Понадобились тысячелетия, чтобы орудия труда эволюционировали от примитивного молота, который первобытный человек смастерил из палки и камня, до сложных механизированных инструментов. На этом фоне процесс развития интер­фейсов взаимодействия человека с компьютером оказался моментальным, потому крайне насыщенным и сложным. Мы расскажем о развитии интерфейсов ввода от архаичных до ультрасо­временных и попытаемся пред­угадать, какими они станут в ближайшем будущем.

Сначала была клавиатура

Первым по-настоящему «человеческим» инструментом управления персональным компьютером стала клавиатура. Приказания компьютеру отдавались при помощи стандартизированных текстовых директив, вводимых в командную строку. Рождение клавиатуры состоялось еще в XIX веке, когда американец Кристофер Шоулз запатентовал свое изобретение – пишущую машинку. В конце того же столетия в США были разработаны раскладки клавиатуры, использующиеся до сих пор: латинская QWERTY и, как ни странно, кириллическая «ЙЦУКЕН».

С тех пор клавиатуры практически не претерпели изменений. Ввод данных посредством клавиш впервые начал применяться в компьютере ENIAC (Electronical Numerical Integrator and Computer), построенном в 1946 году по заказу Вооруженных сил США для баллистических расчетов. В 1965 году инженеры компаний General Electric и Bell приступили к соз­данию операционной системы MULTICS (Multiplexed Information and Computing Service). Ее отличительной чертой стал видеотерминальный режим работы: пользователи получили возможность видеть и редактировать текст непосредственно во время набора. В конце 1970-х годов началась массовая популяризация персональных компьютеров – офисные работники и просто энтузиасты охотно переходили на ПК именно из-за сходства раскладки кла­виатуры с пишущей машинкой. А многие модели компьютеров того времени (к примеру, недорогие Amiga 500 и ZX Spect­rum) внешне выглядели как клавиатура: отдельного системного блока для материнской платы, процессора и памяти в них не было предусмотрено.

С началом эры компьютеров унифицированной архитектуры IBM PC клавиатуры выделились в самостоятельные периферийные устройст­ва; их производством начали заниматься многие компании: Cherry, Focus Electronic, Key­Tronic и др. Современные модели клавиатур отличаются друг от друга различными параметрами – размерами (например, тонким дизайном), защитными функциями (например, нечувствительностью к пролитой жидкости), наличием подсветки, дополнительных программиру­емых клавиш и т.п.

Чем хуже – тем лучше

Мало кто знает, но QWERTY получила распространение из-за ее... неоптимальности. Нетрудно заметить, что часто используемые литеры (например, A, T, P) расположены на периферии клавиатуры – это снижает скорость ввода. Дело в том, что при высоких скоростях набора, которые обеспечивались более рациональными раскладками, молоточки пишущих машинок просто не успевали возвращаться на место и цеплялись друг за друга. А раскладка QWERTY снижает максимальную скорость настолько, что зацепы становятся редкими. При использовании пишущих машинок это помогало, но в компьютерную эру стало явным анахронизмом. Увы, многочисленные попытки сменить раскладку на более оптимальную, провалились из-за противодействия множества машинисток, журналистов и писателей, накрепко привыкших к QWERTY и не желавших переучиваться.

Наиболее распространенной альтернативной QWERTY стала раскладка Дворака, обеспечивающая более высокую скорость набора, меньшую усталость оператора и возможность набирать текст одной рукой. Активным пропагандистом данной раскладки стала компания Apple, но заметных успехов не добилась. Стоит отметить, что мировой рекорд по скорости набора – 212 слов в минуту – достигнут именно на клавиатуре с раскладкой Дворака.

Зверек-революционер

В 1963 году Дуглас Энгельбарт, работавший в Стенфордском исследовательском институте, создал первую компьютерную мышь на основе двух перпендикулярно расположенных колес. Спустя пять лет манипулятор в сочетании с примитивным графическим интерфейсом (graphical user interface, сокращенно – GUI) был показан широкой публике на Калифорнийской выставке достижений в области электроники, но не снискал коммерческого успеха: концепция намного опережала свое время.

Возросшая производительность персональных компьютеров позволила в 1973 году программистам из лаборатории Xerox PARC дополнить командную строку графическим интерфейсом. Разработка под названием WIMP, включавшая Рабочий стол, окна, ярлыки и раскрывающиеся меню, была реализована в компьютере Xerox Alto. В начале 1980-х годов сложность управления компьютером через командную строку вынудила производителей искать доступную альтернативу. Тут-то и вспомнили про разработку Энгельбарта двадцатилетней давности.

Первым компьютером, комплектовавшимся мышью, стал анонсированный в 1981 году Xerox 8010 Star Information System. Но стоил он до неприличия дорого – за одну только мышь просили $400. Идею подхватила компания Apple, тогдашний лидер и главный новатор рынка ПК. В 1983 году «яблочные» выпустили компьютер Lisa с мышью, цена которой была уже $25.

