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【摘 要】针对目前微观交通仿真系统中缺乏更灵活的多点触控系统手势交互模块以及对触摸手势含义的理想描述和识别，提出了一种高性能的算法并优化多点触控指令，使其更符合用户的思维与认知。设置触点位移和触摸时间的双阈值来提高触点识别的精确性，防止突增杂点的误判断，减缓过快操作产生的抖动；采用统计分析和模型匹配识别算法来解决动态手势识别的问题，还引入界面widget饰物，大大提高了多点触摸手势识别的效率和精确度。
【关键字】多点触摸 触摸手势 统计分析 模板匹配 界面widget
一、引言
随着windows7操作系统对多点触控技术的支持，多点触控技术应用越来越备受关注。本文研究了高性能的算法并优化了多点触控指令，分析和设计在微观交通仿真系统中可能涉及的有用手势，大大提高了微观交通仿真中的灵活性。
二、多点触控系统人机交互手势定义
（一）触摸手势的基元动作
本文定义的基元操作是指每个手指的动作，因此触摸手势的基元动作是构成多点触摸手势的基本单元。触摸手势的基元动作是对单触摸点的描述，其可以由触点检测和触点追踪两个过程中的4个属性构成的数据结构来表示：基元动作={ID，State， Coordinate，Time}其中ID={1，2，…，10}，表示识别触点的身份识别号，每个触点有唯一的ID号与其对应；State ={0，1}表示触摸点相对于屏幕的状态，0表示接触，1表示未接触；Coordinate，表示系统记录的触摸点的坐标；Time表示触点的生命周期，即从开始接触到触摸结束的时间，可由检测系统时间得到。
（二）多点触摸手势的分类及描述
触摸手势由基元动作组合而成，基于触点轨迹变化手势可分成静态手势和动态手势。
三、多点触摸手势的识别方法
（一）静态手势识别
在实际应用中由于光线等原因触摸屏突增杂点也被系统记录为有效触点，从而产生误判断；此外触摸手势操作过快时容易产生触点抖动，以致系统误判或丢失触点。于是本文提出了双阈值识别算法，就是对每个触点添加触点位移和时间间隔阈值检测。
触点位移阈值函数：
时间间隔阈值函数：
（二）动态手势的基元操作识别
为保证多点触控系统对触摸手势指令识别的正确率和效率，本文采用了两种识别算法相结合的方法--统计分析和模板匹配算法。
1.统计分析算法
首先计算触摸的第一个和最后一个点的X和Y之间的差异，记为xDiff 和yDiff。如果yDiff是0或xDiff几乎可以忽略不计（阈值为10像素），所以手势是向上或向下。同样水平方向识别也如此。当xDiff 和yDiff都不接近0或不可以忽略时，如果xDiff 和yDiff都大于0，则为向右上方移动，其他情况也类似。缩放手势则分别计算两个手指之间最初和最终的距离即可。
2.模板匹配算法
道路交互手势的识别采用模板匹配技术，即每条路线都被重置为N个等距的点 （32≤N≤256），在整个路线上每隔间距I采用的是线性内插值算法就放置一个点；一次旋转，定义路线的中心和路线的第一个点，旋转手势使得旋转不变角度为0以找到最佳对准角度；缩放，缩放手势至一个可识别的区域，区域为正方形，而且是不均匀缩放；平移手势，使得手势的中心点在（0，0）处；找出候选点C和模板T之间的平均距离：将距离转化为 score [0，1] ：在匹配基元动作时，score必须大于等于0.8；如果score小于0.8，则舍弃匹配，表明是无效手势，提高匹配的准确度。
（三）微观交通仿真中的手势识别
根据动态手势列表以及触摸手势的基元操作识别的算法，当触点数目为2时，如果基元操作的组合是单指平移和单指点击，则确定为平移手势，具体平移方向有单指平移这一基元动作确定；如果基元操作的组合是单指旋转和单指点击，则确定为双手完成的旋转操作，具体旋转方向由基元旋转操作决定；如果基元操作的组合是四指点击后，另两指的距离不断增大，则为放大操作，距离减小则为缩小操作；如果基元操作的组合是两个单指平移操作则此手势为模型中道路的封堵。如果触点数目为4，如果基元操作的组合是单指点击和三个单指点击则识别为仿真模型沿旋转方向大幅旋转手势。如果触点数目为1，且基元操作为“√”，则得到模型中道路的开路的手势。
四、结语
本文对基于基元动作的多点触摸手势特性进行分析，对交通仿真中的多点触摸手势进行规范化的描述并提出手势识别方法。本文创新点是提出了一种设置触点位移和时间函数双阈值的方法来提高触点识别的精确性，防止突增杂点的误判断，减缓过快操作产生的抖动。
参考文献：
[1]凌云翔，张国华，李锐，等.基于多点触摸的自然手势识别方法的研究[J].国防科技大学学报，2010，32（1）：4-5.
