Журнал `Компьютерра` №723

ЗВЕРЬ, ИМЕНУЕМЫЙ МЫШЬ

Автор: Олег Волошин

О ПРИВЫЧНОЙ НАМ КОМПЬЮТЕРНОЙ МЫШКЕ НАПИСАНЫ ГОРЫ МАТЕРИАЛОВ. И НЕ МУДРЕНО - ПЕРВЫЙ ЕЕ ПРОТОТИП ПОЯВИЛСЯ БОЛЬШЕ ПОЛУВЕКА НАЗАД! ТАК ЧТО НЕ БУДЕМ ПОВТОРЯТЬСЯ, А ЛИШЬ ПРОБЕЖИМСЯ ПО ГЛАВНЫМ ВЕХАМ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ЭТОГО МАНИПУЛЯТОРА - ДАБЫ ОСВЕЖИТЬ ПАМЯТЬ.

Как гласит легенда, прабабушка современной мышки изобретена в 1968 году Дугласом Энгелбартом (Douglas Engelbart). Кстати, "мышкой" свое устройство назвал тоже он.

Первый действующий прототип мышки Энгельбарта (рис. 1) был изготовлен в 1964 году и мало походил на сегодняшних грызунов.

В начале 70-х в недрах компании Xerox появилась улучшенная версия. Одним из важнейших конструктивных изменений стала замена двух больших колес металлическим шариком, перемещение которого отслеживалось при помощи двух роликов внутри корпуса. Однако не это сделало мышь столь распространенным устройством! Своим превращением в массовый, надежный и недорогой продукт мышка обязана компании Apple. Для этого пришлось сильно упростить конструкцию - вместо маленького стального шарика в сложной механической подвеске появился большой резиновый шар, свободно катающийся в корпусе, а сложная система кодирующих колес и механических электрических контактов сменилась простыми оптоэлектронными преобразователями и колесиками со щелевыми прорезями.

Работает все это хозяйство так. Движение мыши раскладывается на координатные компоненты механически - с помощью двух взаимно перпендикулярных роликов, вращающихся за счет трения о шарик. А вращение роликов, в свою очередь, преобразуется в электрический сигнал оптической частью - двумя светодиодами и двумя фотоприемниками (по паре на ролик). Когда колесо вращается, щелевая рамка периодически прерывает луч света, за счет чего на фотодиоде возникают импульсы, соответствующие перемещению мыши. Пара же диодов нужна, чтобы определить направление движения мышки - по временному сдвигу сигналов от разных фотоприемников.

С середины 80-х описанная конструкция практически не менялась, однако это не значит, что мышки не развивались! Как можно догадаться, оптико-механическая часть манипулятора - не самая надежная. Шарик и ролики загрязнялись, пыль и волоски забивались в механику, и как следствие - курсор плохо перемещался по экрану. Кроме того, такой мышке нужна относительно ровная поверхность. Поэтому разработчики попытались избавиться от механической составляющей - шарика и роликов. В результате, как мы знаем, появились оптические мышки. Кстати, первая из них была выпущена компанией Microsoft в 1999 году. Устройство оптических грызунов у разных производителей принципиально одинаковое, но за внешней простотой - один светодиод да пара микросхем - скрывается довольно сложная начинка из светодиода, системы фокусирующих линз и небольшой ПЗС-матрицы (разрешение сенсора от 16х16 до 30х30 точек) с интегрированным DSP (Digital Signal Processor) для обработки снимков. Вторая микросхема - это контроллер, который обрабатывает как сигналы от нажатия кнопок и прокрутки колеса, так и данные от DSP, преобразуя последние в информацию о скорости и направлении перемещения мыши и передавая их в компьютер по шинам PS/2 и USB или по радиоканалу ПЗС-матрица с DSP, представляющая собой самую настоящую цифровую видеокамеру (где система линз служит объективом), находится в мышке неспроста - в процессе перемещения камера с большой скоростью (тысячи кадров в секунду) фотографирует поверхность и на основе анализа последовательности снимков (представляющих собой матрицу из серых пикселов разной яркости) высчитывает направление перемещения мыши вдоль координатных осей Х и Y.

Оптические мышки постепенно совершенствовались. Так, у мышек последнего поколения ПЗС заменили на КМОП, выросло разрешение сенсора, повысилась скорость съемки (до 6400 кадров/с) и разрешение (до 1600 cpi), максимальная скорость перемещения достигла 1 м/с, а ускорение - 15 g. Кстати, что такое cpi? CPI (counts per inch, то есть замеров на дюйм) - это такое количество участков изображения, которое нужно проанализировать процессору мыши, чтобы определить ее перемещение в пространстве. То есть чем больше cpi (разрешение), тем на меньшее расстояние необходимо передвигать мышь, чтобы переместить курсор. Величину этого параметра можно изменять, чем производители мышек тотчас же и воспользовались для улучшения подвида игровых мышей, оснастив их специальной клавишей, отвечающей за переключение разрешения.

