电子纸显示屏是一种全新显示屏，具有功耗低、阅读舒适等优点。作为一种新型显示屏技术，电子纸显示屏催生了众多创新性移动应用，比如电子书、电子报纸、电子显示牌等。S1D13521是Epson公司和E Ink公司2008年联合推出的一款电子纸 显示控制器，具有多种全新特性，为E Ink电子纸显示屏提供了强大的技术支持。如何充分利用S1D13521的特性，为新一代电子纸显示屏提供更佳的 人机交互体验已成为一个有待研究与解决的问题。本文以津科V30型手持阅读器为实例，介绍一些实际开发中的设计经验和实现技术。
2 S1D13521及开发平台
2．1 S1D13521简介
S1D13521提供多种主机处理功能，极大地减轻了主机负载，提升了系统整体性能；支持2 048×1 536的分辨率(50 Hz)，最大支持4 096×4 096分辨率(低于50 Hz)，支持32灰度级显示；支持多区域并行显示刷新，提高了电子纸显示屏的响应速度。使用这种控制器，电子纸显示屏最多可同时执行16个区域的局部擦写。显示屏响应速度的大幅提升使触摸屏式的用户交互方式成为可能，并带来响应式手写笔输入、下拉菜单等一系列新的应用。这一技术为提升电子纸用户界面体验提供了强大支持。S1D13521系统结构如图1所示。S1D13521显示控制器在主机与电子纸显示屏之间，用于控制电子纸的显示刷新。
3 电子纸人机交互设计
3．1 电子纸人机交互结构模型
S1D13521大幅度提升了电子纸的响应速度，从而加速了显示屏对用户操作的反馈，使动态的视觉反馈效果成为可能。基于这种特性与优势，本文设计了一种控制一反馈人机交互结构模型，如图2所示。
这种设计可以通过几种简单的操控手势实现所有阅读器的基本功能，很好地遵循了人机交互设计的一致性和界面简洁性原则；同时，通过动态视觉反馈给予用户及时响应，从而实现整个交互功能。
4 电子纸人机交互实现
在电子纸人机交互的实现中，充分利用S1D13521的特性，对各种操作及时产生动态视觉反馈，可达到直观、易用的人机交互效果。
4．1 简单动态反馈的实现
动态反馈的实现依赖于显示器快速刷屏响应，而S1D13521的一个重要特性就是可以加速块刷。相对于传统800 ms的块刷时间，S1D13521可以把黑白两级块刷时间降为300 ms。充分利用这一特性，可实现多种简单动态反馈效果。
实现的一般过程是，首先计算每一帧显示屏变化区域大小，然后调用快速块刷函数GrFastPartialPrint完成对变化区域的显示刷新，这样就能以3帧／s的速率实现动态效果。这一技术的关键是计算合适的块刷区域，从而保证有效的刷屏速度。
津科V30型阅读器人机交互的翻转、退出、撤销3种操作就是使用这一技术实现的。这里以退出操作的卷帘效果为例说明。退出操作是从阅读状态返回书架，当用户从屏幕上方下向下划动，书架随之以卷帘效果展开。图4展示了书架的卷帘效果及显示刷新过程。其中，框出区域为每帧块刷区域。
4．2 即时响应动态交互的实现
为了增强人机交互的易用性和趣味性，需要进一步设计即时响应的动态反馈效果。这就要求，在使用快速块刷技术的基础上，综合运用几种针对电子纸的实现技巧。
4．2．1 效果展示
津科V30型阅读器人机交互的翻页、跳页操作就是即时响应的动态交互。这里以翻页操作为例。图5展示了翻页操作，以三角形简单模拟翻起的页角，同时在翻起的区域显示下一页部分内容，翻起页角随用户触摸移动而变化，视觉即时响应触觉。
4．2．2 实现技术
(1)即时响应的实现技术
用户触摸移动会触发MouseMove事件。即时响应要求对触发事件作及时处理，而电子纸块刷时间是300 ms，其刷新速率无法跟上事件触发速度，所以即时响应实现的一个很重要策略是舍弃一部分MouseMove事件。每次在OnMouseMove事件处理函数中，刷屏后调用DropMou-seEvent函数，从而在本次处理之后舍弃一小部分触发事件。DropMouseEvent函数实现如下：
因为舍弃事件的速度大于用户触发事件的速度，所以舍弃一些MouseMove事件后队列变空，之后会再次响应用户动作。
(2)高频刷屏中的填充处理
在即时响应的高频刷屏中，容易出现滞留现象，即会有上一帧的残留。尤其是翻页动画中存在填充区域，这种现象非常明显。这是由于电子纸的刷屏特性导致的，电子纸的像素在由黑(白)反白(黑)时，耗时长且易出现刷屏残留。
基于这一原理，可以在填充时采用固定格式的隔像素填充技术。具体做法是，每4个像素为固定一组，左上角填黑，其他3个像素填白。这样，从整体看呈现了隔行隔列填充的效果。从局部看，排列是固定的，当填充区域变化时减少了由黑(白)反白(黑)的像素个数，基本可以去除残留现象，也起到了加速的作用。具体实现采用查表技术，每填充一个像素之前，调用GetPointColor函数查表判断是否填充该像素。GetPointColor(int x，int y)函数实现如下：
4．3 1 6通道技术的应用
16通道技术是S1D13521的另一个重要特性。其原理是当多块不重叠区域连续块刷时，S1D13521可以提供16个并行通道，使每个块刷时间降为300／16 ms。充分利用这一技术，可以实现更为流畅的动态效果。
以百叶窗动画为例说明16通道技术的使用。还是调用GrFastPartialPrint函数，当连续块刷的区域均不重叠时，S1D13521会自动开启16通道。百叶窗的实现是把整屏图分为m块，每一块分为n条，按一定次序依次显示其中一条区域。程序实现如下：
需注意，块刷区域长宽必须是4的倍数，才能正确使用16通道。否则，S1D1352l会认为区域有重叠，把多个区域一起刷出，无法显示动画效果。
4．4 实现结果
通过使用上述技术，在津科V30型阅读器上实现了各种操控手势的动态交互，实现了所有基本阅读功能人机交互。撤销操作类似于退出操作，也是以卷帘效果动态反馈。跳页操作是拖拽出若干条等间隔区域，表示当前文件页号列表，并在顶角处标以页号，当前页用黑色区域标记。翻转操作是在屏幕中间以小图标转动响应用户动作。
结 语
与传统的电子纸用户界面相比，基于S1D13521显示控制器的电子纸人机交互更具人性化，更为易用。作为新一代显示控制器，S1D13521的强大功能还有待进一步挖掘，以推动新一代电子纸显示屏的发展与应用。