第一章 绪论
1.1 选题来源
本课题是山西大学计算机与信息技术学院智能书写电子黑板项目研发的一部分，智能书写电子黑板项目涉及多媒体领域，属于一种触摸式的智能电子黑板系统。触摸式智能电子黑板在教育领域的广泛应用，使学校教育手段迈上了信息化高速公路，不仅改变了教育理念，更提升了教学效果。传统的触摸一体机或电子白板，其展现出的书写字的笔画不仅单一而且没有出峰和收峰效果，影响了教师授课和学生学习效果[1]。在过去传统粉笔加黑板的组合中，更是要求教师需要具备毛笔和硬笔字书写功底。基于此，本课题在传统触摸式智能电子黑板的基础上加入笔触形状模拟，使那些即使没有楷体等书写体技巧的老师也可以轻松写出结构合理、字形美观的黑板板书。该系统的触摸屏笔迹呈现的是书写体，脱离了传统触摸屏书写使用单点轨迹链接呈现笔迹的方法，最大限度的还原用户的原始书写笔迹并且具有了一定的粉笔笔迹特征。
1.1 选题来源
本课题是山西大学计算机与信息技术学院智能书写电子黑板项目研发的一部分，智能书写电子黑板项目涉及多媒体领域，属于一种触摸式的智能电子黑板系统。触摸式智能电子黑板在教育领域的广泛应用，使学校教育手段迈上了信息化高速公路，不仅改变了教育理念，更提升了教学效果。传统的触摸一体机或电子白板，其展现出的书写字的笔画不仅单一而且没有出峰和收峰效果，影响了教师授课和学生学习效果[1]。在过去传统粉笔加黑板的组合中，更是要求教师需要具备毛笔和硬笔字书写功底。基于此，本课题在传统触摸式智能电子黑板的基础上加入笔触形状模拟，使那些即使没有楷体等书写体技巧的老师也可以轻松写出结构合理、字形美观的黑板板书。该系统的触摸屏笔迹呈现的是书写体，脱离了传统触摸屏书写使用单点轨迹链接呈现笔迹的方法，最大限度的还原用户的原始书写笔迹并且具有了一定的粉笔笔迹特征。
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本文方法笔触模型是属于一种基于几何造型的笔触模型。基于几何造型的笔触模型大都是建立在真实的物理模型上[25]。笔画几何模型指定了与笔画束几何结构有关的必要信息。常见的，关于几何图形的造型都是有面，线，点构成的，而线与面都可以用点构成，所以在几何的造型中，我们把点作为最小的单元，以像素的方式呈现[26]。
在书法汉字的实际书写过程中，我们将笔头与纸面接触的部分称为笔触。一系列的笔触合起来构成了整个字体的形状结构。
第三章 笔触梯形模型构建方法.............................15
1.2 项目背景
随着计算机软硬件技术的发展，各类触控书写产品应运而生。本课题研究目的在于解决现有触控类书写产品在书写呈现时，采用“直接用直线链接轨迹点，显示符合与输入轨迹的线条”的方法，所带来的呈现字迹呆板，计算机书写特征明显，不能反映不同书写者的书写风格的问题[2]。
随着计算机软硬件技术的发展，各类触控书写产品应运而生。本课题研究目的在于解决现有触控类书写产品在书写呈现时，采用“直接用直线链接轨迹点，显示符合与输入轨迹的线条”的方法，所带来的呈现字迹呆板，计算机书写特征明显，不能反映不同书写者的书写风格的问题[2]。
近年来，触控类书写产品的书写字迹呈现技术开始受到广泛的关注。但在设计目标上存在两大问题:（1）中国书法在长期的历史演变过程中，产生了诸多问题。如常见的楷书，行书，草书等，其笔画上形态上存在很大差异；（2）即便是同一字体，不同书写者的书写习惯和运笔方式也有很大差异。这使得触摸屏字体的设计目标及技术至今仍没有较大发展。
随着信息技术，电子显示技术，触控技术快速发展，许多具有人机交互功能的计算机产品的操作接口已从传统的键盘或鼠标改为使用触摸显示屏。触摸显示屏已经大量使用在各行各业的交互式计算机系统设备上，比如：手机、Pad、Pos 机、液晶触摸一体机、交互式电子白板系统等。大家都知道现有的触摸屏书写输入的笔迹本质上是一个单点轨迹序列，所以手写输入产品大都直接用直线链接轨迹点，显示符合与输入轨迹的线条，最终显示出要输入的符号和不同国家的语言元素。随着手写输入触控产品的应用与普及，计算机软件用什么方法能将这种单点序列的轨迹，根据触摸时轨迹形成的特点，呈现为美观漂亮的书写体的笔迹（比如楷书、行书、草书等）一直是大家关注研究的问题。尤其对于课堂教学的交互式电子白板系统产品来讲，解决这一问题是至关重要的。因为触摸书写时能不能呈现出美观漂亮的书写体的笔迹，能不能呈现出不同教师的板书特征，直接影响到交互式电子黑板系统在课堂教学中的普及应用，进而影响教师授课和学生学习效果。针对以上问题，本文提出一种基于几何造型的笔触梯形模型，并基于模型实现一种算法，该算法通过采集识别手写者在触控屏上输入的轨迹点信息，形成具有宽度信息的字迹笔画轮廓，最大效果还原手写者本身字体形态，进而可以使没有书法基础的用户的手写输入也能展现出既美观又形态各异的字体。
