SMALL SCREEN DESIGN by Francesco Belloli

SMALL SCREENS DESIGN AND THE TECHNOLOGICAL HORIZON Francesco Belloli

DICHIRAZIONE DI ORIGINALITA’ Ho consegnato questo documento per l’appello d’esame del 17/04/09 del corso Interaction Design Theory 2 (Telecomunicazioni) tenuto da Gillian Crampton Smith con Philip Tabor alla Facoltà di Design e Arti, Università Iuav di Venezia. Per tutte le sequenze di parole che ho copiato da altri fonti, ho: a) riprodotte in corsivo, inoltre b) messo virgolette di citazione al loro inizio e fine, inoltre c) indicato, per ogni sequenza, il numero della pagina o lo URL del sito web della fonte originale. Per tutte le immagini che ho copiato da altri fonti, ho indicato: a) l’autore e/o proprietario, inoltre b) il numero della pagina o lo URL del sito web della fonte originale. Dichiaro che tutte le altre sequenze e immagini di questo documento sono state scritte o create esclusivamente da me. 07/04/09

SMALL SCREENS DESIGN AND THE TECHNOLOGICAL HORIZON Francesco Belloli

INDICE Introduzione

Current uses of advanced technologies in small screen design.The touchscreen interface

How these technologies work

Possible futures

Conclusione

Elenco fonti

INTRODUZIONE L’utilizzo di telefoni cellulari o di computer ultra-portatili oramai sta diventato d’uso comune per qualsiasi persona in questo paese. Le tecnologie applicate a questi dispositivi sono in continuo evolversi; la concorrenza tra le industrie produttrici e le richieste da parte un mercato sempre più esigente, li porta ad un livello sempre migliore e sempre più tecnologicamente avanzato. Parte molto importante di questi dispositivi è lo schermo; è l’interfaccia che insieme ai tasti ci permette di “dialogare” ed interagire con lo strumento che stiamo usando. Negli ultimi anni le tecnologie legate agli schermi di piccole dimensioni si stanno spostando sempre maggiormente sul touchscreen, eliminando quindi quasi totalmente l’utilizzo dei tasti. In questo mio approfondimento sugli schermi di piccole dimensioni, analizzerò l’utilizzo e il funzionamento degli schermi touchscreen, cercando infine di ipotizzare una possibile evoluzione di questa categoria di schermi.

CURRENT USES OF ADVANCED TECHNOLOGIES IN

SMALL SCREENS DESIGN

The touchscreen interface

Il touchscreen è uno display che è in grado di rilevare la presenza e la posizione di un contatto all’interno dell’area di visualizzazione dello schermo. Infatti il termine si riferisce al tocco o contatto di un dito o uno speciale strumento (penna) con il dispositivo. Questa tecnologia ha due principali attributi: - permette di interagire con ciò che viene visualizzato direttamente sullo schermo; - permette di farlo senza il bisogno di alcun dispositivo intermedio come i tasti o un joystick navigatore. Infatti, “toccando” questi schermi in corrispondenza di un' icona o di un link ipertestuale si attivano le funzioni sottostanti il dito.

Riconoscimento della posizione del contatto in un dispositivo touchscreen Il sistema individua il “contatto” attraverso le coordinate X e Y. Le tecnologie per individuare la posizione sono molteplici, nel cap 2 si approfondirà questo aspetto.

Lo si può quindi considerare come l’unione di un dispositivo di output (lo schermo) e un dispositivo di input (il sistema che rileva il contatto con lo schermo stesso, ricavandone la posizione). Questa tecnologia, vecchia ormai di quaranta anni, fu inventata da Samul Hurst nel 1971. Inizialmente questo dispositivo non era trasparente, ma nel 1977 lo stesso Hurst brevettò quella che oggi è la tecnologia maggiormente usata nei dispositivi touchscreen, ossia il metodo resistivo (vedi capitolo 2).

Primo esempio di touchscreen trasparente resistivo Prima di questo brevetto il touchscreen non esisteva in quanto il supporto non era trasparente, si trattava di un sensore tattile simile al trackped usato comunemente nei computer portatili.

