Les écrans interactifs

Les écrans interactifs Groupe 1 : Damien Mostacchi, Emilie Nguyen Van, Gilles Simon, Guillaume Zanotti IUT Département Informatique Nice 41 Boulevard Napoléon III 06206 Nice Cedex 3 RÉSUMÉ. Cet article va vous présenter le fonctionnement des différents écrans interactifs. Nous allons tout d abord faire un bref historique, puis nous nous intéresserons aux différentes technologies utilisées dans ce genre de machine. Nous traiterons ensuite les révolutions que ces technologies ont pu engendrés pour enfin parler de l avenir de ces technologies. ABSTRACT. This article will show you how the differents types of touchscreen works. In first we will talk about the history, then we will consider the differents technologies used in this type of machine. In third, we will talk about the revolutions that these technologies have been engendred to finally talk about the future of these technologies. MOTS-CLÉS : Technologie résistive, technologie capacitive, technologie infrarouge, écran tactile, surface. KEYW ORDS: resistive technology, capacitive technology, infrared technology, touchscreen, surface. ASR 1.2. Volume 1 2011, pages 1 à 11

2 ASR 1.2. Volume 1 2011 1. Introduction Depuis le début 2007, nous assistons à une révolution en matière d informatique : l avènement des écrans tactiles. Tout d abord avec l iphone d Apple, puis avec la table Surface de Microsoft, le public à découvert qu il est aujourd hui possible de contrôler la machine aux doigts, et d interagir avec cette dernière de façon beaucoup plus humaine qu au travers d une souris et d un clavier. Les écrans tactiles sont devenus courants, nos téléphones, nos ordinateurs beaucoup de produits nous entourant en sont équipés. Dans cet exposé nous verrons alors les différentes technologies utilisées, nous débuterons alors par un petit historique pour présenter ainsi l apparition de ces technologies. Nous passerons ensuite en revue les différents types d écrans tels que les écrans résistifs, capacitifs, infrarouges et enfin les tablettes graphiques de type WACOM. Nous parlerons ensuite dans une troisième partie, des révolutions engendrées par ces écrans, les nouvelles utilisations, et économiquement parlant. Enfin dans une quatrième et dernière partie nous verrons alors l avenir de ces écrans, les futures technologies. 2. Historique : les premiers écrans interactifs Interagir avec la machine de manière plus "humaine" a toujours été un des buts des chercheurs en informatique. Les écrans tactiles ont débuté des 1972 avec IBM qui frappa un grand coup en présentant son PLATO IV, un ordinateur équipé d un écran plasma et un système jusque-là nouveau, une reconnaissance du toucher infrarouge. Système toujours employé et commercialisé aujourd hui dans certains ordinateurs tactiles «bas de gamme». Mais de nos jours, les écrans, contrairement à celui d IBM peuvent être contrôlés avec plusieurs doigts, ils sont dits «multitouch». Mais les écrans multitouch existent aussi depuis pas mal d années, en 1984, les laboratoires de l entrepris e BELL ont mis au point des écrans pilotables avec plusieurs doigts. En bref, les écrans tactiles sont donc une technologie plutôt ancienne, alors pourquoi ne sont-ils pas apparus plus tôt dans le commerce? Les technologies ne sont-elles pas encore adaptées? Ou ne sont-elles pas encore rentables? En 2007, APPLE a totalement bouleversé le marché de la téléphonie mobile en présentant son tout nouveau produit, l iphone. Nouvel enjeu majeur dans ce domaine Apple a permis la relance totale du marché avec l arrivée de nouveaux concurrents dans le domaine avec Google et HTC.

Les écrans interactifs 3 En 2008, Microsoft présente à son tour un nouveau produit radicalement différent, sa table Surface. Équipée d un écran de 30 pouces, elle se positionne comme le plus grand écran tactile commercialisable. Mais elle ne connut pas un fort succès à cause de son prix, près de 12500$. Nous allons donc voir dans la suite de ce dossier, les différentes technologies utilisées ainsi que les types d usage de chacune. 3. Différentes technologies utilisées dans les écrans tactiles 3.1. Technologie résistive La technologie résistive est la plus répandue, mais aussi la plus économique, c est-à-dire que c est celle qui est la moins chère et la plus facile à produire. La surface de l écran est recouverte d une souple couche tactile. De ce fait, l interaction avec l écran se fait par simple pression. L écran est composé de deux couches superposées conductrices grâce aux dépôts d une couche d oxyde métallique qui sont en fait séparés par de minuscules patins isolants. Lorsqu une pression est exercée sur la première, cette dernière s écrase sur la deuxième ; un contact électrique s établit alors entre les deux couches, envoyant ainsi une impulsion électrique sur les côtés de l écran aux contrôleurs, le croisement de ces deux impulsions indique alors la position du doigt et permet alors l animation de l interface graphique. En ce qui concerne les avantages des écrans à technologie résistive, ils sont sensibles à tous types d interaction, que ça soit avec le doigt, ou avec un stylet. De plus, l écran ne s altère pas en présence d une petite quantité d eau, de poussières, ou d autres saletés. Cette technologie permet un toucher assez précis pour un grand nombre d usages et sa durée de vie est plutôt importante.

