UX-Grundlagen für haptisches Framework

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Alle Verbesserungen des Android-Frameworks im Hinblick auf Haptik basieren auf einer Reihe von UX-Prinzipien, die sich im gleichen Maße weiterentwickeln. Die aktuellen Prinzipien beinhalten das Ersetzen von summenden Vibrationen durch deutliche Haptik und die Erforschung von ausdrucksstarker Haptik.

Abbildung 1: Aktuelle Grundsätze

In der folgenden Tabelle sind alle verfügbaren Haptik-APIs aufgeführt:

API	Methoden und Konstanten	Jahr der Aufnahme
android.view.HapticFeedbackConstants	CONTEXT_CLICK CLOCK_TICK VIRTUAL_KEY KEYBOARD_TAP LONG_PRESS	Vor 2016
	KEYBOARD_PRESS KEYBOARD_RELEASE TEXT_HANDLE_MOVE VIRTUAL_KEY_RELEASE	2017 (Android 8)
	CONFIRM REJECT GESTURE_START GESTURE_END	2020 (Android 11)
android.View	performHapticFeedback()	Vor 2016
android.os.Vibrator	vibrate() hasVibrator()	Vor 2016
	hasAmplitudeControl()	2017 (Android 8)
	areAllEffectsSupported() areAllPrimitivesSupported() areEffectsSupported() arePrimitivesSupported()	2020 (Android 11)
android.os.VibrationEffect	createOneShot() createWaveform()	2017 (Android 8)
	EFFECT_TICK EFFECT_CLICK EFFECT_HEAVY_CLICK EFFECT_DOUBLE_CLICK createPredefined()	2019 (Android 10)
android.os.VibrationEffect.Composition	PRIMITIVE_TICK PRIMITIVE_CLICK addPrimitive() compose()	2020 (Android 11)
android.media.AudioAttributes.Builder	setHapticChannelsMuted()	2019 (Android 10)

Brummende Vibration

Schon bei Pagern und Feature Phones wurden minderwertige, aber energieeffiziente ERM-Vibrator (Eccentric Rotating Mass) als Ersatz für das akustische Klingeln im Lautlos-Modus verwendet. Alte Hardwarekomponenten, die laute und unangenehme Geräusche verursachen, können die haptische Nutzererfahrung beeinträchtigen, da sie einen minderwertigen Eindruck vermitteln (z. B. ein billiges, kaputtes Smartphone).

Haptik löschen

Klare Haptik unterstützt das Gefühl von diskreten Statusänderungen, z. B. binäre Änderungen beim Ein- und Ausschalten. Aufgrund der Natur der diskreten Aufforderung werden klare Haptikeffekte als einzelne Entität generiert (z. B. ein haptischer Effekt pro Eingabeereignis).

Android-Geräte sollen eine klare Haptik mit starken, aber klaren Vibrationen bieten, anstatt ein Summen oder ein schwammiges Gefühl.

Zu den vordefinierten haptischen Konstanten, die für eine klare Haptik erstellt wurden, gehören die folgenden Elemente.

In HapticFeedbackConstants:

• CLOCK_TICK
• CONFIRM
• CONTEXT_CLICK
• GESTURE_END
• GESTURE_START
• KEYBOARD_PRESS
• KEYBOARD_RELEASE
• KEYBOARD_TAP
• LONG_PRESS
• REJECT
• TEXT_HANDLE_MOVE
• VIRTUAL_KEY
• VIRTUAL_KEY_RELEASE

In VibrationEffect:

• EFFECT_CLICK
• EFFECT_DOUBLE_CLICK
• EFFECT_HEAVY_CLICK
• EFFECT_TICK

Der Wissensaustausch zwischen Geräteherstellern und Entwicklern ist der Schlüssel zur Verbesserung der Gesamtqualität der Haptik im Android-Ökosystem. Weitere Informationen zur haptischen Implementierung finden Sie in der Grundlegenden Checkliste, der Hardwarebewertung und der CDD.