Il touchscreen comincia ad essere applicato a dispositivi portatili solo una quindicina di anni orsono, soprattutto a game console, palmari e telefoni cellulari. Circa una decade prima che l’ iPhone fosse lanciato ( e altri dispositivi portatili di ultima generazione), IBM e Bell South lanciarono Simon, un dispositvo touchscreen che univa le funzionalità di telefono con quelle di palmare. Fu uno dei primi esempi di come questa tecnologia poteva essere usata in piccoli schermi. I primi esempi di touchscreen applicati a dispositivi portatili permettevano di eseguire semplici operazioni, come l’apertura e la chiusura delle applicazioni, sfogliare il menu e selezionare icone, il tutto tramite una speciale penna che doveva essere tenuta in mano. Tale penna facilitava il riconoscimento della posizione del contatto da parte del software.

Apple Newton MP Primo “personal digital assistant” dotato di touchscreen ad entrare nel mercato. Punto di forza di questo dispositivo era il riconoscimento della scrittura. Video: 336 x 240 1 bit (verdi) 1993

IBM Simon Primo “smartphone” che univa le caratteristiche di un cellulare, un PDA, un cercapersone e un fax. Non erano presenti tasti, perciò gli utenti usavano esclusivamente il touchscreen. Video: 160 x 293 B & N

Sony Ericsson P800 Smartphone di inizio millennio che adotta lo schermo touchscreen a colori. Video: 640 x 400 Colori 2001

1994

Il Multi-touch può rilevare la posizione di più punti simultaneamente.

Il multi-touch può interpretare una serie di movimenti delle dita. L’immagine figura l’operazione per scalare una mappa visualizzata sullo schermo. In questo caso, per rendere una mappa o un immagine più piccola è necessario appoggiare due dita sullo schermo e avvicinarle tra loro mantenendole aderenti alla superficie. Viceversa per ingrandire basta allontanarle tra loro.

Tuttavia con l’introduzione di tecnologie più avanzate, come l’ormai famosissimo multi-touch nel 2007, stiamo assistendo ad un notevole sviluppo del settore. Infatti la tecnologia multi-touch permette di rilevare la posizione e di prendere istruzioni da molteplici dita simultaneamente. Questo permette ovviamente di eseguire operazioni che generalmente avrebbero bisogno di più di un tasto: -il copia e incolla -il trascinamento degli oggetti sullo schermo o l’allargamento di una finestra -zoom in e zoom out. Quindi adottando questa tecnologia i dispositivi hanno le potenzialità di svolgere praticamente tutte le operazioni possibili: dallo scrivere, al giocare, al navigare sulla rete, al disegnare, ecc...

Infatti dispositivi come iPhone, il Blackberry Storm o HTC Dream sono considerati smartphone, ossia telefoni intelligenti che hanno caratteristiche avanzate, unite a un interazione semplice e immediata. Ovviamente l’ ampiezza dello schermo è di grandissima importanza. Il giusto connubio tra grandezza e praticità è fondamentale, soprattutto per dispositivi portatili. Uno schermo di grandi dimensioni permette un interazione migliore ma una cattiva praticità; viceversa un display troppo piccolo non facilita il “tocco” sullo schermo, impedisce una visulizzazzione soddisfacente ma è facilmente trasportabile.

HTC Dream Smartphone dotato di schermo da 3,2 pollici. E’ provvisto di una tastiera scorrevole di 5 righe per ovviare ai problemi di scrittura diretta sulla superficie dello schermo. Video: 480 x 320 65K colori 2008 Apple iPhone Esempio di feedback a vibrazione. L’ iPhone di default non presenta questo feedback aptico, ma con un plugin apposito il dispositivo può essere aggiornato. Schermo da 3,5 pollici. Video: 480 x 320 65K colori 2007

Uno dei problemi principali del touhscreen è sicuramente il feedback. Essendo una superficie liscia manca della classica risposta dei tasti, il feedback che ci da la sensazione di aver effettivamente digitato qualcosa. Le soluzioni proposte dalle varie industrie produttrici sono varie: -una vibrazione che accompgana la digitazione a schermo, -la trasformazione dell‘intero display in un unico grosso tasto che si comprime come fosse un tasto meccanico - segnale luminoso. Malgrado queste soluzioni, credo che una problematica che persiste ancora, sia la scrittura con il touchscreen.

