肖 燦，朱珍民，葉 劍

（1.湘潭大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖南 湘潭411105；2.中國科學(xué)院 計算技術(shù)研究所，北京100190）

0 引 言

移動閱讀作為移動互聯(lián)網(wǎng)［1］的主要應(yīng)用之一，能夠為人們提供隨處可得的閱讀服務(wù)，極大地改變了人們的閱讀方式。傳統(tǒng)移動閱讀產(chǎn)品的功能僅僅局限于為用戶提供電子資源的閱讀服務(wù)，存在以下不足：第一，忽略了移動閱讀環(huán)境中用戶難以查詢相關(guān)閱讀資料的問題，用戶在閱讀過程中產(chǎn)生的疑問無法得到即時解答；第二，用戶在零散的移動閱讀環(huán)境中無法與相同興趣愛好的其他閱讀者交流溝通。將普適計算中為人們隨時隨地提供服務(wù)的思想與移動閱讀相結(jié)合［2］，對傳統(tǒng)移動閱讀應(yīng)用加以改進(jìn)，能夠為用戶提供更好的閱讀體驗。

本文提出了知識點的概念，通過語義標(biāo)注建立起知識點和知識點詳細(xì)信息之間的關(guān)聯(lián)，將文本、圖片等資源聯(lián)系起來，根據(jù)用戶查詢需要提供相關(guān)資源；將社交網(wǎng)絡(luò)引入到移動閱讀平臺中，通過對閱讀愛好的分類，將用戶歸類到不同的社區(qū)中，并呈現(xiàn)同一社區(qū)其他用戶的位置信息，便于用戶選擇距離近的書友進(jìn)行交流討論。

1 相關(guān)工作

要滿足用戶閱讀過程中的查詢需求，需要提取閱讀資源中知識的表示方法。目前的研究中對知識的描述可以采用知識網(wǎng)絡(luò)、“學(xué)習(xí)元”、知識地圖等等。文獻(xiàn) ［3］提出用“學(xué)習(xí)元”來描述知識對象。浙江大學(xué)的施岳定教授定義了網(wǎng)絡(luò)課程中知識點、知識點屬性的概念，分析了知識點之間的4種關(guān)聯(lián)關(guān)系，提出了對知識點的超文本組織結(jié)構(gòu)和基于知識點的超文本教學(xué)控制的設(shè)計方法。綜合以上研究成果，為表示閱讀資源中知識結(jié)構(gòu)，將書本中的知識提取出來用統(tǒng)一對象表述并關(guān)聯(lián)相應(yīng)的解析是必要的；本文中通過定義知識點細(xì)分閱讀知識結(jié)構(gòu)，為用戶提供知識點查詢功能。

社交網(wǎng)絡(luò) （social network services，SNS）主要作用是為一群擁有相同興趣與活動的人建立在線社區(qū)［4］，近來發(fā)展迅速。據(jù)社交網(wǎng)站Facebook披露，其用戶總數(shù)已經(jīng)達(dá)到9.01億人。目前SNS已經(jīng)深入到互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的各個方面，有電子商務(wù)網(wǎng)站利用社交網(wǎng)絡(luò)建立用戶相互信賴的社區(qū)［5］，解決電子商務(wù)中的信任問題；即時通信行業(yè)中騰訊公司推出名為 “QQ圈子”的社交為用戶挖掘相互有關(guān)系的好友；網(wǎng)絡(luò)游戲利用社交網(wǎng)絡(luò)提高游戲傳播速度。綜合以上分析可得，各大應(yīng)用平臺中利用社交網(wǎng)絡(luò)用戶間互動最終達(dá)到提升用戶體驗的效果。在本文中，將閱讀同一書本的用戶劃分到相同社區(qū)中，增強(qiáng)用戶間的交流互動。

2 系統(tǒng)分析與設(shè)計

本章先定義一些文中用到的名詞，并給出解釋和舉例說明，然后根據(jù)需要完成的功能，設(shè)計出系統(tǒng)架構(gòu)圖。

2.1 名詞定義

知識點：一般是書籍中的關(guān)鍵人物、事件或者出現(xiàn)頻率較高的名詞、術(shù)語。它可以通過分析詞語出現(xiàn)頻率得到，最終由相關(guān)領(lǐng)域的專家確定和劃分，以保證權(quán)威性和正確性。例如，在中國四大名著 《紅樓夢》這一電子書籍中，“林黛玉”屬于其中的一個知識點。