2.1 基于几何造型的笔触模型
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第二章 相关方法研究
第二章 相关方法研究
本文方法笔触模型是属于一种基于几何造型的笔触模型。基于几何造型的笔触模型大都是建立在真实的物理模型上[25]。笔画几何模型指定了与笔画束几何结构有关的必要信息。常见的，关于几何图形的造型都是有面，线，点构成的，而线与面都可以用点构成，所以在几何的造型中，我们把点作为最小的单元，以像素的方式呈现[26]。
在书法汉字的实际书写过程中，我们将笔头与纸面接触的部分称为笔触。一系列的笔触合起来构成了整个字体的形状结构。
我们在触摸屏上书写时，触摸的截面可以可以近似为一个点，因此有些字体呈现方法是用点作为基本单元，也就是我们前面提到的轨迹点。但我们要呈现书写体字迹，往往需要若干像素点的集合来呈现。
有很多的研究者采用锥形或水滴形状作为二维笔触模型，xie[27]等建立的笔触模型由一个圆形和圆周上两条相交的切线组成的。Wong[28]用圆锥模拟笔触形状，如图2.1。于金辉[29]提出了一种基于圆形的笔触模型，将获取到的散点形状分布为圆形，如图 2.2。Lam 和 Yam[30]提出的水滴形状的笔触模型是根据毛笔在实际书写过程中在纸上留下的形状模拟形成的，如图 2.3。
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有很多的研究者采用锥形或水滴形状作为二维笔触模型，xie[27]等建立的笔触模型由一个圆形和圆周上两条相交的切线组成的。Wong[28]用圆锥模拟笔触形状，如图2.1。于金辉[29]提出了一种基于圆形的笔触模型，将获取到的散点形状分布为圆形，如图 2.2。Lam 和 Yam[30]提出的水滴形状的笔触模型是根据毛笔在实际书写过程中在纸上留下的形状模拟形成的，如图 2.3。
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2.2 书写体
书写体是对传统手写字体进行美化加工，是传统书法进一步发展形成的。该字体比其他风格字体更能表达出书写者的特殊字体风格和其所使用的笔具功能特性（钢笔，粉笔，毛笔，油画笔和炭笔等）。书写体的风格是其字体角度多样，形态自由。使用范围广，适用性强。在现代汉字中的常见的书写体主要有以下几种:楷书，篆书，隶书，行书。
（1）汉字书写体的结构特点
调研了大量的书写汉字的字体结构，观察了汉字的表现形式和整体结构，传统书写汉字讲究四四方方，由各个笔画组成了一个汉字，不同笔画和不同的组成方式可以形成形态各异的汉字。汉字字体结构多样，但却美观均匀。传统的书法汉字深入人心，历史悠久，从很多书法作品中可以找到很多相似之处，每个汉字基本都有固定方框，其中结构性都很强。随着触摸屏的快速发展，计算机书法美化受到很多人重视，呈现书写体笔迹成为计算机书法美化方面的一个重要研究领域。许多中外研究人员一直在计算机环境下尽量逼近真实的书写环境，同时保留用户真实的书写笔迹。运用不同的书写笔迹呈现方法会得到不同效果，但是基本原理是互通的。
（2）楷体的特点
楷书是中国书法中最常见的一种文体。如图 2.6 所示显示了楷体字中一些常用的笔画。在楷书风格中，水平笔划要么平行于地平线，要么稍微向右倾斜。垂直笔划必须沿 y 轴笔直书写。通常垂直笔划比水平笔划粗。圆点和倾斜的笔划通常有尖锐的结尾，由画笔的逐渐提升运动书写。笔划的开始和结束，包括点和其他小笔划，都遵循特定的规则，以产生漂亮的装饰形状。有时笔划的开始是通过垂直于纸张施加更多的压力来完成的。
书写体是对传统手写字体进行美化加工，是传统书法进一步发展形成的。该字体比其他风格字体更能表达出书写者的特殊字体风格和其所使用的笔具功能特性（钢笔，粉笔，毛笔，油画笔和炭笔等）。书写体的风格是其字体角度多样，形态自由。使用范围广，适用性强。在现代汉字中的常见的书写体主要有以下几种:楷书，篆书，隶书，行书。
（1）汉字书写体的结构特点
调研了大量的书写汉字的字体结构，观察了汉字的表现形式和整体结构，传统书写汉字讲究四四方方，由各个笔画组成了一个汉字，不同笔画和不同的组成方式可以形成形态各异的汉字。汉字字体结构多样，但却美观均匀。传统的书法汉字深入人心，历史悠久，从很多书法作品中可以找到很多相似之处，每个汉字基本都有固定方框，其中结构性都很强。随着触摸屏的快速发展，计算机书法美化受到很多人重视，呈现书写体笔迹成为计算机书法美化方面的一个重要研究领域。许多中外研究人员一直在计算机环境下尽量逼近真实的书写环境，同时保留用户真实的书写笔迹。运用不同的书写笔迹呈现方法会得到不同效果，但是基本原理是互通的。
（2）楷体的特点
