基于筆交互技術(shù)的動態(tài)幾何軟件系統(tǒng)研究.pdf

1、教育信息化是我國當(dāng)前的一項重大國策，是指在教育中普遍運用現(xiàn)代信息技術(shù)開發(fā)教育資源并優(yōu)化教育過程，促進(jìn)教育現(xiàn)代化的過程。教育現(xiàn)代化不僅要求在設(shè)備等“硬件”方面的更新，最重要的是思想觀念、思想內(nèi)容和思想方法等“軟件”方面的創(chuàng)新。后者是教育現(xiàn)代化的重要方面和教學(xué)改革的深層目標(biāo)。如何更好地貫徹、落實教育信息化，需要在現(xiàn)有的教育信息化成果基礎(chǔ)上，提供更加以人為本的信息技術(shù)手段，提高教師與學(xué)生之間教與學(xué)的效率。當(dāng)今各種計算機輔助教學(xué)軟件極大地提高了

2、教師的教學(xué)效率，計算機輔助教學(xué)向著多媒體化、智能化、友好的人機交互性方向發(fā)展。然而，當(dāng)今各種教育軟件并不能滿足課堂教學(xué)中師生間及時高效的互動要求，目前教育軟件的人機交互問題已經(jīng)成為教育信息化發(fā)展的一個瓶頸。這就要求此類系統(tǒng)的用戶界面能夠支持自然交互技術(shù)，并具備一定智能性，從而提高教學(xué)中人機交互與人人交互的效率。 人與計算機通訊的過程通常被稱為人機交互HCI(Human-Computer Interaction)，完成這個過程所依

3、賴的媒介，包括軟件和硬件資源被稱為用戶界面(User Interface)。用戶界面是計算機科學(xué)中重要的研究領(lǐng)域之一。到目前為止，用戶界面的發(fā)展已經(jīng)歷了三個主要的時代：批處理界面時代、命令行界面時代、圖形用戶界面GUI時代，目前已進(jìn)入Post-WIMP界面時代。人機界面越來越向著人性化、智能化方向發(fā)展。在Post-WIMP界面的研究中，筆交互技術(shù)基于紙筆的隱喻，能夠提供給用戶自然高效的交互方式。隨著筆交互設(shè)備的日益普及和客觀環(huán)境的要求，

4、以及筆式用戶界面固有的、獨一無二的優(yōu)勢，使筆交互技術(shù)成為國際學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的研究熱點。 本文主要研究筆交互技術(shù)及約束求解在動態(tài)幾何白板系統(tǒng)中的應(yīng)用。主要做了以下工作： 第一，我們在對基于筆交互技術(shù)的動態(tài)幾何軟件進(jìn)行需求分析的基礎(chǔ)上，提出了基于筆交互技術(shù)的動態(tài)幾何軟件框架，并對該軟件框架中的關(guān)鍵技術(shù)如筆跡采集與轉(zhuǎn)化技術(shù)、草圖與手勢識別技術(shù)以及動態(tài)幾何約束求解技術(shù)等進(jìn)行了分析。 第二，我們建立了交互上下文模型，給出了

5、上下文感知求解方法。設(shè)計了基于上下文感知的草圖識別方法與基于上下文感知的手勢識別方法。 第三，我們對LIM0約束求解算法進(jìn)行改進(jìn)，通過分類方法擴展了LIM0算法的使用范圍，分類的原則基于幾何體的自由度，如分為固定點、拖動點、半自由點等。我們將改進(jìn)的LIM0算法應(yīng)用于動態(tài)幾何的約束求解問題。通過改進(jìn)的LIM0算法，幾何圖形中任何一個點都可以被設(shè)置為拖動點，因此用戶可以拖動幾何圖形的任何一個點來觀察幾何變形的動態(tài)可視化效果。