虚拟键盘

虚拟键盘是一种软件组件，无需物理键即可输入字符。与虚拟键盘的交互主要通过触摸屏界面进行，但也可以在虚拟或增强现实中以不同的形式进行。

在台式计算机上，虚拟键盘可能为无法使用传统键盘的残障用户或经常在不同字符集或字母之间切换的双语或多语用户提供替代输入机制，随着时间的推移可能会造成混淆.虽然硬件键盘具有双键盘布局（例如，各种国家布局中的西里尔文/拉丁字母），但屏幕键盘在不同的工作站或很少配备双布局的笔记本电脑上工作时提供了方便的替代品。

虚拟键盘可以从以下几个方面进行分类：

• 具有触摸屏键盘布局或感应区域的虚拟键盘
• 可通过菜单和按住按钮访问的字符变体、标点符号和其他特殊字符
• 键盘软件可能包括数字键盘功能，以方便键入数字。
• 光学投影键盘布局或“键”或感应区域的类似排列
• 光学检测人手和手指运动
• 无需更改操作系统设置的多语言在线虚拟键盘
• 取决于使用键盘的设备（桌面/移动/虚拟现实/增强现实）

在Internet上，已经创建了各种JavaScript虚拟键盘，允许用户在外国键盘上输入自己的语言，尤其是在网吧。多点触摸屏允许为平板电脑、触摸屏、触摸板和有线手套创建虚拟和弦键盘。

虚拟键盘通常用作没有物理键盘的设备中的屏幕输入方法，在这些设备中没有空间放置，例如袖珍电脑、个人数字助理(PDA)、平板电脑或配备触摸屏的手机。通常通过敲击虚拟键盘或手指追踪来输入文本。虚拟键盘也被用作具有比计算机键盘更少的按钮的系统的仿真软件的功能。

将文本输入PDA的四种主要方法是：由手写笔操作的虚拟键盘、外部USB键盘、手写键盘和笔画识别。许多早期的PDA并不主要专注于虚拟键盘。微软的移动操作系统方法是模拟一个完整的功能键盘，这导致键盘布局略微过载。早期PDA面临的主要问题是对多点触控技术的支持，从而导致用户的可用性问题。

当Apple在2007年推出xxx款iPhone时，不包括物理键盘的决定被视为对该设备的损害。但是苹果公​​司将多点触控技术引入了他们的新设备，这使他们能够克服PDA的可用性问题。Apple的虚拟键盘设计模式已成为当今移动设备的标准。

最常见的移动操作系统Android和iOS都为开发人员社区提供了单独开发自定义虚拟键盘​​的可能性。

安卓键盘设置

AndroidSDK提供了一个所谓的InputMethodService。该服务提供输入法的标准实现，最终实现可以派生和定制，使Android开发社区能够实现自己的键盘布局。InputMethodService随键盘视图一起提供。虽然InputMethod服务可用于自定义键和手势输入，但键盘类加载键盘的XML描述并存储键的属性。

这样一来，可以在Android设备上安装不同的键盘版本，而键盘只是一个应用程序；可以通过Android设置菜单进行简单激活。

Apple还为社区提供了开发自定义键盘的可能性，但不提供对字典或常规键盘设置的任何访问权限。此外，如果用户在文本输入字段中输入文本，iOS会自动在系统键盘和自定义键盘之间切换。

UIInputViewController是自定义键盘应用扩展的主要视图控制器。该控制器为自定义键盘的实现提供了不同的方法，例如自定义键盘的用户界面、获取补充词典或更改自定义键盘的主要语言。

Android平台提供了一个拼写检查框架，它提供了在应用程序本身中实现和访问拼写检查的可能性。该框架是Android平台提供的文本服务API之一。基于提供的文本，会话对象返回拼写检查器生成的拼写建议。

iOS正在使用UITextChecker类，该对象用于检查字符串（通常是文档的文本）中是否存在拼写错误的单词，通常称为Apple的自动更正。UITextChecker拼写检查使用给定语言的词典。可以告诉它在对特定文档进行拼写检查时忽略特定单词，它可以学习新单词，从而将这些单词添加到词典中。

