计算机技术和互联网技术的快速发展和普及，催促数字纸张的产生。人们对纸笔环境的习惯，激励数字纸张的发展。数字纸张虽然在很多方面已经有广泛的应用，然而现有主流数字纸张主要是作为内容编辑排版的工具、信息存储的容器、内容显示的界面，忽略了传统纸张固有的物理结构和属性。现有数字纸张文件格式各不相同，难以实现无障碍沟通。同时，数字签名技术虽然能对数字纸张文档的完整性进行认证，但是私钥易丢失被盗等问题使其难以保证签名用户身份的真实性，而且数字签名的方式难以满足人们已经习惯了的通过在纸张上通过手写签名的身份认证方式。这些问题使现有数字纸张难以实现传统纸张的重要功能，从而限制了数字纸张的应用范围。　　本文从赋予数字纸张纤维网络结构和物理属性方面，基于数字纸张纤维网络结构的墨水表达方面，制定平台无关数字纸张文件结构方面以及结合数字签名技术和人们对纸笔环境的习惯等方面展开了研究。本文的主要工作如下:　　1.数字纸张三维纤维网络结构生成方法及相关属性测量方法研究。通过分析传统纸张的纤维网络结构，基于纸张制造研究领域的纸张纤维网络模型，提出了数字纸张的三维纤维网络结构的生成方法，并对不同的纤维属性对三维纤维网络结构的属性的影响进行了对比分析。通过对纸墨交互过程和纸笔交互过程的分析，提出了三维纤维网络结构对墨水表达和手写力表达相关的属性，并提出了所生成的三维纤维网络结构与墨水表达和手写力表达相关属性的测量方法。存储所测量的相关属性到数字纸张文件中，使得数字纸张三维纤维网络结构的生成和应用能够在不同时间进行，保证了应用的实时性。　　2.基于数字纸张纤维网络结构的墨水表达仿真。基于所测量的数字纸张纤维网络结构与墨水表达相关的属性，提出了墨水扩散仿真方法和墨水过滤仿真方法，仿真结果验证了所提出纤维网络结构建模方法的有效性，也为基于墨水表达仿真提供了新思路。　　3.数字纸张文件格式制定。通过对现有数字纸张文件结构以及XML标准和InkML标准的研究，基于XML具有跨平台的优点以及InkML可以存储完整书写信息的特点，提出基于XML和InkML制定数字纸张文件格式，并给出了所制定数字纸张的文件格式，为数字纸张文件的平台无关性、应用无关性交换提供了保障。　　4.基于XML Schema的数字纸张生成方法。基于所提出的数字纸张三维纤维网络结构生成方法、传统纸张的物理属性和所定制的数字纸张文件结构，提出了数字纸张生成方法。XML Schema可以提供描述和验证XML环境中数据的方法，提出基于XML Schema定义数字纸张文件格式，保证了生成的数字纸张文件的一致性和有效性。任何其他数字纸张应用系统，只要获得所生成的数字纸张文件结构的XSD文件，就可以理解本文所生成的数字纸张文件，从而方便了与其他数字纸张应用系统的交互和通信。　　5.基于数字纸张和手写签名的数字签名方法研究。通过对现有生物密码的研究和生物密码与数字签名结合应用的方法研究，提出基于数字纸张进行手写签名，结合数字纸张纤维网络结构相关属性、手写签名生物特征和数字签名的数字纸张手写签名的签名方法，不仅可以保证数字纸张文档内容的完整性，对用户身份真实性的认证而且也满足了人们基于纸笔的手写签名身份认证习惯。