Effettivamente una tastiera virtuale con l’aggiunta di un feedback a vibrazione non occupa spazio quando non la si usa; diversamente da una tastiera fisica però, si deve sempre guardare dove sono posizionate le dita, perchè non si ha nessuna sensazione sensoriale appoggiando le dita su di una superficie liscia. Inoltre il vetro sopra lo schermo di alcuni dispositivi potrebbe comportarsi come una lente, facendo apparire i bottoni in una posizione diversa da quella in cui sono realmente. Quindi alcune industrie come la HTC, sviluppa alcuni smartphone che hanno sia lo schermo tattile che la tastiera fisica, evitanto questo scomodo problema.

Malgrado questi piccoli inconvienenti, è innegabile che questa tecnologia entra pochi anni soppianterà quasi completamente le vecchie modalità di interazione a tasti; il piacere tattile e l’immediatezza del multi touch, la faciltà di navigazione all’interno dei software, l’ intuitività, unita alla bellezza estetica e a display che possono arrivare anche a 4 pollici, ha creato un grosso interesse da parte dell’utenza, e di conseguenza anche alle case produttrici di hardware portatili.

Apple iPhone Un esempio di grande versatilità della tecnologia multitouch. L’utente usando semplicemente due dita appoggiate allo schermo, riesce a giocare con un videogioco.

HTC Touch Diamond Esempio di homepage di uno smartphone touchscreen. Da questa schermata si può accedere a tutte le funzionalità del dispositivo grazie a un semplice tocco sullo schermo.

Tocco singolo

Toccare e tenere premuto

Scivolamento del dito

Trascinare

Rimpicciolire

Ingrandire

Alcuni gesti convenzionali del multitouch Attualmente questa variante del touchscreen è applicata solamente a pochi dispositivi, come l’ iPod, l‘iPhone o l’ HTC Dream sviluppato da Google.

Sony Walkman Il sistema di selezione dei brani del lettore musicale della Sony. Semplicemente trascinando il dito da destra/sinistra o sinistra/destra il menu musicale scorre; risulta quindi facile e immediata la selezione dei brani o delle librerie.

HOW THESE TECHNOLOGIES WORK

Analizzando più da vicino questo campo tecnologico sono rimasto molto sorpreso nel scoprire che i touchscreen possono essere realizzati in diversi modi, sfruttando a loro volta diverse tecnologie. I principali sono: -resistivo -onde acustiche -capacitivo -infrarossi -piezo-elettrici Tuttavia per motivi di spazio, di precisione nell’interazione e di consumi elettrici, gli schermi di piccole dimensioni adottano principalmente 2 di queste tecnologie: il metodo capacitivo e il resistivo.

TECNOLOGIA CAPACITIVA Un touchscreen capacitivo è costituito da un pannello di vetro ricoperto da uno strato di ossido di metallo trasparente nella superficie rivolta all’utente. Vengono posizionati agli angoli dello schermo dei circuiti che hanno il compito di creare un campo elettrico uniforme su tutta la superficie. Al tocco di un dito su questa superficie capacitiva, viene prodotta una variazione di campo elettrico che determina una caduta di tensione e quindi la localizzazione del punto di contatto tramite coordinate.

Gli elettrodi sono distribuiti uniformemente sotto tutto il display.

La tensione elettrica è applicata nei 4 angoli

E’ una tecnologia che ha i seguenti vantaggi: - grande precisione nel “tocco” - schermi molto trasparenti e quindi immagini molto chiare e luminose - non teme la sabbia, il grasso e l’umidità. Una nota piuttosto negativa, secondo il mio punto di vista, è il non funzionamento del touchscreen se si indossano guanti o si utilzza qualsiasi input non conduttivo. Questa tecnologia è l’unica finora in grado di supportare il multitouch.

