【正文】 .........18 DiamondTouch 的基本原理 ...........................................................18 優(yōu)點(diǎn)和缺陷 .....................................................................................19 本章小 結(jié) ....................................................................................................20 第三章 基于 SMART Board 雙筆軌跡區(qū) 分 ..........................................................21 基本原理描 述 ............................................................................................21 硬件設(shè) 計(jì) ....................................................................................................22 供電模塊 .........................................................................................23 無線傳輸模塊 .................................................................................24 發(fā)送控制模塊 .................................................................................25 單片機(jī)固件編程 .............................................................................26 USB 信號(hào)接收模塊簡(jiǎn)介 ................................................................26 軟 件設(shè) 計(jì) ....................................................................................................27 USB 信號(hào)讀取與同步 ....................................................................29 軌跡的生成與擦除 .........................................................................30 本章小 結(jié) ....................................................................................................31 第四章 基于雙攝像頭的雙筆定 位 ........................................................................32 雙攝像頭物體定位的基本原 理 ................................................................32 卡爾曼濾波 器 ............................................................................................36 V 清華大學(xué)綜合論文訓(xùn)練 卡爾曼濾波器基本思想 .................................................................36 離散卡爾曼濾波器的基本原理 .....................................................37 系統(tǒng)模型建 立 ............................................................................................40 雙筆定位的實(shí) 現(xiàn) ........................................................................................44 基本原理 .........................................................................................44 程序說明 .........................................................................................45 小 結(jié) ............................................................................................................48 第五章 總結(jié)與展 望 ................................................................................................49 本論文工 作 ................................................................................................49 未來的工 作 ................................................................................................49 參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................51 致 謝 ...........................................................................................................................53 聲 明 ...........................................................................................................................53 外文資料翻譯 .............................................................................................................54 外文資料原文 .............................................................................................................72 VI 清華大學(xué)綜合論文訓(xùn)練 第一章 引言 本文的研究背景 在會(huì)議 、 教學(xué)和討論中 ， 人們往往需要使用能夠書寫并顯示的交互介質(zhì)或設(shè) 備來更好地表達(dá)自己的思想和其他人進(jìn)行溝通 ， 其中最傳統(tǒng)的交互介質(zhì)有紙張、 黑板等。