Тандем мыши и графического интерфейса произвел настоящий фурор: обучение работе за компьютером занимало минимум времени – ведь уже не требовалось зазубривать сотни текстовых команд. В 1985 году увидела свет Windows 1.0, которая была не полноценной операционной системой, а лишь графической надстройкой над MS-DOS. Тем не менее именно она положила начало целому семейству операционных систем компании Microsoft, которые на десятилетия фактически стали синонимом словосочетания «графический интерфейс». В Win­dows 95 появились панель задач и кнопка «Пуск», дополнившие «оконный» интерфейс операционной системы и ставшие неотъемлемой частью всех последующих версий редмондской ОС. Компьютерная мышь также похорошела: замена шарика на оптический сенсор сделала ее более точной, а интернет-бум прибавил к двум кнопкам (подтверждения команды и вызова контекстного меню) еще и колесо прокрутки страниц. Все популярнее в последние годы становятся радио­мыши, лишенные провода – а ведь именно этот атрибут в свое время подарил манипулятору «животное» название.

Дизайн мыши, который в последние 10 лет оставался фактически стабильным, изменили 3D-манипуляторы. Ярким представителем линейки трехмерных мышей является устройство 3Dсon­nexion SpacePilot PRO, разработанное специально для дизайнеров трехмерных моделей. Джойстик с ше­стью степенями свобо­ды позволяет вращать, наклонять, приближать и отдалять объекты на экране компьютера, а обилие дополнительных кнопок дает возможность быстрее выполнять типичные операции. Нашлись сторонники трехмерных мышей и среди геймеров – ведь такие манипуляторы позволяют управлять игровыми персонажами с завидной точностью.

Пример работы в командной строке

Приведем пример простейшей операции, выполняемой в командной строке Windows 7. Запустить командную строку можно, набрав в строке поиска слово «cmd». Чтобы скопировать аудиофайл Song.mp3 из папки C:\Users\%username%\Music\ в C:\Users\%username%\Videos\, достаточно в командной строке выполнить следующую ­команду:



(регистр букв не играет роли). Согласитесь: не очень-то удобно, особенно с длинными именами папок и файлов. Однако многие утилиты для административных целей (тонкая настройка системы, информационная безопасность, восстановление данных) не имеют графической оболочки, так что работать с ними приходится в командной строке. Поэтому, несмотря на то что командную строку сегодня не назовешь инструментом первой необходимости, она до сих пор является неотъемлемой частью операционных систем для настольных ПК: Windows, Mac OS X, Linux и др.

На перекрестке реального и виртуального миров

Дополненную (расширенную) реальность можно смело назвать интерфейсом завтрашнего дня – пока он делает лишь первые шаги на массовом рынке. Технология позволяет перенести виртуальные объекты в реальное окружение. Для этого устройство с поддержкой дополненной реальности (планшет или смартфон) сначала снимает окружающую среду на камеру, а затем накладывает новые объекты на начальную картинку. Реализовать это на практике довольно трудно, ведь нужно в режиме реального времени точно совместить фоновое изображение и виртуальные объекты, зачастую объемные и подвижные. Пока дополненная реальность активно применяется лишь в играх для Apple iPhone и iPad, Android-смарт­фонов и портативной консоли Nintendo 3DS.

Сила прикосновения

Увы, у столь совершенной, казалось бы, мыши имеется два су­ще­ственных недостатка: низкая скорость и невысокая точность позиционирования. Ее вес сковывает движения руки, поэтому точно и быстро совместить курсор с элементом управления не так уж легко. А что если воспользоваться естественной координацией движений человека? Что может быть естественнее, чем просто ткнуть пальцем в нужный элемент? Так возникла идея встроить чувствительное к нажатиям поле прямо в экран компьютера. Она была реализована в 1972 году в рамках проекта PLATO IV.
Новорожденный сенсорный дисплей оснастили ИК-излучателями и ИК-датчиками, составлявшими сетку 16х16 блоков. Даже столь невысокая точность предоставляла пользователю невиданную по тем временам интер­активность взаимодействия с электронным устройством. Отныне многие модели компьютеров и прочей потребительской электроники оснащались сенсорными экранами, но по-настоящему массовой технология смогла стать лишь в 2000-х годах – благодаря взрывному росту рынка карманных компьютеров и мобильных телефонов.

В настоящее время наиболее распространены два типа сенсорных экранов: емкостный и резистивный.

