【正文】 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘　　要近年來，隨著用戶對(duì)人機(jī)交互的友好性和自然性的需求不斷增加，興起了一種新的人機(jī)交互技術(shù)——多點(diǎn)觸摸技術(shù)。多點(diǎn)觸摸技術(shù)超越了傳統(tǒng)人機(jī)交互技術(shù)中使用的鼠標(biāo)和鍵盤，實(shí)現(xiàn)了用戶通過手指在傳統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)上的動(dòng)作直接與電腦進(jìn)行對(duì)話。它的主要優(yōu)點(diǎn)是，能夠?qū)崿F(xiàn)同一時(shí)間的多用戶交互，多觸點(diǎn)交互，并且能夠?qū)换サ膶?duì)象進(jìn)行識(shí)別。多點(diǎn)觸摸技術(shù)較傳統(tǒng)的單一觸點(diǎn)交互技術(shù)更靈活，更友好，更具自然性。本文首先根據(jù)GUI Group提供的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)開源程序代碼完成了多點(diǎn)觸摸人機(jī)交互系統(tǒng)底層軟件的剖析。軟件功能主要分為四大部分：圖像預(yù)處理、觸摸點(diǎn)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)跟蹤、觸點(diǎn)信息的傳輸。之后在圖像預(yù)處理步驟中的“圖像分割”部分，本文采用了一種基于大津法（OSTU）的自適應(yīng)閾值分割方法，使系統(tǒng)能夠在一定程度上自動(dòng)完成在變光照條件下由灰度圖像到二值圖像的轉(zhuǎn)化。其次，考慮到原有特征點(diǎn)跟蹤方法算法“KNN（K最近鄰分類算法）”的跟蹤滯后性這一不足，本文基于“最小距離優(yōu)先算法”改進(jìn)出了一種適用于多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)的更高效的特征點(diǎn)跟蹤方法“最小距離觸點(diǎn)跟蹤算法”，此方法能夠更快速的完成對(duì)特征點(diǎn)的識(shí)別和跟蹤。最后，手勢(shì)識(shí)別一直是多點(diǎn)觸摸技術(shù)研究的主要內(nèi)容，本文定義了幾種基本的手勢(shì)，并參考相關(guān)資料利用ActionScript實(shí)驗(yàn)證明，使用本論文設(shè)計(jì)的多點(diǎn)觸摸底層軟件能夠正確的檢測(cè)并跟蹤到觸點(diǎn)，完成手勢(shì)的識(shí)別和多點(diǎn)觸摸的簡(jiǎn)單應(yīng)用；并且利用本文改進(jìn)的“最小距離觸點(diǎn)跟蹤算法”可以很好的提高觸點(diǎn)跟蹤速率，特征點(diǎn)跟蹤滯后時(shí)間縮短。關(guān)鍵詞：多點(diǎn)觸摸；特征點(diǎn)跟蹤；最小距離優(yōu)先算法；手勢(shì)定義 Study on Methods of Multitouch Humanputer Interaction Based on Optical Induction AbstractIn recent years, since users’ demands on nature and friend attributes of puters are increasing, a new humanputer interaction technology called multitouch humanputer interaction technology has been brought up.Multitouch humanputer interaction technology exceeds the mouse and the keyboard used in traditional ways, making it possible for users’ direct munication with puters through the movements and gestures of fingers on the traditional application interface. Its main advantages are that it supports multiconsumers’ and multipoints’ direct interaction at the same time. What’s more, multipoint touch is able to distinguish interactive object identification. Compared with traditional singlepoint touch, it is more flexible, friendlier and more natural for users to use.Firstly, this paper pletes the analysis of the ground software of multipoint touch system based on the open source code of multipoint touch system provided by GUI Group. The function of the software is mainly divided into four parts: image preprocessing, the recognition of blobs, movement tracking and the transmission of blob information. In the “image segmentation” step of “image preprocessing”, this paper uses a selfadaptive threshold method based on the universal OSTU algorithm and makes a contribution to improve the effect of the binary image transformed from the greyscale image in