Un chip “controllore” calcola la posizione del dito a seconda della caduta di tensione

Apple iPhone

Il tocco del dito attinge corrente proprzionalmente da entrambi i lati

L’ iPhone utilizza la tecnologia touchscreen capacitiva

Come funziona il multitouch CAPACITIVO - Il segnale viene spedito dal touchscreen al processore attraverso impulsi elettrici. -Il processore utlizza un software che analizza i dati e determina le caratteristiche di ogni contatto. - Ciò include la dimensione, la forma e la posizione della zona colpita sullo schermo. -Se necessario, il processore organizza i “tocchi” con caratteristiche simili in gruppi. - Se si sposta il dito, il processore calcola la differenza tra il punto di partenza e il punto di contatto attuale. - Il processore interpreta i gesti per determinare quale eventuale comando l’utente ha fatto. - Il processore invia le informazioni al software in uso. Se i dati grezzi ricevuti dal processore non corrispondono a nessun comando, il dispositivo elimina il segnale.

Rivestimento protettivo anti riflesso

Linee di rilevamento Materiale isolante Linee guida

Involucro protettivo Strato legante

Linee guida Linee di rilevamento

Substrato di vetro

Strato display LCD

Stratigrafia di uno schermo touchscreen CAPACITIVO Non in scala.

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TECNOLOGIA RESISTIVA I touch screen realizzati con la tecnologia resistiva sono schermi tattili composti da strati, ognuno ricoperto da una patina conduttrice sulla superficie interna. Gli strati interni conduttivi sono separati da punti separatori distribuiti regolarmente sull’area attiva. La pressione del tocco del dito causa un contatto elettrico, fornendo all’interfaccia elettronica tensioni analogiche proporzionali alle coordinate orizzontale e verticale. Le tensioni vengono convertite dal controller in segnali digitali. Questa tecnologia ha i seguenti vantaggi: - avere prezzi economici - grande precisione - possono essere utilizzati con input non conduttivi come dei pennini. - sopportano condizioni climatiche più estreme.

Strato protettivo morbido Punti separatori

Primo strato di circuito

Rivestimento conduttivo

Circuito strato inferiore Pannello di supporto in vetro o acrilico

Il tocco crea un contatto tra gli strati con rivestimento conduttivo

Il controller determina le coordinate attaverso il contatto elettrico causato dalla pressione del dito

Gli schermi sono però scuri e facilmente rovinabili. Inoltre non supportano il multitouch.

Rivestimento conduttivo

Strato protettivo morbido

I piccoli punti di plastica impediscono il contatto tra gli strati che conducono elettrcità. Se c’è pressione da parte di un dito o una penna avviene un contatto che forma una catena. L’ energia elettrica passando attraverso gli strati viene misurata al fine di determinare le coordinate del punto di contatto. Questo metodo non consente più di un contatto alla volta.

Nokia 5800 Il Nokia utilizza la tecnologia touschscreen resistiva che è compatibile anche all’uso del pennino. Grazie a questo viene reintrodotto dopo anni il riconoscimento della scrittura manuale.

TECNOLOGIA PIEZO-ELETTRICA Infine ritengo importante fare un’ultima considerazione su una metodologia touchscreen recentemente testata su di uno smartphone Blackberry. Tale metodo, chiamato piezo-elettrico, tende a risolvere i problemi di mancato feedback caratteristici del touchscreen. Infatti su questi schermi quando si esercita una pressione sul vetro (che è libero di muoversi), questo si abbassa di 1mm trasmettendo la pressione a quattro sensori piezoelettrici posti agli angoli. Tali sensori determinano un segnale. Lo schermo del BlackBerry Storm funziona quindi come un unico grande tasto che si abbassa quando si preme. Il problema principale è che premendo sul lato destro l’intero schermo si abbassa, e la stessa cosa sul lato sinistro; quindi ritengo sia solament una soluzione temporanea che necessita di ulteriori studi e sviluppi. Blackberry Storm Per ampliare il feedback dato dallo “schermo mobile”, quando si digita una lettera sulla tastiera questa si illumina.