4 ASR 1.2. Volume 1 2011 Ce type de technologie a néanmoins quelques inconvénients, l écran est facilement sujet aux rayures (qui peuvent même venir de l utilisation du stylet). L écran est également imputé de 20 à 25% de luminosité, car les deux couches qui le composent sont assez peu transparentes, ce qui entraine une moins bonne vision de l écran à cause de reflets, d un mauvais angle de vision, ou d une mauvaise luminosité ambiante (par exemple trop de lumière extérieure). Ce type de technologie d écran peut être retrouvé dans de nombreux appareils, comme les téléphones portables, les PDA, les consoles de jeu (Nintendo DS), ou les GPS. 3.2. Technologie capacitive (fonctionnement multitouch) La deuxième technologie que nous allons vous présenter est celle qui est la plus utilisée après la technologie résistive. Elle est implémentée dans de nombreux téléphones portables (plus chère, plus haut de gamme que ceux de la technologie précédente). Elle est aussi plus précise et son utilisation est plus facile, plus fluide. Comparés aux écrans à technologie résistive, les écrans capacitifs ne sont composés que d une seule couche uniformément chargée en électricité grâce à des électrodes présentes sur les bords de l écran. En touchant l écran avec le doigt, cela perturbe le champ, car l électricité au niveau du contact est alors transférée dans le doigt, le contrôleur détecte donc cette position et la transforme sous forme de coordonnées pour ensuite interagir avec l interface. Si l on veut obtenir un fonctionnement multitouch avec ce type de technologie, il faut «découper» l écran en petite zone, il faut en quelque sorte quadriller l écran pour qu il y ait, au contact de plusieurs doigts, plusieurs perturbations du champ

Les écrans interactifs 5 électrique. Le contrôleur de l écran détectera alors plusieurs perturbations et interagira en conséquence aux endroits touchés. En ce qui concerne les avantages des écrans capacitifs, la luminosité est moins réduite que sur les écrans résistifs grâce à la transparence de la couche qui compose l écran qui réduit la luminosité de seulement 10%. La vision de l écran est donc beaucoup plus agréable et permet des résolutions d écran plus importantes. La taille du module de contrôle de ces écrans est réduite et permet de créer des appareils plus fins. Mais ce type d écran possède aussi des inconvénients, contrairement aux écrans résistifs, ils sont en effet plus chers à produire et sont aussi sensibles à la présence de saletés. Mais surtout, il faut obligatoirement un corps conducteur pour le faire marcher, autrement dit avec un stylet ou des gants, un écran capacitif est inutilisable. Les avantages liés à ce type d écrans sont donc plus importants par rapport à leurs inconvénients dans de nombreuses utilisations. Nous retrouvons donc ce type de technologie dans de nombreux domaines comme la téléphonie avec par exemple un des appareils les plus connus, l iphone d Apple. Mais aussi, utilisée dans les distributeurs de billets ou borne de réservation, mais encore plus proche de nous, le trackpads d ordinateur, ce dernier n est donc pas un écran tactile a proprement parlé, mais c est une technologie capacitive qui est utilisée. 3.3. Technologie à infrarouges La troisième technologie que nous allons vous présenter est la technologie infrarouge, utilisant le procédé du «Frustrated Total Internal Reflection» (FTIR : Réflexion Interne Totale Contrariée). Ce type d écran est composé de trois couches, la surface de projection qui permet d afficher l image, la couche de silicone et de plexiglas. Le procédé FTIR utilise la réflexion totale, c est-à-dire que la direction de la propagation de la lumière d un matériau à un autre est modifiée à chaque changement

