支持笔交互的数字纸张建模与应用研究

摘要

在人类文明的发展史中，纸张在学习交流、思想表达和文化传承等方面发挥重要的作用。随着全球数字化发展的进程，数字纸张也有长足的推进，在很多方面已经取代了物质纸张的作用。然而，我们发现主流的数字纸张技术主要是作为数据存储容器和内容显示界面，而忽略了物质纸张的物理结构和属性。物理结构和属性的丢失使得数字纸张支持笔交互的能力匮乏，同时其内容保护和内容本身是剥离，难以实现物质纸张的重要功能，无法彻底地取代物质纸张。这使得办公无纸化的理想迟迟未能实现。
　　 本文针对如何在计算机环境中表现纸张物理结构和属性的问题，利用F-Tablet采集多维书写力的优势，展开了支持笔交互的数字纸张建模与应用研究。本文的主要工作内容如下：
　　 1)基于物质纸张的数字纸张建模及其生成方法研究。通过分析物质纸张的物理结构和属性，提取出物质纸张重要的结构和属性，并对其进行数字化表示。接着基于XML格式，定制了数字纸张的存储格式，使其具有良好的可扩展性和跨平台性。并根据数字纸张的结构特点和属性的特质，提出了数字纸张生成方法。
　　 2)数字纸张支持笔交互研究。结合基于InkML定制F-Tablet的数字墨水和数字纸张的优点，展开笔交互的研究。在学字墨水表达方面，提出了基于笔纸墨建模的钢笔书法和毛笔书法仿真算法，该算法很好的模拟中国传统书法的特点，并能真实的反映书写者的书写能力。在身份认证和内容保护方面，提出了一种数字纸张手写签名加密方法，该方法实现了数字纸张的内容保护和身份认证。
　　 3)数字纸张的应用研究。在数字纸张的模型及其支持笔交互的基础上，实现了数字纸张的两个应用：模拟中国书法的练字软件和亲笔博客网站。模拟中国书法的练字软件能够帮助人们在计算机上进行书写练习，省去了笔纸墨的消耗和资源的浪费。亲笔博客网站使得人们可以在网页上随意的书写，发布手写的博文。