触控交互和笔式交互融合策略的研究

作     者：袁伟强 

作者单位：沈阳工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：辛义忠

授予年度：2014年

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 08[工学] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 071102[理学-系统分析与集成] 081103[工学-系统工程] 

主      题：人机交互 触控交互 笔式交互 融合策略 触控+笔 

摘      要：触控交互和笔式交互以其自然、直观、易学等优势,深受用户的喜爱。尽管触控交互和笔式交互发展现状良好,但都存在一定的问题:触控的输入精度低,难以胜任精确操作;笔的输入带宽低,进行复杂操作较为繁琐。因此,本研究以提高触控交互和笔式交互的易用性和协作性为目的,提出了触控交互和笔式交互的融合策略。本研究围绕如下几个方面展开了研究工作:本研究首先对比了触控和笔的输入性能,定量地考察了两种交互技术的特性,为融合策略提供理论基础。研究结果显示:在操作时间和出错率上,笔显著小于触控,且目标越小,触控的操作时间和出错率越高,而笔不易受目标尺寸影响。然后,通过定性研究考察了用户使用触控和笔的方式,总结了现有触控和笔输入技术存在的问题。基于前文的定量分析和定性分析,提出了六种触控和笔的融合策略:基于操作任务精度的触控+笔融合策略、基于主辅通道的触控+笔融合策略、基于双手协作的触控+笔融合策略、基于手势命令的触控+笔融合策略、基于单手的触控+笔融合策略和基于外置媒介的融合策略。接下来,本研究开发了触控+笔并行输入的程序框架,并针对触控和笔输入的识别与标识,以及手掌误操作等关键问题提出了解决方案。基于上文提出的融合策略,设计了三种触控和笔的融合策略实现技术,分别为:笔+单点触摸、笔+触控手势、笔+多点触摸。通过融合策略评价实验,考察了融合实现技术的性能,并与单独使用笔、触摸进行对比。实验结果证明,三种融合实现技术均有效地降低了任务操作时间,同时还提高了任务操作准确率;在三种融合技术中,笔+触控手势性能最优,笔+多点触摸和笔+单点触摸次之。最后,本研究搭建了一台触控+笔原型交互设备,并介绍了设备的工作原理、搭建过程、识别方法、开发技术以及效果展示。