【正文】 大小。 4．耐用性：經(jīng)久耐用，不需要進(jìn)行定期的檢修和重新標(biāo)定。 DiamondTouch 是一種 支持多用戶同時(shí)交互的正投式觸摸顯示屏。 下面我們用圖表的方式比較一下 DViT 技術(shù)和傳統(tǒng)的觸摸技術(shù)的優(yōu)劣。 DViT 技術(shù)綜合了被動(dòng)式觸摸系統(tǒng)的直觀性、靈活性和主動(dòng)式觸摸系統(tǒng)的精確性。而傳統(tǒng) 的觸摸技術(shù)由于受到交互板面材 料的限制，很難制造大尺寸的觸摸屏。 DViT 技術(shù)不需要特殊 的交互板面，也就不會(huì)影響到等離子顯示器或背投顯示屏的圖像質(zhì)量。由于采用了特殊定制的高速攝像頭（ 100 幀每秒）及高效的圖像處理技術(shù)， 第 16 頁(yè) 清華大學(xué)綜合論文訓(xùn)練 DViT 具有非常高的定位精度，而且有很高的定位速度。 因?yàn)閿z像頭 能夠掃描到一個(gè)區(qū)域內(nèi)的圖像，如果物體進(jìn)入這個(gè)圖像區(qū)域，不管物體是否接 觸到板面 ， 攝像頭都能夠記錄物體的活動(dòng) ， 所以 DViT 技術(shù)支持的觸摸屏能夠模 擬鼠標(biāo)拖動(dòng)（鼠標(biāo)左鍵按下）和鼠標(biāo)懸移（鼠標(biāo)左鍵不按下）兩種動(dòng)作。如果 使用四個(gè)攝像頭，那么每?jī)蓚€(gè)攝像頭可以作為一組，共分成四組，每組攝像頭 各自確定物體的坐標(biāo)，然后把所得的所有坐標(biāo)進(jìn)行平均，提高定位的精度。 DViT 的基本原理 DViT 系統(tǒng)是基于數(shù)字?jǐn)z像頭和圖像處理的觸摸系統(tǒng)。 表 21 SMART board SDK 部分函數(shù)及功能描述 函數(shù) 描述 SBSDKAttach 連接應(yīng)用程序和 SMART board 的驅(qū)動(dòng)程序 SBSDKProcessData 處理所有 SMART board 消息，類似 Windows 系統(tǒng)消息 OnXYDown 交互筆接觸板面的消息響應(yīng)函數(shù)，調(diào)用當(dāng)前坐標(biāo) (x, y, z) 和工具代號(hào) iPointerID，重寫該函數(shù)以實(shí)現(xiàn)所需功能 OnXYMove 交互筆移動(dòng)的消息響應(yīng)函數(shù) ， 調(diào)用當(dāng)前坐標(biāo) (x, y, z)和工具 代號(hào) iPointerID，重寫該函數(shù)以實(shí)現(xiàn)所需功能 OnXYUp 交互筆離開(kāi)板面的消息響應(yīng)函數(shù)，調(diào)用當(dāng)前坐標(biāo) (x, y, z) 和工具代號(hào) iPointerID，重寫該函數(shù)以實(shí)現(xiàn)所需功能 SBSDKGetToolType 獲取工具類型 SBSDKGetToolColor 獲取工具顏色 第 14 頁(yè) 清華大學(xué)綜合論文訓(xùn)練 交互筆接觸板面時(shí)產(chǎn)生接觸 (OnXYDown)的消息 ， 交互筆離開(kāi)板面時(shí)產(chǎn)生離 開(kāi) (OnXYUp)的消息 ， 在接觸到離開(kāi)的過(guò)程中 ， 無(wú)論交互筆是否移動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生連 續(xù)的移動(dòng) (OnXYMove)的消息 。當(dāng)交互筆放在筆槽中，由于筆的阻擋作用，光電傳感器無(wú)法接 收到 LED 的光信號(hào)，此時(shí)不提供任何信息；當(dāng)交互筆離開(kāi)筆槽的時(shí)，光電傳感 第 13 頁(yè) 清華大學(xué)綜合論文訓(xùn)練 器接收到 LED 的光信號(hào)，就會(huì)向系統(tǒng)發(fā)送筆槽對(duì)應(yīng)的顏色信息。 由于 DViT 技術(shù)能夠探測(cè)到所在區(qū)域內(nèi)的任何 物體，因此不需要任何特殊的筆工具。 SMART Board 使用了最 新開(kāi)發(fā)的一種觸摸技術(shù) DViT（ digital vision touch） 。 使用 SMART 智能筆可以自由地作注釋 ， 并突出顯示重 要信息。 傳統(tǒng)的觸摸技術(shù)存在共同的缺陷 ， 無(wú)論是主動(dòng)式的還是被動(dòng)式的 ， 一般都無(wú) 法實(shí)現(xiàn)兩支或兩支以上交互筆的同時(shí)書寫。另外交互筆一般需要電池供電，定期更換電池將會(huì)是一件很麻煩的 事情，而不更換電池又會(huì)影響到定位的準(zhǔn)確性。 各種觸摸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺陷 被動(dòng)式觸摸系統(tǒng)共同的優(yōu)勢(shì)是經(jīng)久耐用 ， 不需要特制的交互設(shè)備 ， 因此使用 方便快捷，非常適合于在公共場(chǎng)所中的使用。 這里的主動(dòng)式紅外線觸摸屏 與前面的被動(dòng)式紅外線觸摸屏并不相同 ， 兩者在原理上有一定差異 。 