笔式用户界面是普适计算环境中的一个主要人机界面形态，而数字笔迹技术是实现笔式交互的主要使能技术。数字笔迹技术通过结合传统纸笔方式的自然、方便和计算机强大的计算能力，使得用户可以通过连续的勾画表达自己的交互意图。这种交互技术是以人为本，以人为中心的。用户可以在不改变日常书写习惯的情况下，让计算机帮助自己实现书面工作任务。为了实现数字笔迹的全生命周期的运行，大量的计算技术需要研究，包括书写、绘制、智能处理、存储和传输、检索、理解等。 作为数字笔迹技术系统性研究的一部分工作，本文首先从用户界面发展的角度阐述了数字笔迹技术产生的背景和数字笔迹的定义。通过介绍数字笔迹技术的发展历史、研究现状，本文对数字笔迹技术的发展趋势和研究方法进行了讨论。同时，本文讨论了数字笔迹技术的应用领域，并对数字笔迹技术的分类情况和各种数字笔迹技术之间的关系进行了总结。由于用户界面是由交互设备的硬件和用于交互计算的软件组成，所以本文分析了笔交互设备的硬件基础原理，并归纳出几类主要的数字笔迹技术的应用环境。交互环境的多样性，正说明了数字笔迹技术广泛的应用前景。 本文重点对数字笔迹绘制、压缩、识别等技术进行研究，相应地提出了基于同步B样条拟合的数字笔迹笔锋效果模拟算法、IWPHSP(IntegerWaveletPacketbasedHierarchicalSetPartitioned)数字笔迹多维数据无损编码算法、基于增量式意图提取的数字笔迹在线识别算法，并设计实现了基于数字笔迹的文档批注和排版原型系统。在研究过程中，提出了主要的创新性研究成果，可以归纳为以下四点： 1、数字笔迹的绘制 在日常生活中，人们在不同的环境下使用不同的笔。数字笔迹作为真实笔迹的数字形式，应该对真实笔迹的一些特殊效果进行建模模拟，使得数字笔迹同样可以应用在不同的环境中。本文在分别讨论了钢笔效果模拟算法和毛笔效果模拟算法的基础上，通过总结两者共同的特性，设计了基于同步B样条拟合的笔锋效果模拟算法。整个算法的计算是同用户的输入同步进行的，用户在书写的同时会看到光顺、保形的笔锋模拟效果。 2、数字笔迹的压缩 随着硬件技术的不断发展，数字笔获取数据的能力有了很大的提高，使得数字笔迹的数据量变得非常庞大。为了无损地压缩数字笔迹的多维数据，本文提出了一种编码算法IWPHSP。由于数字笔迹数据在时间维度上具有强相关性，所以IWPHSP算法首先利用可逆整数小波包变换对数字笔迹数据进行处理，然后从变换系数自身特点出发，通过层次性集合分裂的编码方法，对变换系数进行嵌入式编码。同时，部分编码结果用快速自适应算术编码再次压缩。实验证明，IWPHSP算法能够高效地压缩数字笔迹多维数据，压缩率在13％-16％，而且编解码所需的时间很少，满足实时性系统压缩数据的需要。 3、数字笔迹的在线识别 计算机通过数字笔迹的在线识别算法，将用户的不精确输入转化为精确的矢量图形来表示。同步在线识别具有输入方便、交互自然等特点，针对于已有同步在线识别算法的效率和应用范围等问题，本文提出了基于增量式意图提取的数字笔迹的在线识别算法。实验证明，识别算法对于单线段、单弧、单椭圆、多线段、多弧、线段和弧类型等图形，总体上能够达到90.9％的识别率；从完成时间来看，识别所需要的时间微乎其微，能够满足实时识别、实时反馈的要求。 4、基于数字笔迹的文档批注和排版原型系统 在基于数字笔迹的文档批注和排版原型系统中，展示了一种新颖的批注模式-用数字笔迹对数字笔迹进行批注。原型系统支持focus+context界面形式，支持通过手势对数字笔迹进行编辑，支持批注笔迹的重新渲染。并且，批注的数字笔迹可以采用钢笔或毛笔的形式，符合人们的日常书写习惯；在数字笔迹的存储中，采用IWPHSP编码算法，高效地压缩了数字笔迹的多维数据。 在笔式教学系统、和谐软件等产品中，上述数字笔迹技术得到了充分地应用，极大地降低了人机交互的障碍，使用户在操作过程中沿用日常纸笔书写习惯，自然简便，容易掌握。可以预见，数字笔迹技术将成为许多崭新应用的底层支持，这些应用配合个人电脑的能量，将把人类传统的手写和手绘发挥得淋漓尽致。