盘点3D Touch上那些鲜为人知技术积淀

和以往不同，在MWC 2016前夕发布的三星S7和LG G5均没有搭载类似iPhone的3D Touch功能。回想起上年的iPhone 6s发布会之后，外媒纷纷爆出三星S7将搭载压感屏的消息，直到半年后左右的今天，我们看到除了苹果、华为、中兴和金立以外，其它手机厂商对压感屏的态度依然是观望居多，可见如今他们对于iPhone的态度也不再只是一味地跟风，拥有了自己对产品的想法，什么功能应该借鉴，什么功能应该观望或者抛弃。侧面也反映了如今的苹果那些创新设计功能相比当年的一呼百应，也渐渐变得没有那么大的行业号召力了，尤其是拿第一代iPhone的多点触控技术和如今的3D Touch相比，巧合的是，这两种技术其实都是和手机屏幕的触控层有关，今天就让我们聊聊手机屏幕上面那些和触控有关的故事。

我们先来回顾一下在屏幕术语那么多 这些你真的能分清楚吗提到的下面这张屏幕体系的结构图：

屏幕技术对应屏幕结构关系图

上期文章：揭示康宁大猩猩玻璃耐刮却不耐摔的秘密，主要和广大读者介绍手机屏幕最外层——保护层（保护玻璃）的那些技术，本期我们继续往深层次的屏幕结构迈进——触控层。严格意义来说，如上图所示，贴合技术（第三列）和触控层（第二列）存在着部分交集，同时由于触控层内容也比较丰富，受篇幅所限，小编单独将“贴合技术”单独出来，留作今后再探讨，本文我们只讨论触控层（第二列）的技术。

触控层要说的远不止3D Touch和Force Touch这两种压感屏技术，小编想考考各位读者，触控屏幕仅仅是指电容式触控屏吗？还记得小编入行之前，触控屏幕手机（俗称直板手机）还并没有一统江湖，和翻盖机、滑盖机三足鼎立的时候，电容屏手机，尤其是多点触控的机型，和电阻式、电磁式的触控屏幕手机相比，还只是崭露头角。

后来，采用电容屏技术手机凭借耐刮、多点触控、响应速度灵敏、显示效果更佳等特性，最终成功取代了电阻屏和电磁屏手机，成为了智能手机的全新发展趋势。接下来，我们就先从触控屏幕这三大派系聊起吧。

电容屏、电阻屏、电磁屏

电容屏、电阻屏、电磁屏

电容屏、电阻屏和电磁屏区别

电容屏：通过覆盖在手机上的X-Y电极网格工作，通过比较所有电极的测量值，就可以准确定位手指的位置。具体来说，当手指靠近触控屏上电极时，人体电场、用户和触控屏表面形成了一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，手指接触屏幕吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置信息。

电阻屏：采用两层镀有导电功能的ITO(铟锡氧化物)透明电阻膜，电阻膜本身具有一定的透明度与耐用性，两片ITO薄膜设有微粒支点，屏幕在未被压按时，两层ITO薄膜间有一定的空隙（绝缘层），处于未导电的状态。当操作者以指尖或笔尖压按屏幕时，压力将使外层的ITO薄膜内凹，因变形而使两层ITO薄膜接触导电，再通过侦测X轴、Y轴电压变化换算出对应的压力点，完成整个屏幕的触按处理机制。

电磁屏：提到电磁屏，往往想起电磁笔和手写笔，然后就是S Pen，最后联想起三星Galaxy Note系列那块屏幕，三星在电容屏基础上再追加一块电磁屏，用于感应S Pen的书写，这就是为什么三星Note 5既能够使用手指进行触控操作，同时又能够使用S Pen进行书写操作的原因。和我们常见的电容屏或电阻屏不同，其基本原理是通过一支电磁笔发射电磁信号，和显示屏幕背后的电磁感应板进行交互，当电磁笔靠近触控屏时，触控屏后面的电磁感应板会感应到笔的电磁信号从而使电磁感应板下的感应线产生变化（磁通量发生变化），注意，和操作电阻屏时候，导体和屏幕需要直接接触不同，电磁笔和电磁感应板之间无须接触，通过电磁感应即可进行交互，这也是为什么在三星Note 5上，手指和S Pen能够无视覆盖在电容屏和电磁屏表面的大猩猩保护玻璃，分别操控这两层触控层面板。简而言之，电磁屏就是根据水平方向和垂直方向的天线阵列接收信号，通过磁通量的变化计算获得笔所在的X、Y坐标位置。顺带一提，比较知名的电磁笔供应商有Wacom，微软Surface Pro前两代平板都是采用他们家的手写笔。