6 ASR 1.2. Volume 1 2011 de milieux ayant des indices de réfraction différents. Cela permet donc de piéger les ondes lumineuses entre la couche de silicone et de plexiglas. L écran est entouré de LED Infrarouge propageant ainsi des rayons dans toute sa surface. Lors d une interaction avec l écran, la lumière projetée en deçà de celui-ci est récupérée par le contrôleur qui agit en conséquence avec l information retransmise. Les écrans à technologie infrarouge nécessitent un corps opaque d interaction pour pouvoir refléter la lumière et donc interagir aux endroits touchés. En ce qui concerne les avantages liés à cette technologie, les coûts de production sont faibles, il n y a pas ou très peu de dégradations matérielles. On peut l adapter à des échelles plus grandes. En contrepartie, cette technologie n est pas très précise, ne s adapte pas aux surfaces plus petites comme les téléphones. De plus, l interaction avec l écran peut se faire seulement en approchant le doigt de la surface, sans réellement la toucher, ce qui peut être déroutant pour l utilisateur. On peut retrouver ce type de technologie dans des fabrications maison de tables ou d interface tactile, mais aussi certains ordinateurs (HP par exemple) utilisent ce type d écran. En sachant surtout que ce type de technologie était utilisé dans le PLATO IV d IBM vu au début, on peut voir que c est une assez vieille technologie, mais suffisante pour certains usages. 3.4. Fonctionnement des tablettes graphiques ou écrans utilisant la technologie Wacom (stylo optique) La quatrième technologie que nous allons vous présenter est la technologie utilisée dans les tablettes graphiques et plus précisément dans les tablettes de marques WACOM. Cette technologie est semblable au capacitif, en effet, elle marche par perturbation, sauf que dans le cas de la tablette c est la perturbation du champ magnétique qui est

Les écrans interactifs 7 détecté. La tablette est composée de bobines électriques et une autre est placée dans le stylet. Les bobines composant la tablette génèrent un champ magnétique qui, au contact du stylet excite la bobine présente dans ce dernier et permet de l alimenter. Le champ magnétique est alors perturbé et le contrôleur peut alors interagir en conséquence. Les avantages de cette technologie sont surtout une précision très importante, d où l utilisation principale de ces tablettes, laisser place a la créativité de l individu création de nouvelles formes. Ce type de matériel présente aussi une forte résistance et rigidité. Mais cette technologie présente aussi des limites, tout d abord, ce n est pas un écran (pas d image) et est exclusivement réservé à un usage spécifique comme le dessin ou l écriture. Un autre désavantage est le fait que pour l utiliser, il faut obligatoirement utiliser un stylet spécial, il n y a aucune utilisation au doigt. Ce type d objet est donc un matériel externe et doit donc obligatoirement être lié à un ordinateur. 4. Les «révolutions» engendrées par les écrans tactiles (mini jeux..) On constate depuis quelques années que les écrans tactiles ont pris une place très importante dans notre vie de tous les jours, les téléphones, les tablettes ou encore maintenant commence à arriver de l électroménager équipé de ces écrans. En effet, les écrans tactiles entrainent une véritable révolution dans notre manière d interagir avec la machine, de nouvelles utilisations, de nouveaux besoins une toute nouvelle économie se forme autour de ces écrans. Les téléphones portables ou les tablettes, devenant de plus en plus performants, agissent comme des ordinateurs portables, on peut lire des vidéos, jouer, aller sur internet, etc. Sauf qu'ils prennent beaucoup moins d'espace et ne nécessitent pas de clavier ou de souris pour fonctionner. C est Apple, avec son iphone et son ipad qui bouleversa ce domaine on y découvre un téléphone portable avec un ùnique écran, quasiment aucun bouton et une interface d une fluidité exceptionnelle. La réponse de la société ne se fit pas attendre, en quelques semaines des millions d iphone se sont écoulés, la révolution était donc en marche. Mais Apple, sortit quelque temps après une application sur son téléphone, «l App store» cette application permet de télécharger des petits jeux ou de petites applications pour son téléphone. Ces applications coutent pour les moins chères 0,79cts, des applications par milliers, des prix dérisoires, voici une des conséquences de cet avènement des écrans tactiles. A l époque ou il fallait une équipe de développement pour sortir un jeu, vendu aux alentours de 70, maintenant c est tout seul chez soi que l on peut développer un jeu et le vendre. C est prix dérisoires transforme le jeu traditionnel ou l on passe des heures devant, en un jeu «jetable», on l achète, on y joue et on le supprime. Tout ça créa alors une toute nouvelle