Abbildung 2: Drücken und Loslassen

Ausgefeilte Haptik

Rich Haptics ist eine wachsende Haptikkategorie, die über einzelne impulsbasierte Effekte hinausgeht. Android soll eine umfassende Haptik mit hoher Kompositionsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit mit hoher Detailgenauigkeit unterstützen. Die folgenden Anwendungsfälle werden unter Android 11 oder niedriger unterstützt.

Abbildung 3: Ausgeprägte Haptik mit gleitender Textur.

Abbildung 4: Ziehen und Wischen

Anwendungsfall 1: Gleitende Textur

Wenn ein haptischer Effekt wiederholt wird, während der Finger über eine Touchoberfläche gleitet (z. B. beim Ziehen, Wischen oder Erkunden der Oberfläche mit einer Phantomhaptik), sollten die sich wiederholenden haptischen Effekte möglichst klar und dezent sein.

Wenn der einzelne Effekt eher brummend als klar ist, werden die Intervalle zwischen den Wiederholungen wahrscheinlich ausgelöscht. Das Ergebnis ist ein langes Summen, anstatt mehrerer einzelner Signale.

Wenn die Amplitude nicht subtil genug ist, baut sich die wahrgenommene haptische Energie durch die Wiederholung auf, was zu übermäßig starken Haptik am Ende der Wiederholung führt.

Haptische Textur für Wisch- und Ziehbewegungen implementieren

Verwende CLOCK_TICK und TEXT_HANDLE_MOVE in HapticFeedbackConstants. Mit diesen Konstanten werden die Wiederholungs- und Amplitudeneigenschaften vordefiniert.

Eigenen Effekt erstellen

Wenn Sie einen eigenen Effekt erstellen möchten, können Sie in VibrationEffect.Composition Sequenzen von PRIMITIVE_CLICK und PRIMITIVE_TICK aneinanderreihen. Mit addPrimitive(int primitiveID, float scale, int delay) können Sie die Eigenschaften der Wiederholungs- und Amplitudenskala anpassen. Die Unterstützung basiert auf der CAP_COMPOSE_EFFECTS-Funktion der Vibrator HAL-Schnittstelle.

Anwendungsfall 2: Lange Vibration mit Einschwingeffekt

Eine lange Vibration ist eine gleichmäßige Amplitudenvibration, die von 0 auf die Zielamplitude übergeht. Eine lange Vibration kann wahrnehmbare haptische Signale zur Aufmerksamkeitssteigerung erzeugen. Eine plötzliche, lange Vibration kann Nutzer in einer ruhigen Umgebung jedoch erschrecken und erzeugt oft hörbare Brummgeräusche. Wenn Sie eine angenehmere lange Vibration erzeugen möchten, wenden Sie den Effekt „Einstieg“ am Anfang der langen Vibration an. Dies führt zu einem reibungslosen Amplitudenübergang, der sich auf die Zielamplitude zubewegt.

Effekt „Einblenden“ anwenden

1. Prüfe die Hardwarefunktionen der Amplitudenregelung mit android.os.Vibrator.hasAmplitudeControl().

   • Das Ergebnis muss true sein, um einen stufenweisen Einblendungseffekt mit variabler Amplitude zu erzielen.

2. Verwende VibrationEffect.createWaveform(timings[], amplitudes[], int repeat).

3. Passen Sie die Reihe von timings[] und amplitudes[] an, um die Einblendungskurve zu generieren, wie in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5: Einschwingkurve für lange Vibration

Anwendungsfall 3: Audiogekoppelte Haptik

Audiogekoppelte Haptik sind haptische Muster, die mit dem Rhythmus des Audiosignals gekoppelt sind, um die Aufmerksamkeit des Nutzers zu erregen.

Audiogekoppelte Haptik: Vorteile

Wenn Sie haptisches Feedback mit Audio kombinieren möchten, kombinieren Sie deutliche haptische Rückmeldungen mit langen Vibrationen. Die starken, aber kurzen haptischen Sensationen von Clear Haptics erzeugen diskrete rhythmische Muster. In Kombination mit den starken Reizen, die eine lange Vibration bietet, können Sie so die Aufmerksamkeit der Nutzer auf sich ziehen.