У емкостных под стеклянной панелью расположена сетка, образованная прозрачными тонкими электродами, подающими на проводящий слой небольшое переменное напряжение. При касании экрана появляется утечка тока. Изменения тока регистрируются датчиками – таким образом определяются координаты точки касания. Сенсорные экраны, основанные на резистивной технологии, встречаются все реже. Управлять устройствами, оснащенными подобным дисплеем, можно как пальцем, так и стилусом либо иным предметом. Основными недостатками сенсорных панелей такого типа являются относительно быстрый износ и невысокая прозрачность.

Резистивный сенсорный экран состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны, пространство между которыми заполнено микроизоляторами. При нажатии на экран пальцем или стилусом панель и мембрана замыкаются и между ними возникает слабый ток, что позволяет устройству определить координаты точки касания.

Сенсорное управление не по­требовало внедрения нового интерфейса пользователя, разработчикам пришлось лишь слег­ка оптимизировать имеющийся оконный: добавить экранную клавиатуру, увеличить иконки и расширить полосы прокрутки. Мощным толчком к развитию сенсорного управления стал выход двух знаменитых гаджетов компании Apple – смартфона iPhone и планшетного компьютера iPad. Первый произвел микрореволюцию на рынке мобильных телефонов, второй посягнул на два столпа традиционного интерфейса: мышь и физическую клавиатуру. В результате даже появились лэптопы (Acer Iconia и Razer Switchblade), в которых клавиатура заменена вторым сенсорным экраном.

Чудо-стол

В 2007 году компания Microsoft представила интерактивный стол Surface, рабочая поверхность которого представляет собой большой (от 21 до 42 дюймов по диагонали) сенсорный экран. Спустя три года чудо-стол обновился до версии 2.0, обретя следующие технические характеристики: экран с диагональю 40 дюймов и разрешением 1920х1080 точек, центральный процессор AMD Athlon II X2 2,9 ГГц и видеокарта AMD Radeon HD 6700M. Операционную систему Windows 7 дополнили графической оболочкой, оптимизированной для сенсорного управления с активным использованием жестов. Благодаря этому пользователь получил возможность перекладывать виртуальные документы и папки точно так же, как на обычном письменном столе.

Жизнь в движении

Идея управления при помощи жестов давно витала в воздухе. Первым массовым воплощением данного интерфейса стали контроллеры консоли Nintendo Wii. Очень простые, по сути, устрой­ства содержали гироскопические датчики ускорения, определявшие скорость движения по всем трем пространственным осям. Однако полностью избавиться от сковывающего движения манипулятора пока не удалось.

Переломной стала разработка компании Microsoft под названием Kinect, предложившая пользователю самому стать контроллером. Специальная камера, преобразующая движения отдельных частей тела человека в машинные команды, изначально проектировалась для игровой приставки Microsoft Xbox 360, но со временем была адаптирована для персональных компьютеров. Среда разработки Kinect for Windows SDK существенно облегчила процесс создания новых программных интерфейсов – ведь классическая оконная графическая оболочка в данном случае неуместна. Технология уже нашла массу применений за пределами сферы развлечений: наука, образование, медицина, дизайн и др. В большинстве случаев это лишь тестовые проекты, но они наглядно демонстрируют высокий потенциал новинки.

Интересно, что камера Kinect не только различает движения пользователей, но и узнает их в лицо. С увеличением разрешения камеры будущие версии Kinect научатся распознавать движения отдельных пальцев и мимику лица, что откроет просто неограниченные возможности управления движениями. Вдохновленные успехом Kinect, производители компьютеров проявляют большой интерес к новому сегменту рынка. Компания ASUS уже анонсировала собственный датчик движений для ПК – Xtion Pro.

Слушай мою команду!

Над тем, чтобы научить компьютер распознавать человеческую речь, ученые работают с самого начала цифровой эры. Но даже в 2011 году технология еще далека от идеала: никак не удается решить проблемы со специфической дикцией, языковым барьером, нестандартно построенными предложениями и звуковыми помехами. Наибольший прогресс заметен в области переводчиков голоса: разработчикам компаний Google, Novauris и Fluential удалось добиться 90-процентной точности перевода. Вполне вероятно, что уже в ближайшем будущем профессия переводчика перестанет быть столь востребованной, как сейчас.

Дни мышки сочтены

Молодое поколение незнакомо с командной строкой, от которой берет начало индустрия персональных компьютеров. Для современных пользователей графиче­ский интерфейс кажется един­ственно правильным. Но прогресс не стоит на месте; способы взаимодействия человека с компьютером быстро эволюционируют. Следующее поколение, скорее всего, уже не будет знать компьютерного значения слова «мышь», считая неоспоримым стандартом сенсорное управление, распознавание движений и голоса. Но и это, разумеется, не предел – ведь каждый интерфейс считается удобным лишь до момента разработки нового, еще более совершенного, раскрывающего доселе невиданные возможности.

Статья опубликована в журнале ComputerBild №21/2011 (стр. 44)