楷书是中国书法中最常见的一种文体。如图 2.6 所示显示了楷体字中一些常用的笔画。在楷书风格中，水平笔划要么平行于地平线，要么稍微向右倾斜。垂直笔划必须沿 y 轴笔直书写。通常垂直笔划比水平笔划粗。圆点和倾斜的笔划通常有尖锐的结尾，由画笔的逐渐提升运动书写。笔划的开始和结束，包括点和其他小笔划，都遵循特定的规则，以产生漂亮的装饰形状。有时笔划的开始是通过垂直于纸张施加更多的压力来完成的。
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3.1 笔触形状构建..............................15
3.2 笔触模型参数.................................18
第四章 基于笔触梯形模型的笔迹生成算法.............................21
4.1 笔触梯形模型生成......................21
4.1.1 触摸点的处理...............................21
4.1.2 生成笔触梯形模型..........................22
第五章 基于笔触梯形模型的书写体方法实现...............................27
5.1 系统环境........................................27
5.2 触摸轨迹呈现为书写体方法实现......................27
第五章 基于笔触梯形模型的书写体方法实现
5.1 系统环境
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第六章 总结与展望
6.1 现有工作总结
在现代化教育迅速发展的社会，大部分高校都配备上触摸一体机用来提高教学质量。不仅如此，各大会议室以及研究平台都已使用上触摸一体机。为了提高电子画板手写效果，越来越多的人研究书写体字迹呈现的方法。本文采用现有的触摸式智能电子黑板系统设备，通过研究书写体的字体形态和走势，设计了一种基于笔触梯形模型的触摸轨迹呈现为书写体的方法。
本文针对目前触摸一体机中，大都呈现出单一字体这一现状，研究开发出基于笔触梯形模型的触摸轨迹呈现为书写体的方法和系统实现。本文完成的主要研究内容如下。
（1）构建一种新的基于几何造型笔触梯形模型。通过研究关于笔触模型模拟，总结了基于几何造型的笔触模型的相关方法。研究传统汉字书写体中楷书的字形特征并给出了一种新型的梯形笔触，在得到书写运动轨迹之后，依次添加笔触梯形模型，以获得具有书写体效果的字迹。
6.1 现有工作总结
在现代化教育迅速发展的社会，大部分高校都配备上触摸一体机用来提高教学质量。不仅如此，各大会议室以及研究平台都已使用上触摸一体机。为了提高电子画板手写效果，越来越多的人研究书写体字迹呈现的方法。本文采用现有的触摸式智能电子黑板系统设备，通过研究书写体的字体形态和走势，设计了一种基于笔触梯形模型的触摸轨迹呈现为书写体的方法。
本文针对目前触摸一体机中，大都呈现出单一字体这一现状，研究开发出基于笔触梯形模型的触摸轨迹呈现为书写体的方法和系统实现。本文完成的主要研究内容如下。
（1）构建一种新的基于几何造型笔触梯形模型。通过研究关于笔触模型模拟，总结了基于几何造型的笔触模型的相关方法。研究传统汉字书写体中楷书的字形特征并给出了一种新型的梯形笔触，在得到书写运动轨迹之后，依次添加笔触梯形模型，以获得具有书写体效果的字迹。
（2）设计了提出将触摸移动的速度值以及实时压力值加入决定笔触呈现宽度的因子的笔迹生成算法。首次在现有触摸式智能书写电子黑板系统上，通过采集书写笔触点的速度、压力、角度、等数据，通过本算法，实时改变笔触呈现宽度，从而形成不同的笔触梯形模型。本文设计的方法既考虑了笔触的移动速度，也改进了之前因触点移动速度过快或者过慢的时候字体笔迹呈现宽度变化不明显的不足。得到了最终呈现出的字体具有手写体特征，笔迹变化更明显、更美观的效果。
通过实验可以证明，本文所设计的方法克服了传统触摸一体机中笔迹呈现为直线链接轨迹，不仅不美观，而且难以展现每个人书写特征的缺点。本文提出的基于笔触梯形模型的触摸轨迹呈现为书写体的方法在实际应用当中，教师可以轻松写出具有粉笔特征的更为美观的字迹，对于没有任何书法基础的使用者也能带来很好的书写体验，从而提升教学的效果。
参考文献（略）
通过实验可以证明，本文所设计的方法克服了传统触摸一体机中笔迹呈现为直线链接轨迹，不仅不美观，而且难以展现每个人书写特征的缺点。本文提出的基于笔触梯形模型的触摸轨迹呈现为书写体的方法在实际应用当中，教师可以轻松写出具有粉笔特征的更为美观的字迹，对于没有任何书法基础的使用者也能带来很好的书写体验，从而提升教学的效果。
参考文献（略）