[2]王晓庆，等. 多点触摸手势分析及识别算法的研究[J].计算机科学，2012，39（6A）：522-525.
作者简介：罗晓丽 （1990.04--），陕西省西安市，硕士研究生，专业：计算机技术
【关键字】多点触摸 触摸手势 统计分析 模板匹配 界面widget
一、引言
随着windows7操作系统对多点触控技术的支持，多点触控技术应用越来越备受关注。本文研究了高性能的算法并优化了多点触控指令，分析和设计在微观交通仿真系统中可能涉及的有用手势，大大提高了微观交通仿真中的灵活性。
二、多点触控系统人机交互手势定义
（一）触摸手势的基元动作
本文定义的基元操作是指每个手指的动作，因此触摸手势的基元动作是构成多点触摸手势的基本单元。触摸手势的基元动作是对单触摸点的描述，其可以由触点检测和触点追踪两个过程中的4个属性构成的数据结构来表示：基元动作={ID，State， Coordinate，Time}其中ID={1，2，…，10}，表示识别触点的身份识别号，每个触点有唯一的ID号与其对应；State ={0，1}表示触摸点相对于屏幕的状态，0表示接触，1表示未接触；Coordinate，表示系统记录的触摸点的坐标；Time表示触点的生命周期，即从开始接触到触摸结束的时间，可由检测系统时间得到。
（二）多点触摸手势的分类及描述
触摸手势由基元动作组合而成，基于触点轨迹变化手势可分成静态手势和动态手势。
三、多点触摸手势的识别方法
（一）静态手势识别
在实际应用中由于光线等原因触摸屏突增杂点也被系统记录为有效触点，从而产生误判断；此外触摸手势操作过快时容易产生触点抖动，以致系统误判或丢失触点。于是本文提出了双阈值识别算法，就是对每个触点添加触点位移和时间间隔阈值检测。
触点位移阈值函数：
时间间隔阈值函数：
（二）动态手势的基元操作识别
为保证多点触控系统对触摸手势指令识别的正确率和效率，本文采用了两种识别算法相结合的方法--统计分析和模板匹配算法。
1.统计分析算法
首先计算触摸的第一个和最后一个点的X和Y之间的差异，记为xDiff 和yDiff。如果yDiff是0或xDiff几乎可以忽略不计（阈值为10像素），所以手势是向上或向下。同样水平方向识别也如此。当xDiff 和yDiff都不接近0或不可以忽略时，如果xDiff 和yDiff都大于0，则为向右上方移动，其他情况也类似。缩放手势则分别计算两个手指之间最初和最终的距离即可。
2.模板匹配算法
道路交互手势的识别采用模板匹配技术，即每条路线都被重置为N个等距的点 （32≤N≤256），在整个路线上每隔间距I采用的是线性内插值算法就放置一个点；一次旋转，定义路线的中心和路线的第一个点，旋转手势使得旋转不变角度为0以找到最佳对准角度；缩放，缩放手势至一个可识别的区域，区域为正方形，而且是不均匀缩放；平移手势，使得手势的中心点在（0，0）处；找出候选点C和模板T之间的平均距离：将距离转化为 score [0，1] ：在匹配基元动作时，score必须大于等于0.8；如果score小于0.8，则舍弃匹配，表明是无效手势，提高匹配的准确度。
（三）微观交通仿真中的手势识别
根据动态手势列表以及触摸手势的基元操作识别的算法，当触点数目为2时，如果基元操作的组合是单指平移和单指点击，则确定为平移手势，具体平移方向有单指平移这一基元动作确定；如果基元操作的组合是单指旋转和单指点击，则确定为双手完成的旋转操作，具体旋转方向由基元旋转操作决定；如果基元操作的组合是四指点击后，另两指的距离不断增大，则为放大操作，距离减小则为缩小操作；如果基元操作的组合是两个单指平移操作则此手势为模型中道路的封堵。如果触点数目为4，如果基元操作的组合是单指点击和三个单指点击则识别为仿真模型沿旋转方向大幅旋转手势。如果触点数目为1，且基元操作为“√”，则得到模型中道路的开路的手势。
四、结语
本文对基于基元动作的多点触摸手势特性进行分析，对交通仿真中的多点触摸手势进行规范化的描述并提出手势识别方法。本文创新点是提出了一种设置触点位移和时间函数双阈值的方法来提高触点识别的精确性，防止突增杂点的误判断，减缓过快操作产生的抖动。
参考文献：
[1]凌云翔，张国华，李锐，等.基于多点触摸的自然手势识别方法的研究[J].国防科技大学学报，2010，32（1）：4-5.
[2]王晓庆，等. 多点触摸手势分析及识别算法的研究[J].计算机科学，2012，39（6A）：522-525.
作者简介：罗晓丽 （1990.04--），陕西省西安市，硕士研究生，专业：计算机技术