DIY(3)：了解FTIR (Frustrated Total Internal Reflection受抑全内反射）

我们已经了解了红外光线，也了解了 DI (Diffused Illumination) 的背后原理，想必大家已经迫不及待想做一个桌子来玩玩了。不过在这一章里面先让我们瞭解另外一个类似的作法 FTIR (Frustrated Total Internal Reflection)。
FTIR (Frustrated Total Internal Reflection) 的背后原理

虽然我们已经知道了 DI (Diffused Illumination漫射照明) 的方式来实作桌子，然而多了解一种实作的方式，会让你有多一种选择。而 FTIR (Frustrated Total Internal Reflection受抑全内反射）的实作方式跟 DI (Diffused Illumination) 是有点类似的。让我们来拆解一下 FTIR (Frustrated Total Internal Reflection) 的背后原理吧!
先由 FTIR (Frustrated Total Internal Reflection) 名字来看，后面三个字 TIR (Total Internal Reflection)，代表的就是全反射，所谓的全反射就是光在一直在一个介质里面一直反射而不会逸出。让我们看一下 Wikipedia 的正式解释:
全内反射（又称全反射）是一种光学现象。当光线经过两个不同折射率的介质时，部份的光线会于介质的界面被折射，其余的则被反射。但是，当入射角比临界角大时（光线远离法线），光线会停止进入另一介面，反之会全部向内面反射。
所以，上图的蓝色的线就是全反射路径。因此我们知道全反射跟入射角以及介质有关，而介质是最重要的一件事情。而 Jeff Han 最大的贡献就是找到了一种介质，可以让红外线在里面进行全反射，而这个莫大的贡献就是这个全反射的介质竟然是如此便宜的压克力。因此，知道了全反射介质，知道了红外光，我们就知道这个互动桌面大概是要怎么建置了。既然大家已经知道了 DI (Diffused Illumination) 的作法，那 FTIR 的原理跟 DI 非常类似，因此我们就一口气解决它吧! 还有，由于我的实作是用 DI (Diffused Illumination)，因此在下面的介绍当中，我会顺便介绍一下 FTIR (Frustrated Total Internal Reflection) 实作需要注意的地方，以及可以参考的资料。而又由于我没实作过这种方式，因此，或许会在实作细节遇到的问题我就不是很清楚了，不过，大体来说，应该是没什么大问题就是了。
首先，你还是要有透明的介质，因为透明的介质是需要能够产生全反射的，所以，这个介质目前是限制在压克力 (Acrylic)，而由于要让红外线光可以打进去，以及产生全反射，你的压克力的厚度必须要超过 8 mm；而你又要让光在里面做全反射，因此你的压克力的四个边必须要磨光，这里所指的磨光是磨到你从一个边可以看到另外一头边上的东西。这样子说明如果还不够清楚的话，那下图应该会让你明了什么叫做磨光:

所以，在准备你的压克力的阶段时，你需要的不只是压克力，你还需要水砂纸来抛光，以及最后用 Brasso 铜油来做最后的抛光动作。所需要的材料是:
水砂纸型号:
P320 (I used Norton T223 / P320 / Very Fine)
P800A (I used Auto-paper P800A / Super fine)
P1200A (I used Auto-paper P1200A / Super fine)
Brasso 铜油
旧衣服
旧报纸
一桶水
最后你需要的是无限的耐心…你的面板越大 ，你需要抛光的面积就越大。
在上面的设计图当中，你可以看到在 FTIR 的实作当中是要把红外光放在边边的，然后让红外光射到压克力里面去，在里面做全反射。这样子有一些好处，包 括了你的红外光在平面上面是绝对均匀的，至少会比用 DI (Diffused Illumination) 来的均匀。同样的，还是利用红外线摄影机 (IR Camera/Webcam) 来接收所反弹回来的红外光线。然后，投影机的内容还是要打到投影布幕 (Diffuser) 上面。整个设计大概是这个样子，但是你会遇到一些问题，你必须要自己焊接你的发光二极管灯，还好，在网路上面可以找到一些这种资料。
最后，你终于做出来了，你或许会遇到一些问题，你必须要在萤幕上面用力按压才会得到比较清晰的手指亮点，这样子有点让人困扰。如果在压克力表面上铺上一层硅，那这个问题就可以获得解决了。如何铺置? 在 BlaXwan’s 中有详细介绍，
如果你顺利用 FTIR (Frustrated Total Internal Reflection) 建立了你的桌子，你就可以直接跳过下一章 DI (Diffused Illumination) 的建置。然后把TouchLib （手指侦测软体）给跑起来就可以了。
基本上，如果你想要用 FTIR 来建立桌子，在网路上面有很多资源，你只要打入 “Multitouch, DIY, FTIR” 应该就多到看不完了。

回顾 DI/FTIR 优缺点
不过在进入下一篇前，在让我们回顾一下 DI (Diffused Illumination) 以及 FTIR (Frustrated Total Internal Reflection) 的作法。两种作法都是用红外光的反射原来来制作互动桌面，因此，这会有一个缺点，那就是红外线干扰的问题，你不可以把你的桌子放在太阳光下，或是环境当中有很多红外线的地方，这会让你的桌子很不稳定。另外，它们都是用投影机，因此会有个问题，就是你的互动桌面怎样都不可能太 “薄”，因为你的投影机就佔据了投影的距离。这也就意味着，如果我们实作比较小的面板似乎就没有多大的意义，所以你会看到许多利用红外光设计的多点触控 (Multitouch) 桌面都会设计的比较大张一点。最后，你用的因为是投影机，除非是特殊的投影机，不然你不可以持续开机太久，会产生投影机过热的问题。
当然用红外光也有一些好处，包括因为是利用反射的原理，因此可以辨认一些物体的形状，能够辨识物体的形状，那可以做的互动应用就广了一些。当然，你可以说，我们可以用电阻做成的多点触控 (Multitouch) 桌面，然后在桌面上面再架一个摄像机，也可以达到。所以，我说，FTIR/DI 的优势就是要把桌子做的大一点，这样子在成本的优势之下，这个样式就胜出了。不过即使不是成本的优势，这两种方式因为容易 DIY，所以在目前为止也是胜出，至少每一个人，只要有心都可以做的出来。没错，是每一个人。
关于 FTIR 以及 DI 之间的比较。由于 FTIR 是用红外光在压克力里面做全反射，因此，打光可以说是相当均匀，不会有什么暗角的问题，而 DI 在这方面就要多费一点苦心。不过 FTIR 受制于全反射的介质，因此只能用压克力；而 DI 的话，你要用什么都可以，有人甚至拿毛玻璃做桌面，这样子连投影布幕 (Diffuser) 都省了。相较于 FTIR，DI 在环境的考量上面要多了一点，就是因为红外光是往上射，因此在可以反弹红外线的角度内，如果有个反射很强的物质，也会照成干扰，像是你把镜子放在上方之类的；或是你穿的衣服在袖子的地方是闪亮亮容易反射的材质。