POSSIBLE FUTURES

Le motivazioni che mi hanno spinto ad analizzare il campo tecnologico degli schermi di piccole dimensioni, ed in particolare il touchscreen, sono molto semplici. Inanzitutto sono rimasto veramente affascinato dalla possibilità, (grazie all’eliminazione dei tasti), di avere degli schermi di dimensioni tali da rendere i dispositivi portatili quasi dei “computer portatili”, quindi molto versatili. Il problema però sta nella “trasportabilità”. Credo che il mercato con il tempo tenderà a chidere smartphone sempre più potenti e sempre più vicini alle capacità e caratteristiche di un notebook. Si dovrà quindi anche aumentare le dimensioni dello schermo, per renderlo ancor più versatile ai più svariati utilizzi.

Questo è un punto che mi ha fatto molto pensare perchè secondo me, come accennavo nel capitolo 1, le strade da percorrere sono sostanzialmente due: - Creare schermi più grandi a scapito della praticità - Avere schermi di piccole dimensioni e quindi molto più pratici che però limitano le capacità del dispositivo. Mi sono chiesto allora, perchè non trovare un modo per creare dispositivi di piccole dimensioni ma con schermi grandi e versatili? La sfida che mi sono posto è proprio questa e in questo capitolo proverò ad immaginare e progettare come saranno i dispostivi portatili del futuro.

PROJECT & RECOGNIZE PR è una tecnologia innovativa che va applicata a dispositivi portatili come smartphone, PDA e game console. Permette di avere una riproduzione dello schermo proiettata su di una superficie piana. Questa proiezione sarà 5/6 volte più grande della grandezza del display e con una risoluzione che può arrivare a 640 x 480. Si basa su tre principi: - proietta - riconosci - esegui Ogni qual volta l’utente necessita di uno schermo più grande di quello touchscreen presente nel dispositivo portatile, può attivare il PR. Il PR consiste in un proiettore composto da un bulbo Led ad altissima luminosità e bassi consumi energetici, (inferiore a 100mW) che proietta il segnale dello schermo.

L’utente oltre a poter vedere immagini estremamente più grandi, può interagire e svolgere tutte le operazioni che normalmente farebbe sul piccolo schermo touchscreen. Questo grazie ad una piccola telecamera che è situata sopra il proiettore, che è in grado di riconoscere le coordinate e il tocco di un dito con la superficie piana. Il tocco, e quindi il comando vero e prorpio, non è riconosciuto tramite un contatto fisico del dito con la superficie proiettante, bensì calcolando visivamente quando spazio c’è lungo l’asse Z tra il dito e la superficie. Quando questo spazio è zero, allora vuol dire che c’è contatto. A questo punto il processore analizza i dati e li tramuta in comandi.

Camera che grazie al processore è in grado di riconoscere i movimenti dell’utente ed elaborarli in comandi.

Proiettore dotato di una luminosità di circa il 8-10 lumen e bassissimi consumi di corrente.

10 cm

14 cm

19 cm

Il proiettore La proiezione riproduce lo schermo in dimensioni nettamente maggiori rispetto al display LCD.

Utilizzo Per utilizzare il PR Ă¨ necessaria una superficie piana, o in alternativa verticale, su cui proiettare il segnale.

SLIDING SCREEN Sliding screen è una tecnologia che consente l’allargamento dello schermo touchscreen di dispositivi portatili. Consiste in tre schermi di spessore 0,5 cm cadauno, che scorrono uno sopra l’altro, al fine di formare un unico grande schermo. Quindi se chiusi si avrà l’ingombro di uno schermo solo con spessore di 1,2 cm. Se aperti formeranno un unico display più grande con spessore 0,4 cm. A questa altezza va aggiunto ovviamente il “corpo” del dispositivo. Ovviamente le opzioni di utilizzo e di apertura degli schermi sono molteplici. Con questa tecnologia la qualità del video sarà sempre ottimale e l’interazione sarà touch.