different light condition.Secondly, taking into consideration the disadvantage of track delay caused by original blob tracking algorithm “KNN”, this paper works out a more efficient tracking method named “Nearest Distance Blob Tracking” algorithm based on the universal “Nearest distance Foremost” algorithm. This improved algorithm is capable to plete the blob tracking process more quickly and cut down the delay time. Finally, as the gesture recognition has always been the main research content of multipoint touch technology, this paper gives definitions of several basic gesture models and acplishes the simple application of multipoint touch using ActionScript based on related material. The experiment proves that the ground software of the multipoint touch system designed by this paper can correctly detect and track points, realizing the identification of gestures and basic multipoint touch application. Meanwhile, the “Nearest Distance Blob Tracking” algorithm improved by this paper succeeds in enhancing the tracking efficiency and the delay time of tracking is obviously decreased. Key Words：Multitouch。 Blob tracking。 “Nearest Distance Foremost” algorithm。 Selfadaptive Threshold。 Gesture models VI 目　　錄摘　　要 IAbstract II引　　言 31緒論 3 3 3 3 3 3 32多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)底層軟件的架構(gòu)分析 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 33自適應(yīng)閾值 3 3 3 34最小距離觸點(diǎn)跟蹤法 3 3 KNN算法的核心程序 3 KNN算法的不足 3 最小距離觸點(diǎn)跟蹤法 3 thresh的意義與確定 3 3 3 3 最小距離觸點(diǎn)算法與KNN算法的比較 35簡(jiǎn)單的手勢(shì)識(shí)別 3 3 移動(dòng)動(dòng)作 3 放大縮小動(dòng)作 3 多點(diǎn)觸摸應(yīng)用 3結(jié)　　論 3參 考 文 獻(xiàn) 3附 錄 A 翻譯原文 3附 錄 B 翻譯的中文 3附 錄 C 最小距離觸點(diǎn)追蹤程序代碼 3附 錄 D 自適應(yīng)閾值程序代碼 3在 學(xué) 取 得 成 果 3致　　謝 3北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引　　言隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)已逐漸成為人們工作、生活和休閑娛樂中不可缺少的一部分。與此同時(shí)，怎樣使機(jī)器與人之間的交互更自然，更和諧也成為了當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。 多點(diǎn)觸摸技術(shù)作為近幾十年來一種新興的人機(jī)交互模式[1]，完全拋棄了傳統(tǒng)的外部硬件交互設(shè)備（如鼠標(biāo)鍵盤），而是通過人的手指與觸摸屏的接觸動(dòng)作向計(jì)算機(jī)傳達(dá)特定的信息（如拖拽，點(diǎn)擊、放大縮小等）。它能夠允許多用戶、多點(diǎn)對(duì)同一虛擬界面的同時(shí)訪問，這種交互方式符合人的行為學(xué)特點(diǎn)，達(dá)到了自然和諧的境界，增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)，是一次人機(jī)交互技術(shù)的革命。隨著國(guó)內(nèi)外研究工作者的不斷深入研究，多點(diǎn)觸摸技術(shù)已經(jīng)廣為人們所知。并且已經(jīng)有很多研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)等有了自己的多點(diǎn)觸摸商業(yè)產(chǎn)品，如三菱電子的Diamond Touch[2]，微軟的Microsoft surface[3]等。鑒于多點(diǎn)觸摸技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)，本文基于GUI Group提供的開源多點(diǎn)觸摸程序代碼，完成了對(duì)一個(gè)多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)底層軟件的分析與設(shè)計(jì)。程序能夠?qū)崿F(xiàn)圖像濾波、圖像分割、目標(biāo)跟蹤等功能從而獲取觸點(diǎn)信息，并通過TUIO協(xié)議將圖像信息傳遞給上層軟件，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸摸的應(yīng)用。