电磁屏和手写笔构造

另一方面，如上图（右边）所示，电磁笔/手写笔在经过了这些年的演变，引入了“压感”的内容，能够模拟人执笔写字时候的真实用力大小，也就是线条之间可以根据执笔时候按压力度不同，产生粗细不同的现象，从刚开始的256级进化到如今的2048级，原笔迹输入、绘图等操作都能够在电磁屏和手写笔的协助下轻松完成。需要说明的是，这项功能其实是通过在电磁笔内部加装“压力传感器”完成的，当人执笔时侯额外对电磁笔（笔尖）施压，让手写笔内部“压力传感器”感受到压力之后，将数据传回手机/平板电脑的处理器，从而计算出对应的力度大小，最终在电磁屏上以粗细不同的线条客观反映出来。

电磁笔和电容笔

如上图所示，Surface Pro 3和三星Note 4标配的手写笔都是电磁笔，而底部那种经典的圆形橡胶头手写笔则是电容笔，至于电阻笔比较容易DIY，只要是坚硬一点的尖锐物体（不刺穿屏幕为前提）都能够充当电阻屏手写笔，例如闲置的钢笔和圆珠笔。

单点触控和多点触控

单点触控和多点触控

在第一代iPhone诞生之前，多点触控技术其实早已存在，但是在当时没有运用到消费类电子产品中，是乔帮主和拥有这项生产技术的LCD厂商沟通成功，获得产能空档，从而能够让其搭载在小尺寸的、玻璃材质的iPhone屏幕上。从那个时候开始，电容触控屏幕和多点触控技术被广泛引入到智能手机领域，有一个小小误区，很多伙伴认为电阻屏是单点触控的，电容屏是多点触控的，有的电阻屏也能够实现多点触控，有的电容屏只能够实现单点触控。

自电容和互电容特性对比

电容屏根据使用的电容类别不同可以分为自电容屏和互电容屏，只有互电容屏才能实现多点触控。如上图所示，自电容优势在于感应距离能够长达20mm，手指可以近距离悬空操作屏幕，缺点就是无法实现多点触控。相反，互电容虽然无法实现悬浮触控那种科幻用户体验，但是却能够实现多点触控。这两种电容其实是能够同时运用在手机上面的触控屏的，从而兼顾悬浮触控和多点触控技术，下文将会举例。现在先来分享一下两种电容屏幕的技术原理。

自电容和互电容结构对比

如上图所示，自电容屏幕的单个电容器体积相对更大，进行触控感应时候，手指一般是一整行和一整列地选中整个电容器，反观互电容屏幕，更像上述提及的电阻屏，手指选中电容屏时候仅仅选中某条X轴和某条Y轴的交汇点（单个电容器），而不会一整列或者一整行地选择，换句话说，还是上面这张图，相同面积下 ，左边的自电容屏能够容纳8个电容器（4个纵向，4个横向排列），右边的互电容屏则需要容纳16个电容器，是自电容屏2倍，也就是每一个X轴和Y轴交叉的位置代表一个电容器。

只要是电子元件，无论是以前小编的文章中提及过的屏幕像素还是摄像头感光粒子，都会存在互相干扰的问题，彼此之间的空隙不够大，这种干扰现象越发明显。类比到触控屏上，互电容屏由于电容器彼此之间距离不够大，导致电容器体积不能够做到像自电容那么大，最终电容器的电场会减弱，信号强度不高，探测指尖位置的能力也下降，这也是为什么当手指在互电容屏上悬浮时候，电容器无法感应到微弱的之间触控信号。