相關(guān)知識點：與知識點關(guān)聯(lián)度、上下文相關(guān)性較高的知識點。由相關(guān)領(lǐng)域的專家對知識點進(jìn)行分類得到。例如，在 《紅樓夢》中，“賈寶玉”、“賈母”均為 “林黛玉”的相關(guān)知識點。

知識點詳細(xì)信息：對知識點使用文字、圖片信息加以描述，達(dá)到多角度、深刻刻畫知識點的目的。通常由相關(guān)領(lǐng)域的專家給出。例如知識點 “林黛玉”的詳細(xì)信息為“古典名著 《紅樓夢》中的女主角，金陵十二釵之首，寶玉的姑表妹。聰慧無比，琴棋詩畫樣樣俱佳，尤其詩作更是大觀園群芳之冠?！?/p>

語義標(biāo)注：知識點和知識點詳細(xì)信息之間的映射關(guān)系。由專家通過語義標(biāo)注工具生成。本文中使用XML文件作為載體存儲語義標(biāo)注。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)需要完成線上電子書閱讀、知識點快速點答、電子資源與知識點存儲、線下的知識點語義標(biāo)注、基于用戶閱讀興趣的社區(qū)分類、社區(qū)內(nèi)交流服務(wù)、用戶地理位置信息采集與呈現(xiàn)?；谝陨闲枨?，規(guī)劃出系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 移動閱讀社交系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)各模塊職責(zé)功能如下所述。

終端：為用戶提供最直接的交互服務(wù)。與資源服務(wù)器交互獲取電子書本資源和知識點詳細(xì)信息，呈現(xiàn)電子書本供用戶閱讀，展示電子書本中的知識點，向標(biāo)注服務(wù)器獲取知識點的語義標(biāo)注，為用戶提供帶地理位置信息的社交服務(wù)，向社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器傳送社交信息和用戶地理位置信息。

資源服務(wù)器：儲存電子書籍資源、知識點、知識點詳細(xì)信息等；為終端提供圖書資源、根據(jù)終端提供的知識點語義標(biāo)注返回知識點詳細(xì)信息；接收并儲存由標(biāo)注工具劃分的知識點和知識點詳細(xì)信息。

標(biāo)注服務(wù)器：儲存語義標(biāo)注信息；根據(jù)終端提供的知識點返回知識點的語義標(biāo)注信息。

標(biāo)注工具：運行于PC端，供專家瀏覽電子書本，將電子書本的知識點標(biāo)注出來，為知識點生成語義標(biāo)注和知識點詳細(xì)信息。將語義標(biāo)注上傳到標(biāo)注服務(wù)器，將知識點詳細(xì)信息上傳到資源服務(wù)器。

社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器：接受終端發(fā)送的用戶閱讀書本記錄，維護(hù)社區(qū)列表，將閱讀同一書本的用戶劃分到相同社區(qū)中，提供社區(qū)中用戶間的交流互動服務(wù)。

3 終端軟件使用流程

用戶使用移動終端閱讀流程如圖2所示。首先登陸進(jìn)入終端軟件界面，選擇自己喜愛的書本進(jìn)行閱讀，碰到有疑問的知識點可以選擇查詢知識點詳細(xì)信息，查閱完詳細(xì)信息以后繼續(xù)閱讀書本。在閱讀過程中如果希望跟閱讀相同書本其他用戶進(jìn)行交流或者收到其他用戶發(fā)過來的信息，可以選擇進(jìn)入社區(qū)，此時終端軟件跳轉(zhuǎn)到聊天界面。用戶可以在 “閱讀模式”和 “交流模式”中切換。

圖2 終端軟件使用流程

4 系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)

本章將從系統(tǒng)的各個模塊著手講述系統(tǒng)開發(fā)實現(xiàn)。

4.1 終端開發(fā)實現(xiàn)

鑒于Android平臺具有較高的開放性、開發(fā)接口豐富、便于開發(fā)者發(fā)布應(yīng)用等特點［6，7］，本文基于Android系統(tǒng)開發(fā)終端平臺，設(shè)備選用Android智能手機(jī)和平板電腦。終端程序邏輯上由用戶界面、電子書讀入模塊、翻頁特效模塊、社交交互模塊、HTTP通信模塊。

