笔式交互作为一种自然的人机交互方式,日益被人们接受并成为研究热点。传统笔纸交互过程中,笔迹是由人手的作用力带动笔尖相对纸张的接触运动而产生的,这种接触运动包括笔尖与纸张之间的三维作用力矢量、接触位置和速度等信息。现有笔交互通道主要是对轨迹信息获取,计算机不能完成人书写过程力信息感知,人手写输出与计算机输入接口信息带宽严重不匹配,导致人—计算机交互存在鸿沟,人手写输出计算机无法充分表达,并理解人的意图。为此,本文在实验室原有工作基础上,深入分析现有笔交互设备在结构、交互信息获取方法等方面存在的问题,为提出和设计一种新型的计算机笔式交互接口设备提供出发点和技术支撑,同时为在不同应用平台上实现交互信息获取通用性、界面交互方式以及应用设计提供理论分析和实验研究。本文主要研究工作如下：1)笔交互信息获取：论文第一章和第二章重点分析目前商用的各种手写笔交互设备信息获取存在问题,提出和设计一种基于力触觉的新型计算机笔式交互接口设备。通过采用特殊结构设计多维力传感器技术,实现对笔交互中接触力信息、笔迹,以及速度等全部手写信息的实时同步获取,实现了一种“所写即所见”的自然交互体验。2)笔交互信息访问：论文第三章针对交互设备通用的驱动与服务接口,采用被广泛支持的Wintab接口标准,从交互信息服务应用角度,开发完成手写设备的通用应用访问接口,为不同应用程序的交互信息访问提供了规范的接口支持。3)界面交互技术：论文第四章从人类认知模型角度出发,分析了传统WIMP界面交互方式在用户的认知能力和交互效率上存在的缺陷和不足,从用户认知角度出发,基于笔式界面的用户输入信息存在随意性、多维性和模糊性等特征,设计一种新的“力—位置”交互原语模型。并在此模型上,提出一种基于“力-位置”混合控制的界面交互方式,以实现一种更加符合人类手写行为的界面交互方式。4)笔交互信息表达：论文第五章和第六章针对笔交互信息的跨平台传输和内容表达问题,采用数字墨水技术实现对笔交互信息的表达,并基于规范的墨水标记语言InkML来实现对数字墨水的存储以及定制化墨水文件的生成,实现墨水信息的扩平台传输和处理,最终体现笔交互的自然性以及墨水的自然表达。