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笔式用户界面研究——理论、方法和实现

粟阳  
【摘要】:向着人性化、智能化的方向发展。笔式用户界面作为后 WIMP界面的一个主要形态成为了研究的热点,它基于纸笔的隐喻,提供给人们 自然高效的交互方式。现实生活中人们大量地使用纸笔方式自然地表达和交流各 种信息,它可以帮助人们方便地捕捉想法、记录事件、进行抽象思考和形象地描 述等。笔式用户界面研究力求使得这些传统的、无处不在的活动可计算,在保持 传统工作方式自然性的同时,使人们高效地利用计算资源,实现对信息的各种维 护,如修改、检索、传输、再加工和分析等等。它的研究也将促进计算机科学本 身以及其它相关领域的发展。 本文提出了以用户为中心的智能笔式用户界面研究方法、基于混合自动机的 交互模型、笔交互的增量式意图提取技术、支持笔式用户界面开发的平台 Penbuilder和支持笔记记录和胶片制作的原型系统SketchPoint。这些研究函概了 笔式用户界面研究的理论、方法和实现技术。作为自由笔式用户界面系统性研究 的一部分,本文给出了许多新的思路、观点和技术方法。 本文首先给出了对笔式用户界面研究的一个整体的、系统的分析。通过介绍 笔式用户界面的历史、现状和发展趋势,对笔式用户界面的研究趋势和方法进行 了讨论。用户界面作为一个人机通讯的媒介,它既包含软件又包含硬件。本文同 时讨论了笔式用户界面的原型系统和交互环境,对笔式用户界面的应用领域进行 了系统地分类,简述了笔交互硬件设备的原理,并归纳了几类主要的笔交互环境。 本文展开了用户界面研究方法的讨论,详细地论述了研究中各学科的相互协 调,特别指出了计算机科学与认知心理学在用户界面研究中的关系,进而引出了 本文作者在研究中采取的以用户为中心为指导、以智能笔式用户界面研究为界面 构造技术的研究方法。笔式用户界面的界面隐喻作为界面设计的基础,本文详细 地讨论了Pen-Paper的界面隐喻,并介绍了目前研究中大量使用的Translucent Patch的思想,进而讨论了以内容为中心的界面设计思想。 在对整个笔式用户界面研究概况的介绍、界面设计思想的分析以及研究方法 -I- WP=3 笔式用户界面研究——理论、方法和实现 的讨论的基础上,本文详细论述了本文作者在研究工作中的创新之处。主要可以 归纳为如下四点: 1. 通过讨论笔式用户界面的交互本质,将笔交互系统抽象为一个混合系 统,提出了基于混合自动机的笔交互模型,并论述了基于混合自动机理 论的半形式化描述工具LEAFF 作为笔交互的建模工具。本文给出了一 个基于LEAFF 的笔手势交互的描述实例。同时对笔式用户界面中交互 并行性的描述、交互实时性的验证和从描述到实际交互系统构造的转换 进行了讨论。 2. 为了解决非精确笔交互中的用户意图提取,本文作者提出了笔交互中的 增量式意图提取思想和方法。该思想以人的认知习惯为出发点,利用自 由笔交互的特性,为交互意图的高效自然理解开创了新的思路。同时作 为对于该思想方法的体现和应用,本文也给出了一个支持增量式意图提 取的软件框架,并讨论了相关的技术。 3. 本文作者设计实现了支持笔式用户界面开发的平台Penbuilder,该系统 基于笔式用户界面的特点设计,并迎合了无处不在计算的趋势,支持笔 式用户界面的高效开发。本文详细论述了Penbuilder的设计思想、设计 目标、基于域模型的体系结构、事件模型、语义模型、绘制模型等,并 给出了通用笔交互行为的形式化定义。 4. 基于Penbuilder的支持,本文作者设计实现了SketchPoint原型系统,它 支持笔记的记录和结构化的操作,支持基于勾画的胶片制作和宣讲,同 时支持由笔记到胶片的自动映射。本文系统地介绍了SketchPoint的设计 思想、软件结构、算法和推理过程,它体现了增量式意图提取的思想。 基于SketchPoint,人们可以通过作笔记方便地捕捉信息,通过快捷地设 计胶片有效地与他人交流。


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