用戶界面：Android應(yīng)用程序可以采用模型－視圖－控制（model－view－controller，MVC）模式開發(fā)。用戶界面屬于視圖層，其設(shè)計由XML文件規(guī)范。閱讀模式的主界面中放置了ReaderView控件，該控件繼承自Android開發(fā)包基礎(chǔ)類View，用于繪制電子書讀入模塊讀取出來的文字、圖片。社區(qū)交流模式的主界面中放置了BaiduMapView和ChatButton。BaiduMapView用于載入地圖作為聊天背景，附近的相同社區(qū)用戶均以圓點在地圖上顯示，用戶點擊圓點將彈出聊天對話框。

翻頁特效模塊：用戶體驗直接影響了用戶對軟件的評價，在電子閱讀中引入模擬真實書本翻頁效果能提升用戶體驗。下面結(jié)合翻頁特效真實效果圖和簡化模型圖講述此模塊的實現(xiàn)。

翻頁特效如圖3所示，可以將翻頁特效模型簡化為如圖4所示。手指在屏幕上滑動，帶動紙張產(chǎn)生翻頁動作，手指與屏幕的接觸點即為圖4中的點A。 “書本”的右下角，也即屏幕的右下角，為圖4中的點C。連接AC，作線段AC的中垂線，得到線段BD，交AC與點E。于是屏幕被劃分為a、b、c這3個區(qū)域，b區(qū)為三角形ABD，c區(qū)為三角形BCD，a區(qū)則為手機(jī)屏幕除b區(qū)和c區(qū)的剩余部分。圖3所示效果由三部分組成：1.a區(qū)，仍然顯示當(dāng)前頁面內(nèi)容，2.b區(qū)，顯示當(dāng)前頁被折過來后，文字透過紙張顯示出來的內(nèi)容，3.c區(qū)，顯示下一頁的內(nèi)容。a區(qū)通過對當(dāng)前頁面截圖得到，b區(qū)通過對當(dāng)前頁面右下角截圖并作倒映、旋轉(zhuǎn)得到，c區(qū)通過對下一頁面截圖得到。以上3個區(qū)域的繪制可以構(gòu)造出翻頁特效的簡化模型。將這3個區(qū)域相鄰的邊用貝塞爾曲線繪制出來，則可得到如圖3所示比較圓滑、逼真的翻頁效果。

圖3 翻頁特效

電子書讀入模塊：電子書資源的源文件為EPub和txt格式，EPub格式書籍可以攜帶文字和圖片信息。通過Java的字節(jié)輸入流InputStream將電子書讀入到內(nèi)存。需要注意的是，電子書的大小在1M－100M之間，鑒于移動設(shè)備內(nèi)存資源有限，讀入電子書時不能一次將字節(jié)輸入流全部讀入。本系統(tǒng)中，每次讀入內(nèi)存的字節(jié)容量為100kb。當(dāng)用戶瀏覽到上次讀入內(nèi)存字節(jié)的盡頭時，開啟子線程繼續(xù)向后讀入100kb內(nèi)容。

圖4 翻頁特效簡化

社交交互模塊：該模塊負(fù)責(zé)向社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器傳送用戶間社交信息和用戶地理位置信息。與社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的交互采用了可擴(kuò)展通訊和現(xiàn)場協(xié)議 （the extensible messaging and presence protocol，XMPP）［8－10］。該協(xié)議定義了3種包，分別是信息 （message）、信息／查詢請求 （Info／Query，IQ）、在線狀態(tài) （presence）。Message包用于搭載用戶間聊天、交流消息，IQ包搭載了用戶地理位置信息、用戶近期閱讀書本，Presence包搭載了用戶在線、離線、閱讀狀態(tài)信息。通過這3種消息包可以實現(xiàn)終端與社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器間的通信。

HTTP通信模塊：該模塊負(fù)責(zé)向資源服務(wù)器獲取帶語義標(biāo)注的電子書本、知識點詳細(xì)信息查詢，向標(biāo)注服務(wù)器獲取知識點的語義標(biāo)注信息。用戶在選擇查看知識點詳細(xì)信息時，會產(chǎn)生知識點的字符串。利用Android開發(fā)包中的HttpClient類將知識點的字符串作為請求關(guān)鍵字發(fā)送到標(biāo)注服務(wù)器，獲得該知識點的語義標(biāo)注。再把語義標(biāo)注用HttpClient類包裝發(fā)送到資源服務(wù)器，這樣可以獲得知識點的詳細(xì)信息。

