文字书写教学系统交互结构与汉字笔画笔力评价研究

摘要

现有电子式习字装置大都只具有单一的文字书写练习功能,而对其书写过程中出现的问题所进行智能辅导的能力极其有限。针对这一现象,研发了一个结合国民义务教育的文字书写练习智能辅导系统。该系统具有多文种选择,多种练习方式选择,多种练习格式选择,练习完成后进行文字书写质量评价,对书写过程中出现的错误进行辅导,可联网交互等功能。
　　交互结构和笔画笔力分析是此项目的关键技术。系统是否能被用户接受或具有强大生命力,系统与用户交互机理起着至关重要的作用。本文从便于练习者使用、智能技术优势、书写纸仿真等方面研究交互结构及汉字笔画笔力分析算法。重点内容有辅导现场布局、明暗页显示、作业图片的矢量保存提交、笔迹回清。书写笔力分析是给用户书写效果评分的主要技术手段之一,文中就电阻式触摸屏上进行书写时所出现问题进行分析,提出了汉字笔画模糊评价方法。主要内容包括隶属度模板构建、模糊子集选择、模板参数生成、评价实现。实验表明交互结构既能继承纸质书写的优点又能发挥电子设备的长处,通过交互结构进行人机交互,使机器能对文字练习者进行文字书写的智能辅导。交互实时、友好,能顺应练习人群一直以来的社会认知和书写习惯。基于模糊方法实现的汉字笔画笔力分析效果与人们主观评价结果基本吻合,且具有较强客观性,推广到其他文种也具有较强鲁棒性。
　　本文成果的创新主要归纳为如下几点。
　　1.设计并实现了纸质文字书写练习本的仿真。如练习格式印制、练习方式布局、纸张翻页、书写笔迹擦除、对照例字练习交互等。练习的内容严格按照九年义务教育教科书编排,与教学进度、内容一致。在符合人们进行文字书写练习的社会认知和日常习惯的前提下,采用交互纸的方式开展练习活动。从而避免纸质练习纸静态性的弊端,发挥电子设备可以反复更改、重复练习等动态性优点。
　　2.实现了作业图片的矢量保存和提交。将系统运行时的动态属性特征参数和练习笔迹状况进行矢量化并存储,从而达到大大减少数据量,减少作业提交的传输时间,不失真恢复现场的目的。
　　3.提出了基于笔画笔力的模糊评价方法。在中国的传统书法审美中一直有书写“笔力”一说。但是在利用计算机技术进行文字书写质量的分析方面,此种研究尚属空白。现有成果只对汉字进行重心、长宽比例、字形几何结构等架构分析,而笔力此抽象概念则未涉及。本文作者研究了一种手写汉字笔力的模糊评价方法。通过提取手写模板字中笔画的关键点信息进行隶属度计算,建立模糊模板矩阵,然后将实写汉字的隶属度与模板隶属度数据进行贴近度计算得出综合的笔力评价。实验表明该方法与老师主观评价方法基本吻合。因为文字都是二维线条组成,所以推广到其他文种也具有较强鲁棒性。
　　该课题来自于湖南省高校创新平台开放基金项目《可联网交互的多功能规定格式习字系统及方法》(09K040),课题内容是发明专利《可联网交互的多功能规定格式习字系统及方法》(ZL201010149767.2)的重要组成部分。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 交互结构和笔画笔力分析面临的问题

1.3 研究现状

1.4 本文工作

1.5 论文结构

第2章 系统基本结构及基本工作原理

2.1 硬件配置与样机结构

2.2 工作原理

2.3 关键技术概述

第3章 交互结构设计与实现

3.1 交互界面的隐喻

3.2 交互功能设置

3.3 交互行为的描述

3.4 交互结构实现

3.5 本章小结

第4章 触摸屏手写汉字笔画的笔力模糊评价

4.1 影响笔画笔力的因素分析

4.2 隶属度模板构建

4.3 模糊子集选择

4.4 模板参数生成如下

4.5 评价实现

4.6 本章小结

第5章试验及效果分析

5.1 交互结构试验及效果分析

5.2 基于模糊方法的汉字笔画笔力评价试验

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录A (攻读硕士学位期间参与的项目及投发的论文)