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)支持的多媒體投影方式越來越多地 取代了傳統(tǒng)的黑板書寫，并逐漸成為高校教學(xué)、高級(jí)會(huì)議的主流。多媒體投影 雖然解決了教室會(huì)議室 粉塵污染、書寫板書費(fèi)時(shí)費(fèi)力等缺點(diǎn)，但仍然存在無法 克服的局限和弊端。大多數(shù)時(shí)候，投影顯示屏只能用來顯示信息，如果需要做 筆記、進(jìn)行標(biāo)注，還是只能借助于鍵盤和鼠標(biāo)。當(dāng)然這樣可以進(jìn)行交互式的展 示和討論，但是卻沒有像傳統(tǒng)的黑板那么直接，不能直接在顯示界面上進(jìn)行書 寫和操作成了多媒體投影的一大弱點(diǎn)。 針對(duì)多媒體投影的這個(gè)弱點(diǎn) ， 直接交互的觸摸屏得到了開發(fā) 。 觸摸屏的技術(shù) 多種多樣，可以電容式的，也可以是電感式的，但是它們的目的是一樣的，就 是允許用戶不通過鼠標(biāo)鍵盤直接在顯示界面上進(jìn)行書寫和操作。這樣就大大提 供了用 戶的工作效率，使人機(jī)交互變得更加簡(jiǎn)單直接。 然而現(xiàn)有的觸摸技術(shù)也存在一定的 缺 陷，常見的觸摸屏往往只支持單個(gè)用 戶，而不允許多個(gè)用戶同時(shí)書寫使用，不能很好地滿足會(huì)議、討論等需要多人 同時(shí)參與的應(yīng)用需求 。 人們需要支持兩個(gè)或兩個(gè)以上用戶同時(shí)使用的觸摸設(shè)備， 以達(dá)到類似傳統(tǒng)黑板交互的效果。 為了滿足這種需求 ， 多用戶的觸摸設(shè)備越來越受到重視 ， 很多新出現(xiàn)的產(chǎn)品 都逐漸向這種應(yīng)用需求靠近， SMART Board 就是其中一種產(chǎn)品。 SMART Board 能夠支持兩個(gè)用戶同時(shí)進(jìn)行書寫操作，并能夠?qū)崟r(shí)測(cè)定兩支筆的坐標(biāo)。但 是它 提供的只是雙筆定位的基礎(chǔ)服務(wù) ， 而不能夠把筆的軌跡和交互筆本身關(guān)聯(lián)起來， 當(dāng)雙筆同時(shí)書寫時(shí)，系統(tǒng)無法根據(jù)不同的交互筆顯示不同顏色的軌跡，只能使 用同一種顏色來表示兩條軌跡。這樣對(duì)用戶來說顯得不夠直觀，用戶往往希望 第 1 頁 清華大學(xué)綜合論文訓(xùn)練 使用兩支不同交互筆時(shí)能夠顯示不同顏色的軌跡，并且軌跡的顏色是和交互筆 綁定的， SMART Board 就不能滿足需求了。如果能夠在 SMART Board 基礎(chǔ)上， 進(jìn)行一定的改進(jìn)，使系統(tǒng)能夠在交互筆書寫時(shí)實(shí)時(shí)得到交互筆的信息，就能夠 把產(chǎn)生的軌 跡和交互筆本身綁定起來，從而實(shí)現(xiàn)軌跡的區(qū)分，這就是本文要做 的工作。 研究?jī)?nèi)容和方法 本文以 SMART Board 為實(shí)驗(yàn)對(duì)象 ， 研究顯示界面上的雙筆軌跡的區(qū)分問題。 研究?jī)?nèi)容主要分為兩個(gè)方面 ， 首先是在 SMART Board 的基礎(chǔ)上 ， 改進(jìn)系統(tǒng) ， 實(shí) 現(xiàn)在雙筆書寫時(shí)區(qū)分雙筆軌跡 ； 另一個(gè)方面就是從底層上研究 SMART Board 的 技術(shù)，模擬實(shí)現(xiàn) SMART Board 的雙筆定位基礎(chǔ)服務(wù)。 SMART Board 基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)雙筆軌跡區(qū)分 在雙筆同時(shí)交互時(shí)， SMART Board 已經(jīng)能夠?qū)崟r(shí)提供兩支筆的坐標(biāo)，只是 無法把各個(gè)坐標(biāo)和交互筆關(guān)聯(lián)起來，因而無法實(shí)現(xiàn)軌跡的區(qū)分。我們所要做的 工作是在交互筆書寫時(shí)給系統(tǒng)發(fā)一個(gè)信息，通過系統(tǒng)把這個(gè)交互筆信息和得到 的坐標(biāo)關(guān)聯(lián)起來，就可以實(shí)現(xiàn)軌跡的區(qū)分。 要在交互筆書寫時(shí)給系統(tǒng)發(fā)信息 ， 首先要檢測(cè)交互筆是否接觸書寫板面 ， 只 有在接觸的時(shí)候才發(fā)送信息 ， 其他時(shí)候應(yīng)該不發(fā)送 。 由于 SMART Board 的物體 識(shí)別定位部分都已經(jīng)制作成硬件，我們不可能修改，要使系統(tǒng)能夠適時(shí)發(fā)送信 息，只能在交互筆上進(jìn)行改動(dòng)，需要在交互筆筆頭上安裝一定的裝置檢測(cè)接 觸 信息。檢測(cè)接觸可以采用很多方法，如壓力傳感器、電感位移傳感器、電容位 移傳感器等傳感器或是靈敏度較小開關(guān)。但是并不是所有的檢測(cè)方式都適用在 這里。交互筆首先要制作成筆狀才能方便用戶使用，筆狀的裝置就決定了電路 的體積必須足夠小且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)要求檢測(cè)裝置經(jīng)久耐用以使交互筆能夠長(zhǎng) 期書寫。常規(guī)的壓力、位移傳感器都比較復(fù)雜，體積比較大，而且要求的電源 比較嚴(yán)格，往往需要高頻的交流電供電，對(duì)電壓電流的要求也很高，這就給電 路設(shè)計(jì)帶來很大麻煩；常規(guī)的開關(guān)體積比較小，原理很簡(jiǎn)單，電路設(shè)計(jì)起來也 第 2 頁 清華大學(xué)綜合論文訓(xùn)練 簡(jiǎn)單得多，但是也有一些缺陷，一般開關(guān)需要很大的力量才能閉合，作為交互 筆筆尖，用戶使用起來不是很順手，比較生硬。上述的傳感器和開關(guān)方案各有 利弊，權(quán)衡之后，決定使用開關(guān)方案，尋找足夠靈敏的開關(guān)，盡量減少用戶使 用時(shí)的生硬感。 交互筆接觸板面的信號(hào)檢測(cè)到以后 ， 就需要通過一定的方式傳送到計(jì)算機(jī) 上，系統(tǒng)才能真正收到交互筆接觸的信息。信號(hào)傳送的方式當(dāng)然是必須使用無 線方式，因?yàn)橛芯€方式會(huì)妨礙交互筆的使用，而且看起來不美觀。無線的傳送 方式可以采用紅外線、無線電波等。由于紅外本身波長(zhǎng) 比較短、對(duì)障礙物的衍 射能力差的特點(diǎn)決定了這種傳送信號(hào)的方式的方向性很強(qiáng)，作用角度一般都在 30 度左右，而在交互筆書寫過程中不可能要求用戶保持交互筆的方向性，因而 紅外方式不太適用。無線電波波長(zhǎng)比紅外線要長(zhǎng)一些，對(duì)障礙物的衍射能力比 較