4.2 社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實現(xiàn)

社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器基于Openfire平臺開發(fā)。Openfire是遵守XMPP協(xié)議實現(xiàn)的開源即時消息傳輸平臺，已經(jīng)設(shè)計好即時消息傳輸框架，要對其進(jìn)行功能擴(kuò)展，需要將功能模塊寫成插件并注冊。

本文中，自定義的插件類SocialPlugin實現(xiàn)了Plugin接口，并重寫了接口函數(shù)initializePlugin（PluginManager manager，F(xiàn)ile pluginDirectory）。該函數(shù)在 Openfire啟動時被調(diào)用，從而完成插件的初始化工作，通常將注冊插件、獲取組件管理器實例等工作放在此函數(shù)中。注冊用于截獲消息包的PacketInterceptor接口和實現(xiàn)該接口中截獲消息包的回調(diào)函數(shù)代碼如下所示：

在回調(diào)函數(shù)interceptPacket（）中接收到消息后，根據(jù)消息類型作出處理。消息包有3種，即上一小節(jié)所述的Message包、IQ包、Presence包。3種消息包均寫在XML文件中。截獲到消息包以后分析出消息種類，對裝載聊天信息的Message包提取出接收消息的ID，并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；對裝載用戶地理位置信息的IQ包提取位置信息，并發(fā)送給相同社區(qū)中的每一用戶，以表明該用戶的地理位置；對裝載用戶正在閱讀書本信息的IQ包，提取書本名字，將該用戶添加到相應(yīng)社區(qū)中；對Presence包獲取在線狀態(tài)信息，并轉(zhuǎn)發(fā)給該用戶所在社區(qū)的其他用戶。

社交網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中維護(hù)了社區(qū)中的用戶列表和用戶所在社區(qū)表，每次接受到用戶閱讀書本信息時修改用戶列表和社區(qū)表，實現(xiàn)對用戶的分區(qū)管理。

4.3 標(biāo)注服務(wù)器實現(xiàn)

標(biāo)注服務(wù)器中存儲了由標(biāo)注工具上傳的知識點語義標(biāo)注信息。當(dāng)用戶發(fā)起查詢知識點詳細(xì)信息請求時，終端會將知識點字符串用GET方法發(fā)送到標(biāo)注服務(wù)器。標(biāo)注服務(wù)器使用名為tagSearch的Servlet來接受用戶的查詢請求，其請求的方式為 http：／／ip：port／tagSearch？key＝tagname。標(biāo)注服務(wù)器接受到請求后，查詢數(shù)據(jù)庫獲取知識點位置信息，然后返回用XML描述的知識點位置信息，即知識點的語義標(biāo)注。其中XML節(jié)點的主要標(biāo)簽見表1。

表1 語義標(biāo)注的XML節(jié)點主要標(biāo)簽表

4.4 資源服務(wù)器實現(xiàn)

資源服務(wù)器中存儲了帶知識點標(biāo)注的電子書本和知識點詳細(xì)信息，通過HTTP協(xié)議與終端通信。在資源服務(wù)器中，使用名為tagFind的Servlet來接受終端帶語義標(biāo)注的訪 問 請 求， 其 請 求 的 方 式 為 http：／／loaction／tagFind？id＝...＆file＝...＆＆start＝...＆end＝...。資源服務(wù)器接收到請求后，通過位置信息檢索到知識點詳細(xì)信息然后返回給用戶。值得注意的是，開發(fā)中客戶端利用HTTP發(fā)送字符串所使用的編碼必須與服務(wù)器使用的字符編碼保持一致，否則服務(wù)器端收到的字符解析出來會是亂碼。

4.5 標(biāo)注工具實現(xiàn)

標(biāo)注工具在PC端運行，使用Java語言開發(fā)，實現(xiàn)的功能有：電子書本顯示、添加知識點標(biāo)注對話框、上傳語義標(biāo)注及知識點詳細(xì)信息。電子書本顯示這一功能由Android終端的程序移植過來。添加知識點標(biāo)注對話框如圖5所示。