電磁式觸摸系統(tǒng)的交互過(guò)程只在交互筆和交互板面之間進(jìn)行 ， 與 其他物體是否接觸板面無(wú)關(guān) ， 用戶完全可以把手放在交互板面上而不干擾交 互的進(jìn)行。 通過(guò)檢測(cè)屏幕線圈內(nèi)的磁力線變化就可 以確定接觸點(diǎn)的坐標(biāo) 。 當(dāng)有任何物體進(jìn)入這個(gè)柵格的時(shí) 候 ， 就會(huì)阻擋一些光線 ， 在紅外線探測(cè)器上就會(huì)收到變化的信號(hào) ， 這樣就可 以檢測(cè)到觸摸的位置坐標(biāo)。 當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí)，由于人體電場(chǎng)，用戶和觸控屏表面形成以一 個(gè)耦合電容 ， 觸點(diǎn)的 電容就會(huì)發(fā)生變化 ， 使得與之相連的振蕩器頻率發(fā)生變 第 9 頁(yè) 清華大學(xué)綜合論文訓(xùn)練 化 ， 通過(guò)測(cè)量頻率變化可以確定觸摸位置獲得信息 。 表面聲波式觸摸屏對(duì)原顯示器的清晰度影響比較小，分辨率很高，而且 經(jīng)久耐用。 電阻式觸摸屏是一種對(duì)外界完全隔離的工作環(huán)境，不怕灰塵和水汽，它 可以用任何物體來(lái)觸摸 ,可以用來(lái)書寫繪畫，比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域及辦公 室內(nèi)有限人的使用。 被動(dòng)型觸摸系統(tǒng) 由于被動(dòng)式系統(tǒng)不需要特殊的觸點(diǎn)裝置 ， 因此這類系統(tǒng)的定位完全依靠板面 上的傳感器實(shí)現(xiàn)功能。 觸摸屏的傳感方式還決定了該觸摸屏能否解決 多點(diǎn)觸摸的問(wèn)題，而多點(diǎn)觸摸在日常應(yīng)用中非常常見(jiàn)。 大多數(shù) 的觸摸技術(shù)都不能保證同一點(diǎn)觸摸每一次采樣數(shù)據(jù)相同 ， 這種漂移是普遍存 在的，不斷減小漂移是觸摸技術(shù)努力的方向。 觸摸屏的透明性能的提 高是觸摸技術(shù)發(fā)展的一大挑戰(zhàn)。 觸摸屏有三個(gè)基本特征： 1．透明。這種人機(jī)交互方式，賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的 全新多媒體交互設(shè)備。 接著介紹雙筆定位中需要使用的卡爾曼濾 波器的基本原理， 然后根據(jù)濾波基本原理建立實(shí)際使用的模型，最后介紹用這個(gè)模型實(shí)現(xiàn)雙筆定 第 5 頁(yè) 清華大學(xué)綜合論文訓(xùn)練 位的過(guò)程。 具體的章節(jié) 安排如下： 第二章首先介紹了常見(jiàn)的觸摸技術(shù)的原理和存在的缺陷 ， 接著介紹本文實(shí)驗(yàn) 的平臺(tái) — — SMART Board，并詳細(xì)介紹了它的基本原理和軟件接口，然后具體 介紹 SMART Board 所采用的 DViT 技術(shù)的基本原理，最后介紹一種目前已經(jīng)實(shí) 現(xiàn)雙筆軌跡區(qū)分的觸摸 系統(tǒng) —— DiamondTouch。另外兩支筆同時(shí)書寫時(shí)，遮擋問(wèn)題也會(huì)影響定位的 準(zhǔn)確性，兩支筆和攝像頭三者呈一條線的時(shí)候，定位也會(huì)出問(wèn)題。 從前一次坐標(biāo)判斷下一次坐標(biāo)位置 ， 需要使用一定的預(yù)測(cè)方法 ， 本文采用的 是卡爾曼濾波的預(yù)測(cè)算法。本文實(shí)驗(yàn)中采用的攝像頭的刷新頻率為 30Hz，也就是書寫時(shí)兩支 筆不能在 1/30 秒內(nèi)先后落筆 ， 如果攝像頭的刷新頻率提高 ， 時(shí)間間隔就會(huì)變短， 用戶就不會(huì)感到書寫使用有所限制。 (2)書寫中兩支交互筆不能夠 距離不能太近。 一支筆定位過(guò)程中要解決圖像處理 、 觸摸屏物理坐標(biāo)和顯示器邏輯坐標(biāo)的 轉(zhuǎn)換、 攝像機(jī)標(biāo)定等問(wèn)題。由 于 SMART board 的圖像處理 、 物體定位功能完全由硬件完成 ， 提供給上層應(yīng)用程 序的只是 定位以后的坐標(biāo)，要從軟件編程上改進(jìn)來(lái)支持更多的筆是不可能實(shí)現(xiàn)的。每條軌跡的第一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn) 和接觸信號(hào)綁定后，接下來(lái)產(chǎn)生的新的坐標(biāo)點(diǎn)需要根據(jù)與前面坐標(biāo)點(diǎn)的關(guān)系進(jìn) 行分類，就可以實(shí)現(xiàn)軌跡的區(qū)分。 但是 SMART Board 的定位速度很快 ， 每秒鐘能夠生成 上百個(gè)交互筆坐標(biāo)，交互筆的接觸信號(hào)不可能也以這么高的頻 率發(fā)送給系統(tǒng)。無(wú)線的傳送 方式可以采用紅外線、無(wú)線電波等。