Es ist wichtig, die rhythmischen Muster der Empfindung zu berücksichtigen. Wenn es keinen Rhythmus gibt, nimmt der Nutzer die haptischen Empfindungen als zufälliges Summen wahr und ignoriert sie in der Regel.

Abbildung 6 Beispiel für die Kombination von Audio und Haptik

Audiogekoppelte Haptik: Tipps zur Implementierung

Für die Implementierung von audiogekoppelten Haptikfunktionen sind grundlegende Kenntnisse zur Wiedergabe von Inhalten sowohl über Audio- als auch über haptische Kanäle erforderlich. Beachten Sie Folgendes:

• Verwenden Sie die Klassen MediaPlayer oder SoundPool.

  • Assets im OGG-Format mit einem speziellen Metadatenschlüssel (ANDROID_HAPTIC gefolgt von einer Reihe von haptischen Kanälen) geben an, dass Haptikdaten vorhanden sind und die Wiedergabe mit MediaPlayer und SoundPool erfolgt.

• Geben Sie in audio_policy_configuration.xml an, ob Haptik und Audiowiedergabe unterstützt werden.

  • Verwenden Sie ein Ausgabeprofil mit dem Haptikkanal AUDIO_CHANNEL_OUT_HAPTIC_A|B.
  • Bei einem Ausgabestream mit haptischen Kanälen werden diese als zusätzliche Kanäle in den Daten dargestellt.

  Beispiel

  Die Kanalmaske für den Ausgabestream sieht so aus:

  AUDIO_CHANNEL_OUT_STEREO_HAPTIC_A

  Dann sollte jedes Sample so aussehen:

  AUDIO_LEFT_CHANNEL,AUDIO_RIGHT_CHANNEL,HAPTIC_CHANNEL_A

• Ändern Sie AudioAttributes.Builder( ).setHapticChannelsMuted(boolean muted) in false, um den haptischen Kanal abzuspielen.

  • Standardmäßig sind die haptischen Kanäle stummgeschaltet (true).
  • Anwendungsfälle sind Klingeltöne und UI-Töne mit synchroner Haptik und Feedback.

• Die HAL für den Vibrator muss die externe Steuerung unterstützen.

  • Verwenden Sie für HIDL-Implementierungen setExternalControl(bool enabled) generates (Status status).
  • Verwenden Sie für AIDL-Implementierungen void setExternalControl(in boolean enabled).

Abbildung 7. Audiogekoppelte Haptik implementieren

Audiogekoppelte Haptik: HapticGenerator

HapticGenerator ist ein Audioeffekt, der in Android 12 eingeführt wurde. Er kann haptische Daten aus einem Audiokanal generieren und in Echtzeit als audiogekoppelte Haptik abspielen. Der Effekt wird auf AudioTrack angewendet, wie in Abbildung 8 dargestellt:

Abbildung 8. Architektur des haptischen Generators.

Diese Architekturvisualisierung zeigt, wo der haptische Generator auf den eingehenden Nutzer-Audiostream angewendet wird, bevor er an die Audio-HAL gesendet wird. Der Generator wird angewendet, nachdem AudioMixer die Audio- und haptischen Daten getrennt hat, und vor allen anderen Audioeffekten. Seine Ausgabe überschreibt alle vorherigen haptischen Daten im Stream.

Damit der Algorithmus des haptischen Generators hochwertige Haptik erzeugt, passen Sie den Generatoralgorithmus an den Vibrationsmotor des Geräts an. Dazu passen Sie die Parameter an, mit denen die Filterkette konfiguriert wird, die auf Audiowellenformen angewendet wird. In diesem Abschnitt werden diese Parameter ausführlich beschrieben und erläutert, wie Sie sie an Ihre Hardwarespezifikation anpassen.