圖5 添加知識點標(biāo)注對話框

對話框中保存專家針對知識點添加的知識點詳細(xì)信息和相關(guān)知識點，并上傳到資源服務(wù)器中。標(biāo)注工具根據(jù)知識點詳細(xì)信息保存在資源服務(wù)器的書本名字、開始位置、結(jié)束位置、相關(guān)知識點生成知識點語義標(biāo)注的XML文件。知識點 “林黛玉”生成的語義標(biāo)注XML代碼如下所示：

所得到的XML文件即為語義標(biāo)注，上傳到標(biāo)注服務(wù)器保存。標(biāo)注工具與資源服務(wù)器、標(biāo)注服務(wù)器間的通信均為HTTP協(xié)議，通信過程與終端軟件類似，不再贅述。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)效果與測試

5.1 系統(tǒng)實現(xiàn)效果

打開終端軟件，選擇閱讀電子書本，點擊以 “賈寶玉”為標(biāo)注的知識點，終端屏幕呈現(xiàn)如圖6（a）所示賈寶玉索引信息，點擊圖中 “詳細(xì)信息”按鈕，終端程序如圖6（b）所示顯示 “賈寶玉”的詳細(xì)信息。證明該系統(tǒng)能夠為用戶提供帶語義標(biāo)注的知識點服務(wù)。

圖6 知識點查詢

選擇進(jìn)入 “交流模式”，終端屏幕跳轉(zhuǎn)到以地圖為背景的社區(qū)中。如圖7（a）所示，同一社區(qū)中的其他用戶在地圖中以圓點顯示，在此界面下可以與同一社區(qū)中所有用戶聊天。點擊圓點進(jìn)入圖7（b）的界面中，可與該用戶單獨聊天。證明系統(tǒng)能為用戶提供基于閱讀社區(qū)的交流服務(wù)。

圖7 社區(qū)交流界面

5.2 系統(tǒng)測試

對本系統(tǒng)的測試主要從系統(tǒng)穩(wěn)定性、知識點點答響應(yīng)速度兩個方面進(jìn)行。將終端軟件安裝于不同Android設(shè)備上，供20個志愿者使用，每個志愿者每天保證兩個小時以上的閱讀或者交流時間。實驗持續(xù)兩個月，客戶端軟件能夠正常實現(xiàn)電子書閱讀、知識點點答、社區(qū)交流功能，未出現(xiàn)崩潰、失去響應(yīng)等異?，F(xiàn)象，證明系統(tǒng)具有可靠的穩(wěn)定性。為測試知識點點答響應(yīng)速度，在終端程序中加入double型變量clickTime記錄用戶每次點擊查詢知識點的時刻，終端接收到知識點詳細(xì)信息并完成對話框彈出的時刻用變量showTime記錄。showTime減去clickTime得到waitTime即為用戶等待時間，將waitTime寫入到test.txt文件中。統(tǒng)計出不同終端設(shè)備在WiFi網(wǎng)絡(luò)和GPRS網(wǎng)絡(luò)下的響應(yīng)時間見表2。

表2 不同配置終端設(shè)備完成知識點點答響應(yīng)時間

可以看到，所有設(shè)備在WiFi網(wǎng)絡(luò)下響應(yīng)時間均在0.1秒左右，在GPRS網(wǎng)絡(luò)下響應(yīng)時間均在1.5秒－2.0秒之間，并且隨著設(shè)備配置的提升，響應(yīng)時間會隨之降低。實驗證明本系統(tǒng)能完成知識點點答和實時交流功能，具有穩(wěn)定性高、點答響應(yīng)速度快的特點。

6 結(jié)束語

針對傳統(tǒng)閱讀軟件只提供單一閱讀的功能，本文利用知識點標(biāo)注為用戶答疑，通過將用戶劃分社區(qū)提供交流服務(wù)以提升閱讀體驗。經(jīng)測試，本系統(tǒng)以XML文件為載體的語義標(biāo)注解決了知識點點答功能，通過XMPP協(xié)議實現(xiàn)了為用戶提供社區(qū)交流服務(wù)，并且具有較高的穩(wěn)定性和較快的響應(yīng)速度。隨著移動設(shè)備的普及，本文設(shè)計的移動閱讀社交系統(tǒng)將會有廣闊的應(yīng)用前景。下一步工作是研究使用壓縮算法減少從服務(wù)器端到終端的下行數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高通信速度和降低通信費用。

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