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(lái)很大麻煩；常規(guī)的開(kāi)關(guān)體積比較小，原理很簡(jiǎn)單，電路設(shè)計(jì)起來(lái)也 第 2 頁(yè) 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(kāi)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(lái)不是很順手，比較生硬。 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。 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)。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(lái)， 當(dāng)雙筆同時(shí)書寫時(shí)，系統(tǒng)無(wú)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(lái)表示兩條軌跡。 然而現(xiàn)有的觸摸技術(shù)也存在一定的 缺 陷，常見(jiàn)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 。當(dāng)然這樣可以進(jìn)行交互式的展 示和討論，但是卻沒(méi)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)。 then we design the software to get the color information, and associate it with the stroke. The experiment results have shown that our system can distinguish the strokes well when two users write simultaneously. SMART Board acplishes the locating of two styluses through hardware, so if we want to improve the system in order to support more styluses in parallel, we have to implement the function of multistylus locating by ourselves. Another contribution of this paper is to acplish the locating of two styluses using two digital cameras. The fundamental arithmetic is as follows: firstly use Kalman Filter to predict the state II 清華大學(xué)綜合論文訓(xùn)練 of each stylus, and then find the center point of the stylus in each camera image, finally get the location through coordinate transformation. The arithmetic, which is quite simple and useful, allows the system to locate two styluses simultaneously and accurately. Keyword: SMART Board, multiuser, stylus input system, stroke distinguishing III 清華大學(xué)綜合論文訓(xùn)練 目錄 摘要 ............................................................................................................................... I Abstract......................................................................................................................... II 目錄 ............................................................................................................................ IV 第一章 引 言 ..............................................................................................................1 本文的研究背 景 .............................................................