相比之下，单个电容器体积更大的自电容屏，具有更强的电场和信号强度，除了在手指定位时候会以一整行和一整列方式选中电容器，还能够实现悬浮触控功能，信号够强，指尖能够在不触摸屏幕的情况下依然被电容器识别到。从而引出下文我们提及到的“鬼影问题”。

互电容能够通过X和Y轴的交汇处唯一地确认手指的位置，当两根手指同时触控在屏幕上，两个点是唯一的，并不会出现歧义，自电容屏则不同。我们举个例子，如下图所示，两根手指同时触控在屏幕时候，手指A选定了X1和Y0两列，手指B选定了X3和Y2两列，单独看，好像和互电容屏并没有什么区别。我们尝试一下将两张图重叠在一起。

什么是“鬼影节点”

重叠之后，如上图所示，我们发现四条线段除了选中了两个正确的节点（红色圆圈区域）以外，还选中了两个“鬼影节点”（蓝色矩形区域），最终系统就会判断错误，用户究竟选中了哪两个点？明明只有两根手指，为什么存在着四个电流变化的节点，这就是自电容无法实现多点触控的原因。同理可得，自电容能够实现的悬浮触控也只能够存在在单点触控的范畴，多点触控是无法同时实现悬浮触控的。

悬浮触控

悬浮触控

接着咱们简单介绍一下悬浮触控，手机领域以索尼和三星为代表，比较早就开始推悬浮触控技术，不过效果并不乐观，可能是实现的功能比较少，对用户操作精度比较高。微软本来也有意思在15年推出的Lumia 950 XL和Lumia 950上用上悬浮触控，可能是技术上相比之前并没有重大突破，最终在发布时候并没有搭载上这项功能。

在索尼Xperia sola（MT27i）发布时候，索尼自豪地推出了magic of floating touch这项黑科技，其实就是悬浮触控技术，内置浏览器和动态桌面支持该技术。当指尖悬空在手机屏幕上方一段小距离时候，桌面的Xperia系列壁纸能够产生跳动般的视觉体验，相比索尼Xperia SP（M35h）机身上的灵动炫彩带更加拉风。这项技术和Cypress Technologies合作研发，索尼同时引入两种电容传感器：自电容和互电容，接触屏幕的时候实现多点触控（调用互电容），悬浮触控时候实现单点触控（调用自电容）。

索尼悬浮触控技术

类似地，三星S4上Air View（浮窗预览）也是利用了悬浮触控技术。之前在三星Galaxy Note II上崭露头角，后来移植到三星S4上，这一次不需要S Pen也能够实现类似的功能。Air View能够通过手写笔/手指悬浮在屏幕上方，即可预览邮件内容，放大字体，或者切换浏览器窗口。

Air View设置选项

信息预览

信息预览

信息预览

压感屏

压感屏（3D Touch和Force Touch等）

虽然，悬浮触控最终并没有成为主流技术搭载在如今的旗舰机上，但是苹果将其转世投胎，用在了3D Touch上面。也就是本文开端，小编在一张图上列出的其中一项压感屏技术，小编认为，压感屏其实就是悬浮触控的优化版。

无论是苹果、华为，还是中兴和金立，现阶段压感屏能够实现的功能其实大同小异，消费者不是嫌弃悬浮触控技术要求的操作精度过高，对手指的悬空距离有太大的限制吗？苹果索性把自电容模块去除，直接在多点触控屏幕（互电容）上实现悬浮触控能够实现那些功能，例如预览信息、图片、邮件等操作。接下来，我们看看各家厂商在压感屏上都设计了哪些功能提升用户体验。

iPhone 6s系列

iPhone 6s上面的3D Touch

3D Touch核心就是Peek和Pop两大操作

毫无疑问，iPhone的3D Touch再一次带来了人机交互的操作革命，从iOS诞生之初，多点触控屏幕开始让果粉们养成使用“点按”动作完成日常操作，到后来iOS7，苹果开始明确引导果粉们使用“滑动”替代“点按”完成大部分操作，在iPhone 6s上，苹果充分融合“点按”和“滑动”这两种动作，为“点按”操作引入“Peek”（轻按）和“Pop”（重压）两种按压力度，不同按压力度除了能够触发不同的系统反馈（例如预览或者打开Apps内容），部分Apps还能够配合“滑动”操作，实现更多丰富有趣的功能。下面我们简单介绍一下3D Touch一些应用场景。