Сегодня эта технология стала настолько массовой и простой, что цена мышек начинается со смешных 60–80 рублей. В этом ценовом секторе правят бал производители второго эшелона - Genius, A4Tech и другие, менее известные, например Oklick.

Несмотря на техническое совершенство и конструктивную простоту, оптическим мышам было куда развиваться. Рывок произошел, когда вместо обычного светодиода стал применяться лазер. Первую лазерную мышку выпустила компания Logitech в 2004 году - это легендарная MX1000 Laser Cordless, которая продается до сих пор.

Принципиальных отличий в конструкции нет - в мышах применяется та же связка из источника света (лазер вместо светодиода), системы линз и матрицы с DSP. Главные отличия кроются в физике - лазерный луч узконаправлен и когерентен и отражается от поверхности практически без искажений под углом 90 градусов (в идеальном случае). Благодаря этому снимки поверхности, проносящейся под брюхом мышки, становятся более детальными и контрастными, чем при использовании обычного светодиода, а значит, проще вычислить разницу между соседними кадрами. Благодаря этому лазерные мышки не только работают на блестящих и однородных по цвету покрытиях (которые были не по зубам обычным мышкам), но и точнее отслеживают перемещения.

За прогресс, однако, приходится платить. Породистый грызун, да еще вооруженный лазером, стоит не меньше тысячи рублей. Впрочем, менее родовитые отдадутся вам в руки за сумму гораздо меньшую - 150–200 рублей.

В первых компьютерах для подключения мышей существовал специальный порт - Bus Mouse, расположенный на отдельной плате расширения. Но такой способ был дорог и неудобен, поэтому было решено подключать мышь через последовательный порт (СОМ). Однако это решение, в силу специфики порта, вынудило разработчиков встроить контроллер непосредственно в мышь.

В 80-х годах у COM-порта появилась альтернатива - порт PS/2, однако особой популярностью он не пользовался. Принципиальное же его отличие состояло в том, что контроллер, обрабатывающий перемещения мыши (и клавиатуры), снова оказался вне мышки.

Прогресс, однако, на месте не стоял, и появился новый интерфейс для подключения периферийных устройств, названный USB (Universal Serial Bus, универсальная последовательная шина), который действительно оказался универсальным, но потребовал снова поместить контроллер перемещения в корпус мыши. В условиях тотального перехода на оптические сенсоры это мало что изменило в устройстве грызунов, зато избавило от проблем с горячим подключением - ни COM, ни PS/2 таковыми возможностями не обладали.

Передача данных обычно осуществляется по проводам, но "изобилие" проводов на столе всегда было помехой, поэтому попытки избавиться от них предпринимались постоянно. Исторически первым беспроводным интерфейсом был модулированный ИК-свет. Он так хорошо себя зарекомендовал, что живет и здравствует поныне; единственным его недостатком является то, что устройство должно быть постоянно направлено на приемник излучения.

Другой способ передачи данных по воздуху, радиоканал, от этого недостатка был свободен, зато обладал другим - чувствительностью к радиопомехам. Особенно от этого страдал низкочастотный радиоканал (27 МГц). В современных радиомышах используется более устойчивый к помехам высокочастотный (2,4 ГГц).

Строго говоря, вышеописанные беспроводные варианты связи - это не интерфейсы взаимодействия с компьютером, а лишь способы подключения, как и провод.

В отличие от них, Bluetooth, тоже передающий данные по радио, является именно интерфейсом. Хотя с точки зрения конечного пользователя это выглядит одинаково - и в том и в другом случае в компьютер (в последнее время - все чаще в USB) вставляется небольшая коробочка, а мышка бегает отдельно. К сожалению, в отличие от интерфейсов PS/2 и USB, "синий зуб" не поддерживается (пока?) на уровне BIOS! То есть до загрузки операционной системы (которая, в свою очередь, загрузит драйверы протокола и периферии) воспользоваться ни клавиатурой, ни мышкой нам не светит. И если без мышки настроить BIOS и произвести отладку на уровне командной строки вполне возможно, то без клавиатуры - никак. Кстати, установить ту же Windows без мыши (ибо не факт, что синезубый грызун сходу определится системой) не каждому по силам. Впрочем, производители мышей и клавиатур про эти болезни роста знают (вспомните хотя бы USB, которая тоже поначалу не поддерживалась на уровне BIOS) и идут на некоторую хитрость. В комплекте с мышкой или клавиатурой они поставляют свой Bluetooth-модуль, который эмулирует для BIOS стандартную USB-мышку или клавиатуру, а для операционной системы оказывается собственно Bluetoothконтроллером.

Кстати, если раньше "радиоуправляемые" модели стоили дороже своих "хвостатых" собратьев, то сегодня цены практически сравнялись - нижняя граница находится в районе всего лишь 300 рублей! Впрочем, не забудьте, что скупой платит дважды - дешевые мышки быстро испускают дух.

