笔式用户界面(Pen-based User Tnterface,PUT)遵循纸笔(paper/pen)隐喻,其设计目标是从交互设备到交互方式都模拟人们已经熟悉的纸笔工作方式,同时又充分利用电子计算易于复制和修改的优势。给人们提供一种自然高效的交互方式,让人们通过它更好地利用计算机高效地进行工作。 手势(Gesture)是笔式用户界面中主要的人机交互方式之一,是将人手持笔进行交互时手移动的轨迹记录下来,并且赋予每个具有一定特征的手势以一定的交互含义而形成的交互方式。手势交互的可用性对笔交互系统的可用性有着至关重要的影响。如何提高手势交互的可用性,更好地发挥笔式用户界面的优势是本文研究的动机。 本文以认知心理学相关理论为指导,深入分析了笔式界面中手势的设计和使用过程,以提高手势的可用性为目的提出了手势功能和勾画的基本设计原则;本文采用调整分类特征的方法对手势识别算法进行了改进,有效缓解或解决了手势设计和使用过程中由于识别算法所选分类特征与人们模式识别过程中使用的直观特征之间存在明显差异而引起的一些问题,具体改进方法包括:增加现有分类特征无法表示的直观几何特征如交点个数等作为分类特征,使用手势长度与外包围盒对角线长度之比、各控制点角度平均值等受手势大小影响较小的分类特征代替手势长度、外包围和对角线长度以及各控制点角度之和等受手势大小影响显著的分类特征。 在手势设计原则和改进的手势识别算法基础上,根据笔式用户界面的主要应用领域对手势交互的需求,构建了一个包含常用文本编辑命令、简单图形绘制等手势操作符号的手势库,以提高笔式界面的设计效率和一致性。 本文在笔式用户界面开发平台和笔式交互系统开发工具的基础上,设计实现了一个基于场景设计方法的笔式界面设计工具,该工具通过手势识别技术将设计者自由勾画编辑完成的界面设计转换为内部的界面描述语言,通过PIBG Toolkit中的相应解释最终构造生成笔式用户界面,提高了笔式界面的设计效率。