最近又到了BTS的季节，Apple Pencil相关的问题也随之增加，身为一名樱樱美代子的大一新生，决定要来尝试分享一些关于Apple Pencil的相关原理与技术。 注1：本人为大一新生，没有任何专业背景，文章内容皆为网络上所找，如有误欢迎指教。 注2：本文皆以Apple Pencil（第二代）作为分析对象。 贰、工作原理 1、压感 Apple Pencil相对于其他第三方平替笔来说最大的差别就是多了压力感测，压力传感的功能是指笔对屏幕施加的力转化成不同粗细的笔迹，简单来说就是模拟真实写字的力道。
画面中粗细不一的笔画正是压感的表现。 那么问题来了，压感究竟是如何实现的？ 感应器究竟是在平板上还是Apple Pencil内部呢？ Apple Penci的压感能力究竟如何呢？ 通过拆解，我们可以在Apple pencil的前半部分发现这样一个装置。
可以看到黄色笔尖后方有个不锈钢看似像机械结构的部位，那便是压感的传感结构，然而光是看外表我们仍无法得知其运作原理，于是我们再进一步的拆解。
在这两张结构图中我们可以看到所谓的压感结构只有金属框架和后方一片传感器所组成，结构看起来简单到令人疑惑，压力究竟是如何感测的呢？ 换个角度想，一般而言测量力的大小我们必须得将力以「具体」的方式呈现出来，例如国中时理化课测量弹簧的「形变量」。 没错，就是形变量，Apple Pencil藉由传感器测量金属框架因受力而产生的微小形变转化成数值回传给ipad以实现压力感应。 至于Apple Pencil压感能力目前官方并没有给出一个具体的答案，不过在网络上有人给出了具体的数值。 在公布之前，我们先来简单了解压感能力如何被量化。 这边我们要先介绍一个新名词——压感等级，有些用过电绘板的同学可能听过，我们在这用比较通俗易懂的方式来讲解。 假设今天电绘板能判断0~10的下笔力道，若我们在一个入门级电绘板上画一条线，它只能判断出这个像素用了5分力、那个像素用了6分力; 而在进阶的电绘板上则能判断出这里用了5.4分力、那里用了6.1分力。 这即为压感等级的差距。 目前主流电绘板一般都在1024~8192级压感，而Apple Pencil根据实测为4197级（超过4096级原因不明）相当于中高端的水平。 2、笔迹 想要了解Apple pencil是如何在Ipad上画出线条，我们要先从最底层的原理讲起。 Apple Pencil在分类上属于电容笔，与之相对的称为电阻笔。 电容笔再细分又可分为被动式与主动式，而Apple Pencil为主动式电容笔。 那么，主动式代表了什么意思呢？ 主动式电容笔，笔尖部分会不断发射出特定高频讯号，当笔尖接触到屏幕之后，屏幕上的触摸矩阵会接收到特定高频讯号，笔尖便会计算哪个地方讯号最强，藉由蓝牙回传给Ipad使像素点改变颜色。 这边提下一个细节，细心的同学可能有发现，既然接触到的叫触摸「矩阵」，「分辨率」这个概念也就不只屏幕本身有，触控矩阵也有相似的概念，以ipad pro 12.9 inch 为例，有65*48共3120个触控点，在平板中属于天花板级的存在。
上图为ipad屏幕结构。 我们都知道，在分辨率不高的情况下画面容易出现俗称的「锯齿」影响体验，而为了消除锯齿，我们就需要SMAA或TAA等抗锯齿技术。 而在触控矩阵上也有类似的问题，在Ipad上绘制45度的直线时容易出现异常抖动，各位可以在家自己实测看看。 即使以直尺辅助也无济于事。 此现象便是因为矩阵的分辨率不高而产生，可以藉由撕掉钢化膜缩短笔尖与触控矩阵的距离以减少讯号误判，抑或是增强算法防抖来改善。
上图为45度直线抖动的情况。 下两张图为是否贴膜时的感测状况。
3、倾角 倾角感应对于Apple Pencil来说是模拟真实铅笔相当重要的一项技术，倾角感应这个功能相对于其他技术来说相对好解释的多（但网络上内容也是真的很少）。 前面我们提到，笔尖会发射特定高频信号给屏幕。 实际上，在笔尖处有两个发射电极同时运作，藉由计算两个发射电极在屏幕上的投影位置的相对关系，我们可以得到笔尖倾斜的角度。
上图笔尖的C1及C2指两个发射电极，下方的椭圆为电极在屏幕上的投影。 下面我们利用一些简单高中三角函数来解释倾角是如何被计算出来的。 注：下图是我自己画的，画工有限请见谅。
已知两电极圆心距离固定为d，假设投影的连心线长为x，我们可以简化成以下的三角形来计算。
如何，是不是真的非常简单？ 到此你就完全了解Apple Pencil倾斜感测的工作原理了。 本次技术原理分析也在这边告一段落，希望本文对你有所帮助，如有错误望大家指出，感谢大家耐心的阅读，谢谢大家。