8 ASR 1.2. Volume 1 2011 économie autour de ces écrans en faisant la fortune de certains développeurs lambda. Mais mis à part le côté ludique et pratique de ces tablettes d autre entreprise comme Microsoft par exemple tenta de révolutionner notre manière de vivre, d interagir avec notre environnement. Avec son projet Surface, Microsoft espère d'ici quelques années le voir apparaitre dans tous les foyers, ainsi votre table de salon ne serait qu'en fait un énorme écran tactile sur lequel vous pourrez travailler, visualiser des photos, les partager et ainsi de suite, offrant une toute nouvelle utilisation d une «table» son prix reste encore beaucoup trop important pour pouvoir être utilisé par tout le monde et sa taille est aussi assez imposante. Mais lors du «consumer electronic show» à Las Vegas, Microsoft à présenter sa version 2.0 de sa table beaucoup plus fine, comme une télé, elle peut maintenant se fixer au mur ou toujours être utilisé comme une table, de nouvelles utilisations vont donc arriver avec, une télé interactive. Mais un des facteurs premiers pour l achat d une tablette ou d un téléphone est pour la plupart le design, un des objectifs est alors de réduire a chaque fois de plus en plus la largeur des téléphones, un plus grand écran, mais toujours plus mince. Une entreprise nipponne, AGC-Asahi Glass, a créé un nouvel écran tactile utilisant un type de verre sodocalcique (substrat de verre) qui ne fait que 0,28mm d'épaisseur et qui se révèle être très léger. Ce type de verre pourrait très probablement équiper les Smartphones et tablettes à l'avenir leur permettant ainsi d'être plus fins et plus légers. Mais les écrans tactiles sont aussi adaptés à de nouveaux supports, de nouvelles surfaces. C'est le cas par exemple, pour la console de Nintendo, la DS où, 2 écrans sont présents, un écran dit «normal» servant à afficher le jeu, et un écran tactile permettant de nouvelles interactions, un aspect plus «proche» du jeu. L'intégration

Les écrans interactifs 9 d'un écran tactile sur ce type de console, relativement limiter en action vue le peu de boutons présent, permet au joueur d'effectuer beaucoup plus d'interaction dans les jeux et même de copier la réalité au jeu : Prenons l'exemple avec les jeux où on doit faire évoluer un animal par exemple, on peut le caresser, avoir de multiples interactions qu'on pourrait avoir avec un véritable animal. Mais ces révolutions ont quand même leurs limites, malgré le fait que les plus grandes entreprises se soient prises au jeu, les technologies viennent et repartent laissant place à de nouvelles formes d interactions que l on ne soupçonne pas encore. 5. L avenir des écrans interactifs Les interfaces tactiles ont quand même de beaux jours devant eux, ce que nous connaissons va surement disparaitre laissant place à des technologies toujours plus performantes. Des films cultes comme «Matrix» ou «Minority report» entre autres nous présentent un futur équipé de machines et autres interfaces. De nouveaux acteurs entrent en scène, c est le cas par exemple de Bend Desk qui présente un nouveau genre de bureau qui permet une totale utilisation de son espace de travail avec un bureau totalement interactif avec 2 zones (verticale et horizontale) communicantes. Le but des recherches sur l avenir est d approfondir les relations humaines - machines, que l interaction entre ces derniers se fasse de manière totalement naturelle une interface en adéquation parfaite avec nous -mêmes. L avenir du tactile nous réserve encore pas mal de surprises, nous en sommes encore aux prémices de

10 ASR 1.2. Volume 1 2011 cette technologie et nous risquons de voir dans les prochaines années des machines dont nous ne soupçonnons même pas l existence. 6. Conclusion Pour conclure, depuis la sortie des écrans tactiles, comme vous avez pu le voir, les technologies composant ces écrans ont grandement évolué. Que ça soit des écrans résistifs, capacitifs, à infrarouge ou encore Wacom, ils ont tous des avantages. Le nombre de technologies utilisées pour les écrans tactiles étant tellement grand, nous avons fait le choix de vous présenter uniquement les plus importantes, surtout que certaines autres technologies n ont jamais vraiment marché. Mais si l on compare les écrans tactiles, et notamment leur avenir, avec les films tels que Minority Report, on peut s apercevoir, que cela se rapproche aujourd hui de la réalité alors qu il y a de ça plusieurs dizaines d années, cela semblait complètement irréel. Aujourd hui, le tactile est un domaine en pleine expansion ; tellement que les ordinateurs de demain seront peut-être entièrement tactiles : certaines personnes prévoient la disparition de la souris dans les années à venir. C est dire comme le tactile gagne du terrain. On peut donc se demander jusqu où ira le tactile?

Les écrans interactifs 11 Les sources utilisées : 1. http://fr.wikipedia.org/wiki/%c3%89cran_tactile#technologie_nfi_.28near_fiel d_imaging.29 2. http://www.presence-pc.com/tests/ecran-tactile-22812/ 3. http://en.wikipedia.org/wiki/touchscreen 4. http://wacom.com/downloads/manuals/bamboo_usermanual.pdf 5. http://hci.rwth-aachen.de/benddesk