利用Peek操作进行邮件预览

利用Peek可以预览网页链接（无须打开网页）

利用Peek操作预览相册中相片

利用Peek操作预览短信息地址在地图位置

Peek操作显示“电话”这个App对应的快捷操作

利用Peek操作预览桌面中那些App快捷操作

将“Peek”和“滑动”这两种操作结合

更多Peek和Pop的应用场景

3D Touch功能虽然丰富，但是无形中增加了用户学习的成本，需要在购买iPhone之后花时间钻研不同的Apps在Peek和Pop两种操作间的不同，有时候就会产生混乱，不知道什么时候用Peek，什么时候用Pop,关键还是下文即将提到的触控反馈机制，这块集成了3D Touch技术的触控屏幕，其中一层结构称为Taptic Engine，通过振动反馈让用户知道刚刚的“点按”操作是Peek还是Pop，但是大部分果粉都认为这种反馈不够直观，依然很难界定刚刚按下去的时候究竟是Peek还是Pop操作。综上所述，即使拥有Taptic Engine负责触控反馈，消费者仍然觉得3D Touch并不能为用户体验带来多少便利，期待未来的进一步优化。

iPhone 6s压感屏构造

接下来，我们看看iPhone 6s上这块屏幕构造。如下图（苹果官网截图）所示，实现3D Touch最关键的核心部件就是电容式传感器，一般多点触控电容屏幕，例如iPhone 6，只能够检测用户手指是否放在了触控屏上，而无法感应到按压力度的大小。而根据上文电磁屏和手写笔的原理，在手写笔加装压力传感器即可感受到这种按压力度反馈，iPhone 6s其实也类似，不过将压力传感器做成了单独一层屏幕结构，集成在显示屏背光层中，用于测量压力的细微变化。

iPhone 6s压感屏构造

最后回到上文提及的悬浮触控问题，iPhone 6s借助压力传感器，去除了索尼和三星悬浮触控技术上的自电容设计，但是依然能够实现短信息、相片、邮件等预览功能，让“悬浮触控”从噱头变成了接地气儿的实用功能，当然，这时候3D Touch，在小编看来也不再像“悬浮触控”那样科幻和拉风，只有期待未来技术上成熟，苹果或者友商重新考虑将这种交互体验从3D Touch还原成“悬浮触控”的实现形式。

华为Mate S

如今的华为在很多高新技术上已经持平国际厂商的研发水平，例如LTE Cat.12基带芯片，又或者是今天所说的压感屏技术，比iPhone 6s提前一点点发布了华为Mate S，让Force Touch相比3D Touch更早面世。华为的Force Touch技术只搭载在压感版的华为Mate S上，其它版本的华为Mate S或者最新旗舰华为Mate 8并没有配备这项技术。

华为Mate S（压感版）

相比3D Touch，华为为Force Touch引入了一项比较有趣的应用——趣味称重。实际体验中，虽然限制多多，而且精度并不准确，但是作为一项趣味性的试验，向消费者简单地介绍了Force Touch技术，这项App的作用已经达到了。

趣味称重

华为十分清楚3D Touch无法设置Peek和Pop按压力度的范围大小这个弊端，从而让有些消费者觉得Peek和Pop的力度区分还算明确，而有的消费者则经常出现想用Peek时候调用了Pop，想用Pop时候却调用了Peek情况。Force Touch提供了“按压习惯设置”选项，让花粉们自定义最适合自己的Peek和Pop按压力度，你的地盘你做主。