在圖像分割步驟中，本文使用了一種基于大津法的自適應(yīng)閾值分割方法，使灰度圖像到二值圖像的變換效果有了一定的提高。此外，對(duì)觸點(diǎn)快速準(zhǔn)確的跟蹤是手勢(shì)識(shí)別的先決條件，也是多點(diǎn)觸摸底層軟件中非常關(guān)鍵的一環(huán)。為了解決多點(diǎn)觸摸開源代碼（Community Core Vision）中所采用的“KNN”跟蹤算法產(chǎn)生的跟蹤滯后問題，本文基于“最小距離優(yōu)先法”的原理，編寫了適用于多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)的“最小距離觸點(diǎn)跟蹤算法”程序進(jìn)行觸點(diǎn)跟蹤，能夠在一定程度上提高跟蹤效率并減少跟蹤滯后時(shí)間。1緒論觸摸技術(shù)對(duì)人們并不陌生，例如日常生活中經(jīng)常能接觸到的觸摸技術(shù)有銀行取款機(jī)的觸摸屏，醫(yī)院或圖書館大廳的觸控技術(shù)電腦，支出觸摸屏的手機(jī)、MP數(shù)碼相機(jī)等。但是這些生活中經(jīng)常用到的觸摸屏大多是單點(diǎn)觸摸，也就是說只能識(shí)別和支持每次一個(gè)手指的觸孔、點(diǎn)擊。若果有兩個(gè)以上的點(diǎn)被觸碰，系統(tǒng)就不會(huì)做出正確的響應(yīng)。而多點(diǎn)觸摸人機(jī)交互技術(shù)把任務(wù)分解成兩個(gè)部分，一是同時(shí)采集多點(diǎn)信號(hào)，二是對(duì)每路信號(hào)的意義進(jìn)行判斷，也就是進(jìn)行手勢(shì)的識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多用戶多手指在同一時(shí)刻的點(diǎn)擊碰觸動(dòng)作做出正確的反應(yīng)。最典型的多點(diǎn)觸摸應(yīng)用便是時(shí)下蘋果公司成產(chǎn)的iPhone和iPod[4] 。多點(diǎn)觸摸技術(shù)作為近年來一項(xiàng)新興的技術(shù)，改變了人與信息間的交互方式，增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)，達(dá)到了自然和諧的境界，與人的認(rèn)知特點(diǎn)和行為學(xué)特點(diǎn)相吻合。 人機(jī)交互技術(shù)（HumanComputer Interaction Techniques）[5]是指通過計(jì)算機(jī)輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)對(duì)話的技術(shù)。它是計(jì)算機(jī)用戶界面設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一，并與認(rèn)知學(xué)、心理學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域有密切的聯(lián)系[6]。人機(jī)交互和計(jì)算機(jī)用戶界面剛剛走過基于字符方式的命令語(yǔ)言式界面，目前正處于圖形用戶界面時(shí)代。但是，計(jì)算機(jī)科學(xué)家并不滿足于這種現(xiàn)狀，他們正積極探索新型風(fēng)格的人機(jī)交互技術(shù)。未來人機(jī)交互技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是追求多維信息空間和“基于自然交互方式的”的人機(jī)交互風(fēng)格[7]。，隨著社會(huì)信息化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，人機(jī)交互的媒介物在不斷發(fā)生改變，從鼠標(biāo)、鍵盤、游戲手柄、遙控器等與電腦交互到目前流行的多點(diǎn)觸控技術(shù)支持用戶使用手指、手勢(shì)等直接與電腦進(jìn)行交互[8][9]。西方國(guó)家從上世紀(jì)八十年代就開始對(duì)多點(diǎn)觸摸技術(shù)進(jìn)行研究了。1983年就曾有科學(xué)家將鍵盤和觸控板聯(lián)系在一起同時(shí)操作[10]，而且在同年貝爾實(shí)驗(yàn)室[11]第一篇關(guān)于多點(diǎn)觸摸技術(shù)的論文，為該技術(shù)的興起打下了基礎(chǔ)。1984年，人機(jī)交互界面科學(xué)家Bill Buxton從人類雙手本能的生理功能著手，研究界面操作的實(shí)際可行性，最終研發(fā)出了一套可以對(duì)圖像進(jìn)行操作的多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)。同年，微軟公司也正式開始對(duì)多點(diǎn)觸控技術(shù)進(jìn)行研究。1991年，Pierre Wellner自主研發(fā)出了一張“數(shù)碼桌子”（Digital Desk）[12][13] 發(fā)表了相應(yīng)的論文，詳細(xì)地介紹了如何采用多個(gè)手指和不同的姿勢(shì)進(jìn)行交互。1992年，Sun Microsystems[14]一段假想12年后將出現(xiàn)的新科技的科幻片，其中就有類似多點(diǎn)觸摸的技術(shù)，這對(duì)于該技術(shù)的發(fā)展也具有高度的啟發(fā)性。1999年，Alias Wave front首先推出了一款叫做Portfolio Wall的產(chǎn)品。他采用了大尺寸的觸控屏幕，配合滑動(dòng)與點(diǎn)選擇兩種手勢(shì)操作，就能夠及時(shí)瀏覽大量的圖像與影片。它的概念和操作都很簡(jiǎn)單，但在當(dāng)時(shí)已經(jīng)是最接近商品化的研究方案之一了。2001年，多點(diǎn)觸摸技術(shù)有了巨大進(jìn)展。在多點(diǎn)觸摸技術(shù)發(fā)展的歷程中，除了一些針對(duì)圖形界面開發(fā)的機(jī)構(gòu)依托于高等教育機(jī)構(gòu)開展研究之外，企業(yè)和組織等對(duì)其界面的交互設(shè)計(jì)的研究投入也是不容忽視的。其中比較有名的研究機(jī)構(gòu)當(dāng)屬由日本三菱