2000年代初的各种科学论文表明，甚至在智能手机发明之前，根据用户输入的内容预测单词对于提高打字速度非常有帮助。在此键盘功能开发之初，预测主要基于静态字典。Google于2013年在Android4.4中实现了预测方法。这一发展主要由第三方键盘供应商推动，例如SwiftKey和Swype。两者都提供强大的单词搜索引擎和相应的数据库。2014年，Apple推出了iOS8其中包括一个名为QuickType的新预测输入功能，它会在用户输入时在键盘上方显示单词预测。

iOS和Android允许开发人员用自己的键盘应用程序替换其键盘。这导致了实验和新功能的出现，例如在第三方键盘中证明自己之后进入Android官方键盘的手势输入功能。谷歌本身的研究证实，手势输入将打字率提高了22%，并将错误率降低到接近0%。谷歌进一步表明，手势输入方法在智能手表上也很有用。他们的科学研究主要基于I.ScottMacKenzie的研究以及关于使用fitts定律模拟手指触摸的论文。

触觉反馈提供按键已成功触发的触觉确认，即用户在按键被按下时听到并感觉到“点击”。利用滞后，可以在更大程度上模拟物理按键的感觉。在这种情况下，当按下虚拟键时会听到并感觉到最初的“咔哒”声，但随着按键被触发后手指压力减小，会出现进一步的“未咔哒”声音和感觉，就好像物理键正在重新弹回其原始未单击状态。这种行为在AleksOniszczak和ScottMackenzie的2004年论文“移动设备键盘的两种输入方法的比较”中进行了解释，该论文首次在虚拟键盘上引入了带有滞后的触觉反馈。

不同的数字领域需要键盘。不仅智能手机需要虚拟键盘，创建虚拟世界的设备（例如虚拟现实或增强现实眼镜）也需要提供文本输入的可能性。

IBM工程师于1992年发明了一种光学虚拟键盘并获得了专利。它以光学方式检测和分析人类手部和手指的运动，并将其解释为在物理上不存在的输入设备上的操作，例如具有涂漆键的表面。通过这种方式，它允许模拟无限类型的手动操作输入设备，例如鼠标或键盘。所有机械输入单元都可以由此类虚拟设备代替，针对当前应用和用户生理进行优化，以保持手动数据输入的速度、简单性和明确性。

增强现实环境中虚拟键盘的基本思想是为用户提供文本输入的可能性。一种常见的方法是将平面键盘渲染到增强现实中，例如使用UnityTouchScreenKeyboard。MicrosoftHoloLens使用户能够通过移动头部来指向键盘上的字母。

韩国KJISTU-VR实验室在2003年研究了另一种方法。他们的建议是使用可穿戴设备来跟踪手指运动，以用虚拟键盘代替物理键盘。他们还试图在按键被击中时向用户提供视听反馈。基本的想法是根据用户的习惯，为用户提供一种更自然的方式来输入文本。

与增强现实一样，挑战在于让用户能够在完全虚拟的环境中输入文本。一个大问题是市场上的大多数增强现实系统都没有跟踪用户的手。如此多的可用系统提供了指向字母的可能性。

2016年9月，谷歌为他们的Daydream虚拟现实耳机发布了一个虚拟键盘应用程序。要输入文本，用户可以使用Daydream控制器指向特定的字母。

2017年2月，罗技展示了将他们的键盘带入虚拟环境的实验方法。借助ViveTracker和罗技G游戏键盘，无需佩戴任何类型的手套即可准确跟踪每个手指的运动。其中50个此类软件包已发送给独家开发人员，使他们能够结合Logitche的BRIDGE开发人员套件来测试和试验新技术。

在某些情况下可以使用虚拟键盘来降低击键记录的风险。例如，Westpac的网上银行服务使用虚拟键盘输入密码，TreasuryDirect也是如此（见图）。恶意软件监控显示器和鼠标以获取通过虚拟键盘输入的数据比监控真正的击键更难。然而，它是可能的，例如通过定期或每次鼠标点击来记录屏幕截图。

使用用户通过鼠标单击“键入”的屏幕键盘可能会增加通过肩冲浪泄露密码的风险，因为：

• 观察者通常可以比键盘更容易（也更不怀疑）观看屏幕，并查看鼠标移动到哪些字符。
• 屏幕键盘的一些实现可以给出点击的“键”的视觉反馈，例如通过简单地改变它的颜色。这使得观察者更容易从屏幕上读取数据。在最坏的情况下，实现可能会将焦点放在最近单击的“键”上，直到单击下一个虚拟键，从而即使在鼠标开始移动到下一个字符之后，观察者也有时间阅读每个字符。
• 用户可能无法像在键盘上键入一样快地“指向并单击”，从而使观察者更容易。