手绘草图交互及应用技术研究

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1、ResearchonSketch．．basedInteractionandApplicationTechnoloPresentedByJIANG、ⅣeiSupervisedbyProf．SUNZhengxingADissertationglesfortheApplicationofDoctor’SDegreeDepartmentofComputerScienceandTechnologyNanjingUniversityDecemeber2009L本论文得到以下基金资助：lJlllllllJ111111111111111111IIIIY2373698国家高技术研究发展计划(863计划)2007

2、AA012334)一基于手绘草图的三维动画模型创作技术研究教育部“新世纪优秀人才支持计划(NCET-04．0460)一面向普适计算的智能化构思环境及其交互技术研究国家自然科学基金项目(60373065)一基于手绘草图的智能化构思环境及其关键技术研究国家自然科学基金项目(69903006)一基于数据仓库的方案设计智能化方法及其工具研究摘要当前，普适计算正逐渐成为主流的计算模式，草图交互以其自然、直观、便捷，以及对几何、时序和空间关系的强大描述能力等特性，并随着近年来便携式和小型化移动设备的兴起和推广逐渐成为普适计算环境中的主要交互方式。随着草图识别、草图建模等技术的不断提高，草图交互在多领域中的

3、应用拓展以及草图交互软件系统的快速构建已经成为草图交互技术的研究热点。本文以手绘草图交互及应用技术为中心，研究草图交互软件系统的构建方法，提出了草图交互系统模型和系统框架，并对手绘交互的自由输入、基于草图交互的协同工作以及基于草图交互的三维建模等技术进行了深入而系统的研究。本文的创新性成果主要包含以下几个方面：(1)研究手绘草图交互的软件架构方法，提出了草图交互软件系统模型和组件化可配置的系统框架：系统模型将整个交互系统划分为五个部分，从不同的视角对系统进行抽象和描述；系统框架基于系统模型，其定义了通用的草图交互流程并“半成品化”实现了草图交互系统。在面向新的应用需求时，以系统模型为指导，通过

4、对系统框架的子模块进行配置、修改和替换就可以快速生成新的草图交互应用软件系统。本文给出了一个基于手绘草图的三维模型创作原型系统(智能画布系统SmartCanvas)的设计和开发实例，进一步讨论了如何构建草图交互软件系统，为草图交互软件系统的设计开发人员提供指导和支持。(2)针对手绘交互过程中的自由输入问题，提出了多机制融合的手绘草图交互笔画处理方法：本文首先分析了草图交互界面要支持用户的自由输入方式，需要解决包括去除笔画中的冗余数据、单笔画输入多个图元、多笔画表示同一个图元，以及手势笔画处理等多个方面的问题，本文针对这些问题提出了笔画数据过滤、笔画分割、笔画合并和手势笔画识别等解决方法，并采用

5、笔画处理的链式结构对这些方法进行集成，为草图交互系统的笔画自由输入处理问题提供了一个较为完整的解决方案。(3)研究基于手绘草图交互的协同工作机制，提出了基于多Agent技术的手绘交互协作模型和基于领域规则的草图文档自动锁机制：协同环境中存在多种不同的Agent以支持用户的草图操作以及多用户之间的信息交互；针对草图交互的自然性要求提出了一种基于领域规则的自动锁机制以对多用户的并发操作进行协调。这些机制可有效地提升协同工作的效率，支持了基于草图交互的协同工作系统设计和开发。本文也设计实现了一个基于草图交互的协同图表编辑工具，支持异地分布的群组成员使用草图交互方式同步地编辑图表文档。(4)研究基于手

6、绘草图交互的三维建模技术，提出了一种基于草图输入的三维人脸建模方法：该方法采用已有的三维模型作为参数模板，通过计算用户输入草图的对象特征参数与对象的定义参数之间的差异，并使用三维模型形变技术快速生成用户所期望的三维模型。该方法可用于三维人脸建模应用，首先从用户输入的人脸草图中抽取能保持草图人脸的全局和局部几何信息的形状特征点，并从三维人脸网格模型中自动抽取出人脸的主要轮廓，然后根据草图人脸形状特征点抽取相应的三维特征点，计算特征点的位移向量作为形变参数，最后采用径向基函数的方法形变生成三维人脸模型。与传统方法相比，本文方法可创建更为新颖夸张的三维人脸模型，适用于三维人脸的创新性设计。该方法也可

7、用于可抽取出模型中主要轮廓线的三维对象(如三维角色)的建模过程。关键词人机交互，手绘草图交互，笔画处理，基于草图交互的协作，基于草图的三维建模，形状映射，三维人脸建模AbstractCurrently，ubiqitouscomputing(pervasivecomputing)isbecomingthedominantmodeofcomputing．Asthedevelopmentofportab