Многие современные гаджеты стали логичным развитием старых устройств и технологий. Так произошло, например, со стилусами Apple Pencil.

Не все знают, что подобный способ взаимодействия с электроникой придумали и использовали 66 лет назад! Именно тогда начали активно применять световое перо в качестве средства ввода информации.

Световое перо (на англ. Light pen) – разновидность устройств ввода графической информации в компьютер. Гаджет имел вид шариковой ручки или карандаша и соединялся с системным блоком при помощи кабеля.

Пользователь мог взаимодействовать с данными на экране при помощи касаний световым пером или нажатий на кнопки, которыми оснащались некоторые модели.

Как работало это чудо техники

Для работы светового пера использовался довольно сложный алгоритм, который задействовал сам “олдскульный стилус”, электронно-лучевой монитор и видеокарту компьютера.

В наконечнике светового пера устанавливался чувствительный фотоэлемент, при поднесении к экрану он замерял яркость свечения монитора в месте прикосновения. Было важно не столько место касания к экрану пера, сколько его точное время.

Старые мониторы, основанные на принципе электронно-лучевой трубки, выводили изображение особым способом. В каждый момент времени они подсвечивали всего одну точку на экране. Через долю секунды подсвечивали уже следующую точку, затем еще одну и так далее.

Вот так выглядит процесс прорисовки картинки на ЭЛТ-экране при помощи замедленной съемки. Как видите, заметить прорисовку точек можно лишь при съемке в 28500 кадров в секунду!

Человеческий глаз просто не замечал этот процесс, а видел статическую картинку. Световое перо при этом засекало время свечения точки на экране с точностью до сотых долей секунды. Эта информация поступала в компьютер и синхронизировалась с данными графической карты, которая выводит изображение на монитор.

Сложный алгоритм определял место расположения светового пера относительно экрана, зная точное время подсветки располагавшихся возле него точек. Этот процесс происходил несколько раз в секунду. После обработки большого объема данных, система с точностью до миллиметра могла определить положение пера.

Касаться экрана при этом было не обязательно, сенсор срабатывал и на расстоянии нескольких сантиметров от монитора. Далее компьютер осуществлял действие в зависимости от используемого программного обеспечения. Это могло быть рисование или выделение имеющихся на экране объектов.

Позже в алгоритм обработки добавили синхронизацию с последним событием (действием пользователя или касанием экрана), что позволило определять позицию пера быстрее и точнее.

Световое перо придумали в военных целях

Любопытно, что прародитель стилуса появился раньше сенсорных тачпадов, джойстиков (геймпадов) и даже раньше компьютерной мышки. По сути световое перо стало вторым массовым устройством ввода информации после клавиатуры.

Первое световое перо разработали в 1955 году в Массачусетском технологическом институте (США) в рамках проекта Whirlwind. Это наполовину военная программа, целью которой было создание единого средства слежения за большими объемами воздушного пространства.

Предполагалось, что оператор должен быстро взаимодействовать с нужной точкой на экране без долгого перемещения курсора или ввода координат с клавиатуры. Так появилась идея светового пера для моментального определения желаемого места расположения курсора.

Работа со световым пером на компьютере IBM (1969 год)

В 60-х годах были выпущены универсальные модели светового пера, которые подключались и работали с популярными моделями компьютеров IBM 2250 и IBM 3270. Разработчики программного обеспечения быстро раскрыли потенциал нового гаджета.

При отсутствии манипулятора вроде современной мышки (они начали массово появляться лишь к середине 70-х годов) пользователю было неудобно работать с большими объемами информации. Текстовые и табличные редакторы тех времен предполагали долгий процесс перемещения курсора в нужную позицию при помощи кнопок на клавиатуре, что сильно затягивало рабочий процесс.

С появлением светового пера появилась возможность моментально переносить курсор в нужную позицию для взаимодействия с конкретными данными, а затем так же быстро возвращать курсор назад.

Как развивался первый стилус

Я впервые узнал о световом пере из детской книги “Энциклопедия профессора Фортрана” (1991 год)

Разумеется, ни о какой беспроводной передаче данных в те времена речи не шло. Разорвать световое перо и системны блок было невозможно. Аксессуар требовал питания и ежесекундно отправлял в компьютер данные для обработки.

Создать беспроводной аналог гаджета в то время не позволяли имеющиеся технологии.

Вместо этого разработчики начали совершенствовать способ взаимодействия пера с дисплеем. Мониторы, которые разрабатывались специально для работы со световым устройством ввода, оснащали дополнительным покрытием. Оно светилось в невидимом для человека ИК-диапазоне, такое свечение позволяло световому перу точнее и быстрее определять позицию своего касания к экрану.

С появлением и развитием компьютерных мышек, продвинутые модели светового пера начали оснащать одной или несколькими клавишами. Кнопки полностью дублировали соответствующие элементы на мышке и позволяли выполнять те же действия при помощи пера.

Развивающееся программное обеспечение предоставляло возможность рисовать при помощи светового пера. На большой функционал графических редакторов того времени рассчитывать не приходилось, но использование специальной “указки” позволяло нарисовать даже самую примитивную картинку в разы быстрее, чем при банальном описании координат для построения фигур и заливки их цветом.

Появился даже отдельный стандарт графических карт EGA, который предполагал наличие разъема для светового пера. Прямое подключение к графическому адаптеру сильно ускоряло процесс обработки информации и позиционирование курсора.