Modalità 1 In questa modalità sono “aperti” solamente due schermi, uno che funge da tastiera e l’altro da visualizzatore

Inoltre questo dispositivo prevede l’uso di attuatori piezoelettrici che possono dare un feedback a vibrazione vicino all’area di pressione. Il sistema è molto semplice, quando l’utente apoggia il dito sullo schermo per premere un tasto, riceverà una vibrazione localizzata solo sul’area del tasto premuto; è un modo questo per avere la conferma fisica e percettiva dell’avvenuta pressione.

Modalità 2 In questa modalità sono “aperti” tutti e tre gli schermi. Due schermi che fungono da visualizzatore, e uno da tastiera. Premendo un tasto l’utente sentirà una vibrazione localizzata.

CONCLUSIONE Ed eccomi giunto al termine di questo mio percorso su quello che era, che è, e che magari sarà, il design di schermi di piccole dimensioni. Già prima di affrontare questa ricerca ero molto affasinato da queste tecnologie che sostanzialmente stanno facendo cambiare il modo di vivere delle persone. Ora sta diventando normale interagire con uno schermo touchscreen, anzi, personalmente quando vedo un palmare o un cellulare con una miriade di tasti, sincermente sbuffo un po’ il naso. Con un semplice dispositivo grande quanto il palmo di una mano, possiamo accedere a infinite informazioni, dialogare, guardare la tv, giocare e lavorare. Inoltre la facilità d’interazione con questi dispositivi è così elevata che chiunque può utilizzarli, non ci sono più barriere! Credo sia questo un valido obbiettivo per il futuro, creare semplice e versatili dispositivi che siano in grado di soddisfare le più svariate esigenze. L’area di visualizzazione è perciò fondamentale, con uno schermo sufficientemente grande ma anche pratico si potranno creare dispoitivi ultra portatili ma anche ultra potenti e utili.

ELENCO FONTI: CAPITOLO 1 -Website: http://www.phonearena.com/htmls/Article-Touchscreen-technologies-in-phones-article-a_3067-p_2.html http://en.wikipedia.org/wiki/Touchscreen http://it.wikipedia.org/wiki/Famiglia_Newton_(Apple) -Libri: Dan Saffer, Designing Gestural Interfaces: Touchscreens and Interactive Devices, O'Reilly, 2008 CAPITOLO 2 -Website: http://solsie.com/2009/03/capacitive-touchscreens/ http://relaxdesign.wordpress.com/2006/08/04/tecnologia-touch-screen/ http://www.tomshw.it/digitrends.php?guide=20081013&page=blackberry-storm-01 http://hackaday.com/2008/11/23/blackberry-storm-click-screen-teardown/ http://www.3sulblog.com/2009/03/24/resistivo-vs-capacitivo-tecnologie-per-display-touchscreen-a-confronto/ http://electronics.howstuffworks.com/iphone.htm CAPITOLO 3 -Website: http://www.pcpro.co.uk/news/153237/mobile-phone-projectors-will-launch-this-year.html FOTOGRAFIE http://www.pcpro.co.uk/news/153237/mobile-phone-projectors-will-launch-this-year.html http://www.cellularitalia.com/prove/ericsson_P800.php http://relaxdesign.wordpress.com/2006/08/04/tecnologia-touch-screen/ http://www.flickr.com/ http://lukehutch.wordpress.com/2009/01/10/full-working-multitouch-on-the-t-mobile-g1-android-phone/ http://electronics.howstuffworks.com/iphone.htm http://www.phonearena.com/htmls/Article-Touchscreen-technologies-in-phones-article-a_3067-p_2.html http://cdecas.free.fr/computers/pocket/simon.php Le altre immagini presenti nel capitolo 3 sono state fatte o montate da me.