Казалось бы, шарик как средство позиционирования умер. Ан нет, просто он переехал в свой специфический сектор, где окопался будь здоров! Это трекбол. Его можно использовать и как замену обычной компьютерной мышке, благо выпускается несколько вариантов, внешне мало отличимых от нее, и как вполне самостоятельное устройство со своей сферой применения.

Например, трекболы установлены практически во все аппараты ультразвуковой диагностики, а также с успехом используются в трехмерном моделировании (вращать предметы в виртуальном пространстве естественнее всего именно шариком - например, таким, как 3D Connexion SpaceBall 5000, рис. 3).

По устройству трекбол - это перевернутая мышь. Его нутро претерпело неизбежные эволюционные изменения - механические ролики заменила оптическая система слежения, благодаря чему ахиллесова пята трекбола - быстрое загрязнение поверхности шара и валиков - перестала быть таковой. Конечно, от замены механики оптикой шарик не стал меньше пачкаться, просто оптический сенсор гораздо менее чувствителен к загрязнению, в том числе и благодаря специальной раскраске шарика, оптимизирующей процесс считывания движения.

В большинстве реализаций трекболов шар можно вращать хоть всеми пальцами руки, вследствие чего достигается прецизионная точность перемещения курсора. Это особенно удобно, когда перемещать его нужно буквально по пикселам.

Что касается интерфейсов, трекбол, как и обычные мыши, подключается либо по PS/2, либо по USB, а вместо проводов может использоваться радиоканал. Цена же трекбола вполне сравнима с ценой хорошей мыши - от 1000 рублей и выше.

Эргономика - это отрасль, занимающаяся в том числе проектированием наиболее удобных для человека механизмов, изделий и рабочих мест. Правда, на мой взгляд, сегодня слово "эргономика" стало популярным рекламным ходом - сделал мышку округлой, без острых краев и заусенцев, и вот она - "эргономичная" модель!

Слава богу, далеко не все производители работают по этому принципу, а выпускают действительно эргономичные модели. Для мышек эргономичность заключается в том, чтобы обеспечить пользователю максимум комфорта при длительной работе, помогая избежать пресловутого туннельного синдрома (подробнее о нем - в статье про клавиатуры). Для этого производители стали выпускать мышки анатомической формы, наделяя своих питомцев специальными выемками, углублениями и пр. Показательна в этом плане форма модели Microsoft Natural Wireless Laser 6000, у которой имеется не только изгиб, но и клавиши расположены под более комфортным углом (в отличие от Logitech’овских мышек, у которых клавиши расположены параллельно столу). Все это, однако, имеет и обратную сторону - я не видел в продаже аналогичных мышек, выполненных под левую руку (хотя и знаю, что они все же выпускаются)! То есть нашим левшам приходится либо искать их днем с огнем, либо довольствоваться менее удобными универсальными мышами.

Еще один момент. Эргономичность - вещь сугубо индивидуальная. А раз так, то кому-то подойдет, а кому-то и нет! Понимая это, часть производителей стала продавать "особо эргономичные" модели в специальных коробках, в которых мышку можно пощупать (пластиковая упаковка повторяет мышиную форму).

Так что теперь нет нужды упрашивать продавца "дать пощупать" мышку - открыл специальную крышку и пробуй.

Отдельного упоминания заслуживают мышки для серьезных геймеров. Ну тех, которые участвуют в виртуальных соревнованиях, зарабатывая на этом вполне реальные деньги. Тут мышка - профессиональный инструмент, где важна любая мелочь - тот же вес, например. Я вот, пользуясь своей MX1000, даже не знаю, сколько она весит, однако человек, взявший себе Microsoft SideWinder или Logitech G5, будет не только знать ее вес с точностью до грамма, но и иметь возможность подстраивать его под себя.

Завершая обзор, хочется взглянуть на этих зверушек как на средство самовыражения (про "банальное" украшение мышек кристаллами от Swarovski речи нет).

Самое простое, что приходит в голову, - взять да и придать мышке какую-нибудь осмысленную форму - например, машинки, женского торса или гамбургера. Насколько удобно такой зверюгой пользоваться - большой вопрос, но то, что ее заметят, несомненно! Забавной кажется идея сделать мышку в форме… мышиного курсора! Именно так выглядит беспроводная мышка Mus2 (рис. 4) студии Артемия Лебедева. А, скажем, разработчики мышки WowPen (рис. 5) придали ей форму ручки, благо оптический сенсор занимает мало места. Но и это далеко не предел воображения - корейские дизайнеры недавно продемонстрировали прототип надувной мыши Jelly click (рис. 6).

Кроме обычных настольных мышек есть и "летучие". Эти воздушные мышки могут определять свое местоположение в пространстве используя гироскопы (как у Gyration Ultra Cordless Mouse) или MEMS-системы (как у Logitech MX Air) (рис. 2). Обе мышки могут притворяться и обычными - для отслеживания перемещений по столу используется оптический сенсор.

И хотя сфера их практического применения может быть весьма широкой, в основном им пророчат скучную роль замены пульта ДУ - презентациями там управлять, фильмы-музыку крутить...