Дальнейшая эволюция светового пера

Очередной толчок технологии дало развитие программного обеспечения в 80-х годах. Тогда при создании компьютеров и музыкальных рабочих станций начали активно задействовать световое перо.

Популярные модели устройств Fairlight CMI, BBC Micro, Tandy 1000 и другие имели поддержку светового пера из коробки и часто комплектовались этим нужным аксессуаром. Пользователи могли создавать музыку и взаимодействовать с данными на экране при помощи пера, что было быстрее и удобнее мышки или клавиатуры.

Другой веткой развития светового пера стали игровые аксессуары для консолей того времени. Классические 8-битные приставки NES, Sega Master System и Atari XEGS в конце 80-х обзавелись новым оригинальным аксессуаром – световым пистолетом.

Устройство подключалось вместо одного из игровых контроллеров и работало по принципу светового пера.

После нажатия игроком на спусковой крючок на экране в зоне предполагаемой мишени отображалась кратковременная световая вспышка. Если фотоэлемент пистолета фиксировал ее, значит игрок поразил цель. Информация о попадании передавалась по кабелю в приставку, после чего следовало соответствующее действие в игре.

Легендарный NES Zapper для игровых приставок Nintendo

Если целей было несколько, вспышки появлялись поочередно и особенности светового пера по определению точного времени вспышки позволяли понять, куда именно попал игрок.

Подобные аксессуары вроде NES Zapper были знакомы и отечественным игрокам в виде световых пистолетов для приставок Dendy. Для подобных аксессуаров было выпущено несколько десятков разных игр.

Почему световое перо стало бесполезным

В начале 90-х разработчики уже упирались в потолок данной технологии. Диагональ мониторов и количество отображаемых точек на экране постоянно увеличивалось. Процессоры того времени просто не справлялись с точной и быстрой обработкой времени подсветки каждой точки на экране. Это приводило к тому, что условное “разрешение” светового пера было в два или три раза меньше количество подсвечиваемых точек на дисплее.

Так получалось определить только приблизительное место касания экрана, что делало гаджет удобным лишь для выделения объектов, но не для рисования или точного позиционирования курсора.

Кроме этого длительная работа со световым пером была невозможна из-за неестественного положения кисти и постоянной необходимости держать руку на весу. Так принцип взаимодействия (но не технологию захвата точки экрана) перенесли на графические планшеты, а в дальнейшем на карманные компьютеры и коммуникаторы.

Все это совпало с развитием жидкокристаллических (LCD) дисплеев в 90-х годах. Патенты на TN, STN, IPS и другие типы матриц появлялись еще в конце 80-х, а к концу 90-х на производство “плоских” экранов переориентировались многие производители мониторов и телевизоров.

Дело в том, что технология светового пера была несовместима с ЖК-матрицами. В более современных экранах не было необходимого для работы “стилуса” пучка электронов, по времени фиксации которых можно было определить точку взаимодействия с контентом.

Как появились стилусы и Apple Pencil

Графический планшет, который пришел на смену световому перу для художников и дизайнеров

С середины 80-х годов разработчики начали активно выпускать графические планшеты. Это альтернативное устройство ввода информации состояло из сенсорной панели и стилуса, напоминающего световое перо.

Никаких фотоэлементов здесь уже не было, сенсорная область имела чувствительную сетку, которая могла достаточно точно определять место касания стилуса и конвертировать это в нужное действие для операционной системы или приложений.

Так функции светового пера в равной степени разделили между собой мышки и графические планшеты. Первые чаще применялись для управления курсором, а стилус с сенсорной площадкой стал уделом художников и дизайнеров.

Один из первых коммуникаторов со стилусом – IBM Simon (1992 год).

С появлением карманных компьютеров, коммуникаторов и смартфонов снова возникла необходимость в дополнительном средстве управления. Экраны компактных гаджетов того времени составляли в среднем 3-4 дюйма, а интерфейс операционной системы содержал множество мелких элементов.

Управлять подобными устройствами без использования тонкой палочки было практически невозможно. Так начали появляться резистивные и ёмкостные экраны, активные и пассивные стилусы для них.

Развитие продолжалось до 2007 года, пока Стив Джобс не представил легендарный первый iPhone. В Apple показали, как нужно создавать интерфейс для комфортного управления пальцем и все производители начали массово избавляться от стилусов.

А в 2015 году, когда о стилусах забыли все (кроме пользователей Samsung Galaxy Note), купертиновцы представили переосмысленное видение гаджета в виде Apple Pencil. Устройство презентовали в качестве аксессуара для первой модели iPad с индексом “Pro”. Стилус уже был направлен не на управление интерфейсом, а использовался для творческих и профессиональных целей.

Разумеется, современный Apple Pencil не имеет абсолютно ничего общего со своим прародителем – световым пером. Их объединяет лишь привычный человеку способ ввода информации, схожий с письмом при помощи карандаша или шариковой ручки.

Интересная технология, которая изначально была на вооружении у военных, сейчас доступна практически каждому владельцу iPad.

• До ←

  Apple расскажет о финансовых успехах 27 июля. Аналитики обещали рекорд продаж iPhone 12

• После →

  Вышла обновлённая iOS 15 beta 2 для разработчиков