笔拔出或插入容置槽来触发相关交互——当触控笔处于收纳于容置槽中的状态时，往往代表用户不需要进行触控笔操作；而当触控笔处于离开容置槽的状态时，也常常意味着用户当前需要使用触控笔；因此，通过传感器对触控笔与容置槽的分离状态进行检测，结合交互环境来判定用户当前的操作意图，并自动触发相应交互操作，可以达到快速启动用户想要执行的命令的效果。

检测触控笔接触或接近触摸屏来触发相关交互——通过触摸屏及附设的接近传感器，可以检测触控笔接触或接近触摸屏的状态。与触控笔从容置槽中拔出一样，当触控笔接触或接近触摸屏时，通常也意味着用户即将进行触控笔交互操作；更具体地，当触控笔接触或接近触摸屏上的某一对象时，意味着需要对该对象进行操作。

检测触控笔运动姿态来触发相关交互——通过触控笔内置传感器或触摸屏上附设的传感器来检测触控笔的各种运动姿态，如平移、倾斜和旋转等，来操控触摸屏上的交互元素，如二维界面或三维模型等。

通过判断是触控笔触摸还是手指触摸来触发相关交互——通过检测触控操作体与触摸屏的接触面积或温度等，来判断当前触摸操作体是手（或手指）还是触控笔，进而根据判断结果执行不同的指令。该技术主要用于防止在使用触控笔进行操作时手（或手指）的误触，以提高触控笔操作流畅度；也可用于触发设置不同操作体对应的交互环境。

将触控笔作为摇杆来进行操控——摇杆操作具有容错误差大，及便于多方向交互的特点；触控笔作为一种笔型输入装置，具有与摇杆类似的外形结构；因而可将触控笔通过终端上的固定接口或特定结构与触摸屏组合，构成摇杆以实现摇杆式操控。

3 触控笔交互技术统计分析

3.1 各类触控笔交互技术申请量统计分析

各类触控笔交互技术历年申请量如图1。

由图1可知，2008-2016年间，涉及触控笔交互技术的专利申请量总体上处于震荡状态，但各年间相差并不大，这也反映了触控笔交互技术的发展现实：触控笔交互技术伴随触摸屏的出现应运而生，但一直未能成为主流的交互方式——尤其是在苹果公司于2007年发布的首款iPhone引领了智能终端发展浪潮后，苹果及iPhone所倡导的通过手直接作用于触摸屏的交互方式，成为了众多触摸屏设备必备甚至唯一的选择。“手”交互自然、便捷，在大部分对操作精度要求不高的场景下，都能獲得满意的操作效果。2011年，触控笔交互技术的专利申请量达到低谷。

然而，随着智能终端计算和显示能力的极大增强，其已开始代替个人电脑来执行办公甚至是如专业绘图等复杂的交互任务，而“手操作”时有限的操作精度和手段，成为了制约其在高级交互任务上应用的瓶颈。及至2012年大屏智能机逐渐流行，触控笔交互技术也随之成为专利布局的宠儿。

3.2 触控笔交互技术重要申请人专利分析

三星和苹果各类触控笔交互技术专利申请量统计分别如图2-3所示。

由图2-3可知，三星及苹果在触控笔交互技术上的专利布局都侧重于“检测触控笔接触或接近触摸屏”、“检测触控笔运动姿态”以及“通过判断是触控笔触摸还是手指触摸”来触发相关交互上。

其中，三星在“检测触控笔接触或接近触摸屏来触发相关交互”上涉及更多，一定程度上和其在屏技术上的优势有关；而苹果则更偏重于在“检测触控笔运动姿态来触发相关交互”上寻找突破，探究更多更人性化的笔交互动作。

目前，三星推出的GALAXY Note系列产品中，Spen已经成为其标准配置；一向对触控笔交互不看好的苹果，也于2015年9月发布了适用于iPad Pro的触控笔Apple Pencil。

触控笔交互技术在经受了一段时期的冷落后，开始扮演越来越重要的角色。

4 结语

本文通过研究中文专利库中与触控笔交互技术相关的申请，将触控笔交互技术作了技术分支细分，总结了触控笔交互技术的发展进程和专利布局。■