手写板支持的笔式交互界面的研究与应用

摘要

人机交互技术(Human-Computer Interaction，简写HCI)是研究关于设计、评价和实现供人们使用的交互计算系统以及有关这些现象进行研究的科学。人机交互技术是随着计算机技术的发展而不断发展前沿学科，其研究的重点在于人与计算机之间的交互。人机交互主要是研究通过计算机的输入及输出设备，采用更有效的方式实现计算机与人之间的信息交换。用户界面(User Interface，简称UI)是指人与计算机进行相互传递信息与交互的媒介接口，在计算机系统中具有举足轻重的地位。 随着多通道交互技术在人机交互领域的研究和应用，作为多通道交互技术之一的笔式交互方式，通过类似于传统的纸笔的隐喻来提供给人们最大的习惯性，真正体现了“以人为中心”的人机交互的技术特点，同时通过提供勾画、书写手势等交互方式使用户可以最快的实现高效交互。笔式交互在使用过程中克服了传统的鼠标、键盘交互方式精确定位不够精确的以及普通用户不容易学习使用的缺点，提供一种具有熟悉性、便利性的灵活交互方式，被认为是人机交互中一种比较合理的交互方式。 本文以教学辅助软件作为应用目标，以笔式交互技术在教学辅助软件中的应用作为主要的研究内容，将基于笔式交互的自由勾画技术和模拟传统的粉笔、黑板以及黑板擦的交互技术相结合，系统研究了教学软件中笔式交互的交互任务以及交互技术，具体包括：使用Wintab标准数字接口进行编程，模拟传统粉笔、黑板以及黑板擦的交互模型，以及对传统板书批注形式的引入等。 主要工作和内容总结如下： (1)对教学辅助软件应用中笔式交互的重要性进行了深入研究，同时对教学辅助软件中的交互任务进行系统总结，针对传统的粉笔、黑板以及黑板擦的交互方式的优点和不足进行了深入的研究与评估，基于人机交互技术的理论特点，针对笔式交互提出了基于手写板以及手写笔的笔式交互界面模型及实现体系。 (2)基于教学辅助软件中应用笔式交互的优势，提出了教学辅助软件中人机交互的相关任务，研究与探讨了教学环境中相关的交互技术：包括板书书写，板书擦出以及外部材料的批注。 (3)深入研究了普适计算理论特别是上下文感知计算理论在笔式交互界面中的相关应用。同时通过将上下文感知计算理论与笔式交互界面模型相结合，提出了一种基于上下文感知计算的自适应的手写数字匹配算法。

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第一章绪论

1.1引言

1.2研究背景及意义

1.2.1人机交互技术

1.2.2笔式交互技术

1.2.3上下文感知计算

1.3论文的研究内容

1.4论文的组织结构

第二章手写板硬件特征及Wintab接口标准的编程特征

2.1手写板硬件特征

2.1.1手写板工作原理

2.1.2手写笔的工作原理

2.1.3 WACOM手写板介绍

2.2 Wintab接口标准

2.2.1Wintab接口标准基本概念

2.2.2 Wintab接口标准的基本函数

2.2.3 Wintab接口标准的数据结构

2.2.4Wintab编程实例

2.3小结

第三章上下文感知计算在笔式交互界面的应用

3.1上下文感知计算理论概述

3.1.1普适计算理论

3.1.2上下文感知计算相关概念

3.1.3上下文感知计算研究现状

3.1.4上下文感知计算的应用

3.2上下文感知计算在笔式交互中的应用

3.2.1形状上下文

3.2.2基于坐标、压力的形状上下文匹配

3.2.3实验与结果分析

3.3小结

第四章笔式交互界面的设计与实现

4.1笔式交互界面的总体设计框架

4.2笔式交互界面的界面设计

4.3笔式交互界面的具体实现

4.3.1开发环境

4.3.2手写输入

4.3.3信息采样

4.3.4绘制图像的编辑

4.3.5手写输入图像操作

4.3.6轨迹点回显

4.3.7外部文档批注

4.4小结

第五章总结

参考文献

攻读硕士学位期间的论文发表情况

致谢