• Resonanzfrequenz für einen Bandpassfilter

  Die Resonanzfrequenz des Vibrators ist die Frequenz, bei der ein haptischer Aktor eine maximale Leistung hat. Mit diesem Parameter wird ein Antiresonator so eingestellt, dass die Antwortübertragungsfunktion teilweise abgeflacht wird, um eine größere Bandbreite zu erhalten. Das Android-Framework verknüpft diesen Wert automatisch mit der Ausgabe der HAL-Methode „Vibrator“ IVibrator.getResonantFrequency.

  Der Standardwert für diesen Parameter ist 150 Hz. Sie können ihn im Code ändern.

• Normalisierungsfaktor für langsamen Umschlag

  Mit diesem Parameter wird der Exponent bei der teilweisen Normalisierung (automatische Verstärkungsregelung) festgelegt. Der Standardwert ist −0,8.Das bedeutet, dass durch diesen Schritt der Verstärkungsregelung 80% der Dynamikbereichsvariation entfernt werden. Du kannst das im Code ändern.

• Q-Faktor für Sperrfilter

  Der Qualitätsfaktor des Vibrators (Q-Faktor) wird durch zwei Parameter bestimmt:

  • Der Null-Q, der Qualitätsfaktor der Nullstellen im Sperrfilter, der die Resonanz teilweise aufhebt

  • Der Pol Q, der Gütefaktor der Pole im Sperrfilter

  Das Verhältnis dieser beiden Werte begrenzt die Unterdrückung der Resonanz, um niedrigere Frequenzen zu verstärken und die Algorithmusantwort zu erweitern. Die Standardwerte von 8 für den Nullpunkt-Q und 4 für den Pol-Q ergeben beispielsweise ein Verhältnis von 2, was die Resonanzunterdrückung um den Faktor 2 (6 dB) begrenzt. Das Android-Framework verknüpft beide Werte mit der Ausgabe der HAL-Methode „Vibrator“ IVibrator.getQFactor.

  Wenn die Standardwerte die Dämpfung der Motorleistung Ihres Geräts nicht berücksichtigen, empfehlen wir, beide Werte gleichzeitig zu ändern und entweder beide zu erhöhen oder beide zu verringern. Das Verhältnis von Null-Q zu Pol-Q sollte größer als 1 sein. Du kannst das im Code ändern.

• Knickfrequenz für Verzerrung

  Die Grenzfrequenz wird durch einen Tiefpassfilter angewendet, der Vibrationen bei niedrigen Pegeln unterdrückt und höhere Pegel mithilfe einer kubischen Verzerrung verstärkt. Standardmäßig ist 300 Hz festgelegt. Sie können dies im Code ändern.

• Eingabeverstärkung und Würfelgrenzwert für Verzerrung

  Diese Parameter werden von einem nichtlinearen Verzerrungsfilter verwendet, der auf die Eingangswellenform angewendet wird. Dieser Filter dämpft die Amplitude der Signale mit niedrigerer Frequenz und erhöht die Amplitude der Signale mit höherer Frequenz.

  • Der Standardwert für den Eingangsverstärkungsfaktor ist 0,3.
  • Der Standardwert für den Würfelgrenzwert ist 0,1.

  Wir empfehlen, beide Werte gleichzeitig zu ändern. Sie finden sie im Code.

  Weitere Informationen zur Funktion, die mit diesem Filter angewendet wird, finden Sie in der Implementierung im Code.

  Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie sich diese beiden Parameter auf die Ausgabe auswirken, empfehlen wir, die Frequenzantworten der Filter zu zeichnen und zu beobachten, wie sich die Frequenzantworten bei verschiedenen Parameterwerten ändern.

• Ausgangsverstärkung für Verzerrung

  Mit diesem Parameter wird die endgültige Vibrationsamplitude gesteuert. Es ist eine endgültige Verstärkung, die nach einem Softlimiter angewendet wird, der die Vibrationsamplituden auf weniger als 1 begrenzt. Der Standardwert ist 1, 5.Sie können ihn im Code ändern.

  Wenn die Vibration zu schwach ist, erhöhen Sie den Wert. Wenn Sie das Rasseln der Aktor-Hardware hören, verringern Sie den Wert.