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随着硬件、移动平台和无线通讯技术的快速发展,智能手机逐渐集成了多种通信技术和大量传感器,变成了一个独特的普适计算设备,使人们能够通过手机与现实中的事物、地点和人等物理世界进行交互。大量新颖有趣的移动物理交互程序不断涌现,如条码扫描、地理位置服务、手机作为家庭设备的远程控制终端以及各种创新应用程序概念。但开发这类程序一般非常的耗时,还需要跨领域的知识和技术,如移动编程和算法、控制器编程、电子工程和交互设计等。而且,由于智能手机内置传感器数目的限制,其感知和影响周围环境的能力受到制约,使得结合手机的物理交互计算项目也受到限制,影响人们发挥想象力。
为了克服这些问题,许多研究者提供了一些工具来帮助开发者,但这些工具一般专注于解决特定的问题,适用范围较窄,功能不够全面。所以本文提出了建立在Android移动平台和Arduino硬件传感平台基础上的快速构建移动物理交互原型系统的易用型开发工具系统——EasyPMI(Easy Physical Mobile Interaction)。EasyPMI系统操作简单、适用范围广、功能全面和具有强大的可扩展性,不但能方便的扩展智能手机感知和影响周围环境的能力,还可以极大的降低用户构建结合软件和硬件交互的新颖移动物理交互项目的开发门槛,节省开发时间。EasyPMI利用Arduino作为实现感知设备的公共平台,外围连接各类配件,既能传感,又可以进行控制;而Android设备作为计算平台。EasyPMI不仅能够充分利用Android和Arduino平台各自的优势,还提供了基于事件驱动的事件处理服务,并且创新性的实现了对多通道交互的支持,非专业用户可以通过非常简单的设置操作,方便的把触控GUI界面、语音和手势等多通道交互整合到项目程序中,甚至不需要编写任何Android程序代码。
本文首先对移动物理交互概念及其相关领域的技术和现状进行了介绍,分析了相关主流的移动平台,并详细研究了Android平台,阐述了选择Android作为移动物理交互平台的优势。同时分析了Arduino控制器传感平台和其增强Android设备感知和影响周围环境的能力。然后,在前面的分析和研究的基础上设计实现了一套帮助用户快速构建具有多通道交互的移动物理交互原型系统的易用型开发工具EasyPMI,阐明了系统的开发要求和意义,并对系统设计与实现所采用的关键技术进行了介绍,重点论述了EasyPMI的通信连接服务、事件处理服务和多通道交互框架。最后,通过让用户利用EasyPMI系统构建两个新颖的移动物理交互项目:Android手机远程遥控Arduino小车和可触摸的实体交互,以此来对EasyPMI开发工具进行验证和评估,得出了EasyPMI系统可以帮助用户快速的构建结合软件和硬件交互的有创意的移动物理程序。