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体感控制技术让空中鼠标系统的实现出现可能及面临挑战
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关键字：空中鼠标 光标控制 遥控器 动作控制
通过体感控制技术，用户只要稍微移动空中鼠标，就能操作智能电视屏幕上的鼠标点击。MEMS 传感器和传感器融合算法是无线、三维光标控制的基础，这种控制将带来激动人心的全新电视互动。尽管空中鼠标的基础互动设计来自人们熟悉的 PC 鼠标，但还有一些至关重要的额外考虑因素需要考虑。本文将探究空中鼠标与标准 PC 鼠标的区别，揭示系统工程师如何解决空中光标控制面临的一些最棘手的挑战。
让我们从空中三维动作控制的基础——鼠标，开始讲起。鼠标作为指示及点击控制的输入设备，其设计基于人机工程学数十年的研究及测试。鼠标在 60 年代首次发明，80 年代开始商业应用，时至今日，它仍被广泛应用中，因为它解决了显示器上图形用户界面的指示和点击控制的基础问题。所有电脑鼠标最重要和鲜明的两大特征是界内鼠标和非线性弹道光标移动。
界内鼠标，又称相对鼠标，指鼠标光标始终保持在屏幕边界内的一种特征。人机工程学工程师明确地选择了界内鼠标是因为他们认为，将鼠标移动与屏幕上的光标解耦开来效果会更好。这样的优点是光标始终可见。使用者会感到他们在有效的控制着光标而没有“失去光标”。
非线性弹道光标意味着，光标移动并非 1 比 1 的对应鼠标的移动。当使用者快速移动鼠标时，光标会以更大的速度朝目标加速移动。当使用者慢速移动鼠标时，光标将会放慢，以较低速度移动。这具有两方面的优点。加速移动意味着在屏幕上移动光标只需要较小的动作；减速移动让用户能更有效地点中屏幕上的较小目标。
这些鼠标动力学构成空中鼠标的光标控制基础。智能电视在屏幕上显示的图形用户界面与 PC 相似，因此选择使用非线性弹道光标移动的界内鼠标（如同 PC 鼠标）作为互动架构。然而，这些动力学对在客厅中进行空中操作实属必要，但尚不充分。原因是还需要其他不显见、不寻常的重要算法让空中鼠标便于使用。
这些要求是因为 PC 鼠标和电视空中鼠标不同的使用方式产生的。PC 鼠标是在明确而标准的环境中使用的：用户面对电脑坐在桌前，人机互动是活动的核心。而空中鼠标则通常是在客厅使用，用户可以坐、站、躺，以任意角度手持遥控器，他们的主要目的是搜索和观看内容。这种差别给空中鼠标系统的工程师们带来了三大挑战，下面就来谈谈如何克服这些挑战。
挑战 1：空中鼠标缺乏有线连接
用户在房间内位置不定，无法在空中鼠标和 PC 之间建立有线连接，因此必须借助 RF 连接进行通讯，这就得在 R F 数据包速率与电池寿命之间做出取舍。另外，三维空中动作需要映像及转化为二维光标，经操作系统处理后才能
显示在屏幕上，这就在系统中造成了一个难题：延迟。
我们总是希望智能电视能够迅速理解体感手势，并即时响应。然而正如上文所述，由于数据收集颇为复杂，需要经过传输和处理才能将动作映射到光标控制，于是我们不禁要问：“究竟能够有多快？”我们的研究显示，动作控制系统的目标延迟时间应在 30 到 50 毫秒左右。超过这个限度，即便是初级用户也能感觉到延迟，令可用性受到影响（图1）。我们在测试中发现，当延迟 60 毫秒及以上时，系统超调量增大，目标选择效率降低。超调量大，操作失准，
导致用户疲劳。因此，制定合理的延迟目标值是决定动作控制系统成功与否的重要基础。
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