自定义按压习惯设置

Force Touch针对Emotion UI的虚拟导航栏问题作出了更佳的解决方案，在此之前，Emotion UI允许花粉们随时隐藏和显示底部的三颗虚拟按钮。引入Force Touch之后，消费者能够按压屏幕的底部边缘指定位置替代三颗虚拟键作用。这种设计对于习惯了Force Touch技术的花粉尤其贴心，既解决了三颗虚拟按键在屏幕内部碍眼的问题，又遵循了原生Android系统设计的理念。除此以外，按压屏幕左、右上角边缘位置还能打开自定义的快捷应用。是不是觉得似曾相识？还记得当年荣耀6 Plus推出的时候，华为曾经发布过一种官方贴膜吗？这种贴膜贴在荣耀6 Plus上之后，其实也是实现如下图所示的功能，只不过当时是在屏幕周边位置实现，现在则是直接把这些功能内嵌在屏幕里面。

用Force Touch替代虚拟导航栏

中兴AXON天机mini

中兴AXON天机mini（压力屏版本）

中兴AXON天机mini拥有众多版本，其中只有压力屏版本才配备类似3D Touch的技术。

中兴AXON天机mini也配备了3D触控

返回桌面也可以不用按“Home”键

类似3D Touch的Peek和Pop

对视频和相册的操作优化

快速预览Apps相关操作选项

3D密码

从上面的例子我们可以看到中兴的3D触控生态链还是搭建得比较完善的，除了一般的功能以外，还有一些比较有趣的亮点，例如3D密码。四位数字密码在早期iPhone用得比较多，当时被人吐槽安全性低，但是方便记忆，中兴则在此基础上引入了另一个纬度，输入四位数字密码时候，用户能够伴随着Peek（轻按）和Pop（重压）两种力度操作，将同一种数字密码组合出不同的密码类型。例如“1234”，设置密码时候，我们可以在按下“1”时候使用Peek力度，按下“2”时候使用Pop力度，按下“3”和“4”时候使用Peek力度，这样的话，即使大伙的密码都是“1234”，或者被别人看到了自己的密码，但是通过按压力度这种全新的隐性维度，能够将这些烂大街的数字密码变得既方便记忆又安全实用。

3D触控生态链

金立S8

金立S8

就在刚刚过去的MWC 2016发布会上，金立除了公布了全新的品牌Logo以外，还发布了金立S8，其中配备了压感屏技术。主要由快捷预览、快捷菜单、动态壁纸、侧压快捷栏四个功能模块组成。和3D Touch类似，根据按压力度不同，分为轻按（Peek）、重按（Pop）两个层级，在手机桌面，轻按图标快捷预览该Apps相关操作选项，重按打开该Apps。当按压手机侧边时候，能够快速打开常用自定义应用列表。

Edge bar（侧压快捷栏）

轻按图标快捷预览该Apps相关操作选项

为了提高触控反馈的交互体验，按压成功时候，系统会有相应的振动提示。这种设计类似nubia手机双击音量键时候实现“急速抓拍”功能，方便用户知道自己的操作是否触发成功，减少瞎等待时间。

3D Touch动感壁纸

总结：从电容屏和多点触控技术在手机上崛起，到悬浮触控诞生，最终进化成今天所看到的3D Touch等压感屏技术，无论是用上了压感屏技术的苹果、华为等厂商，还是为其前身——悬浮触控技术作出了贡献的索尼、三星，其实都在潜移默化，一步一个脚印地改变着智能手机的操作体验。

当我们抛弃电阻屏，在电容屏设计的手机和平板电脑上优越地玩起了“水果忍者”、“节奏大师”等游戏时候，当我们灵活地在电磁笔和手指之间任意切换，轻松地操作着微软Surface Pro系列平板和三星Galaxy Note系列手机时候，我们应该感谢手机屏幕上那些触控层技术，为我们的生活带来了前所未有的乐趣和便利。想当年小编第一次体验的那台电阻式平板电脑，把手指头敲疼之后，瞬间对其用户体验滑落到谷底，之后买了一台电容式平板电脑，发现用户体验确实不只差一点点，尤其是操作上灵敏度和多点触控体验。

YY一下，不知道是不是iPhone将三星当年的Air View改造成3D Touch之后深受果粉们欢迎，三星觉得心里不舒服，所以在MWC 2016上发布的三星S7系列两款旗舰中并没有搭载压感屏技术。