錢濤 王雪梅 伍祥

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?計(jì)算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)急速發(fā)展，互動(dòng)投影逐漸成為生活中比較常見的交互式信息展示和媒體工具之一。介紹一種在幕墻上直接進(jìn)行操作的人機(jī)交互投影系統(tǒng)，采用低成本的深度紅外相機(jī)作為圖像采集器件，依托特制紅外幕簾打出的紅外光膜聯(lián)合觸控，對轉(zhuǎn)化的坐標(biāo)信息進(jìn)行定位，在軟件系統(tǒng)的支持下，完成集光、電、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的交互式投影系統(tǒng)，讓使用者可以直接在幕墻上操作自己的文檔，在幕墻上進(jìn)行書寫、刪除等一系列操作，使授課者能夠基本脫離鼠標(biāo)和鍵盤的束縛，該系統(tǒng)可用于教育和其他商業(yè)用途。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?交互式投影;人機(jī)交互;Winform;C++

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）27-0086-02

在當(dāng)今時(shí)代，計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)日漸完善，然而，在多媒體課堂教學(xué)中，鼠標(biāo)和鍵盤卻把講授者限制在電腦前，沒有了隨意在黑板上書寫的自由。如果多媒體課堂能與如今盛行的網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)相結(jié)合，形成一個(gè)有影像顯示、聲響播放和數(shù)據(jù)傳輸保存等技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議系統(tǒng)，將會(huì)獲得更大的應(yīng)用空間。市場上現(xiàn)有的交互式投影系統(tǒng)大多技術(shù)復(fù)雜度高、成本昂貴、運(yùn)用領(lǐng)域狹隘，鑒于此，提出了一種全新的設(shè)計(jì)，采納低成本的深度紅外相機(jī)作為圖像采集器件，依托特制紅外幕簾打出的紅外光膜聯(lián)合觸控，對轉(zhuǎn)化的坐標(biāo)信息進(jìn)行定位，在軟件系統(tǒng)的支持下，完成集光、電、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的交互式投影系統(tǒng)。交互式投影系統(tǒng)以傳統(tǒng)的講課教學(xué)模式、新奇的觸控技術(shù)取代黑板，授課者能夠基本脫離鼠標(biāo)和鍵盤的束縛，零距離用手或特制的筆作為工具在白板或墻上完成寫字、繪圖、人機(jī)交互等多項(xiàng)功用。

一、概要設(shè)計(jì)

（一）角色模塊設(shè)計(jì)

Windows平臺(tái)下的交互式投影系統(tǒng)包括用戶模塊、管理員模塊。

用戶可以操作文檔，使用教學(xué)工具。在電腦打開后，交互式投影系統(tǒng)軟件自啟動(dòng)，可以直接在幕墻上用手或紅外光筆進(jìn)行文檔操作等使用，同時(shí)用戶可以使用本軟件提供的筆觸選擇、顏色切換、保存板書、高拍儀等任何功能。用戶模塊流程圖如圖1所示。

? 管理員可以操作文檔、使用教學(xué)工具、軟件標(biāo)定修正。在正常狀態(tài)下管理人員可以使用用戶的任何功能，他們主要負(fù)責(zé)軟件的正常運(yùn)行、系統(tǒng)操作靈敏度修正和硬件維護(hù)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)靈敏度有偏差時(shí)及時(shí)通過標(biāo)定端軟件進(jìn)行系統(tǒng)靈敏度修正。

（二）功能模塊設(shè)計(jì)

交互式投影系統(tǒng)包含三個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、系統(tǒng)算法處理模塊、客戶端顯示模塊。通過復(fù)雜的圖像處理、算法分析，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)用戶操作功能。

1.數(shù)據(jù)采集模塊

由系統(tǒng)硬件深度紅外相機(jī)完成。深度紅外相機(jī)能夠識別幕簾射出的紅外光膜，同時(shí)不斷抓拍圖片提供給系統(tǒng)算法處理。

2.算法處理模塊

使用本系統(tǒng)前需要進(jìn)行標(biāo)定才能獲得交互體驗(yàn)。深度紅外相機(jī)在標(biāo)定中會(huì)獲得需要的背景圖和用戶標(biāo)定四角提供的點(diǎn)坐標(biāo)，系統(tǒng)算法根據(jù)這些圖和點(diǎn)坐標(biāo)做相應(yīng)的圖片處理，生成系統(tǒng)需要的mask圖和相應(yīng)的映射關(guān)系，過濾掉投影區(qū)域以外的區(qū)域，使系統(tǒng)只識別投影區(qū)域以內(nèi)的點(diǎn)。然后，在系統(tǒng)使用中根據(jù)保存的背景圖、mask圖和相應(yīng)的映射關(guān)系，將用戶在投影區(qū)域所出現(xiàn)的點(diǎn)經(jīng)過系統(tǒng)算法處理，生成相應(yīng)桌面端的點(diǎn)坐標(biāo)，最后桌面端軟件就會(huì)根據(jù)這些點(diǎn)實(shí)現(xiàn)其他功能了。

3.客戶端顯示模塊

此模塊由顯示器和投影儀完成。投影儀會(huì)將系統(tǒng)處理的圖像結(jié)果像顯示器一樣一一顯示出來。

二、詳細(xì)設(shè)計(jì)

（一）交互操作模塊

系統(tǒng)交互操作模塊實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)正常使用的基礎(chǔ)，只有通過交互模塊，系統(tǒng)才能反應(yīng)用戶在投影區(qū)域所進(jìn)行的操作。

1.鼠標(biāo)操作功能會(huì)根據(jù)用戶在投影區(qū)域的斑點(diǎn)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的鼠標(biāo)事件。如果用戶單擊，系統(tǒng)就執(zhí)行鼠標(biāo)單擊事件;如果用戶雙擊，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)前后兩次算法端提供點(diǎn)的距離和時(shí)間判斷執(zhí)行鼠標(biāo)雙擊事件;如果用戶單擊時(shí)間過長，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行右擊操作等。

2.筆觸操作功能實(shí)現(xiàn)了用戶可以使用不同筆形來進(jìn)行繪制、書寫和板書等。軟件提供的筆觸類型有普通筆、毛筆等。普通筆是不經(jīng)過任何處理直接繪制上去的，效果如圖2所示。

毛筆實(shí)現(xiàn)復(fù)雜一些，主要根據(jù)用戶繪制的速度進(jìn)行筆寬的相應(yīng)變化，同時(shí)使用貝塞爾曲線等方法進(jìn)行筆鋒處理，毛筆筆畫寬度計(jì)算步驟如圖3所示。

（二）系統(tǒng)UI模塊

系統(tǒng)UI模塊實(shí)現(xiàn)了軟件自由拖動(dòng)、功能展示。軟件運(yùn)行后，用戶可完成自由拖動(dòng)、隱藏收縮等一系列操作，同時(shí)在使用過程中提供各個(gè)功能展示，讓用戶方便快捷地使用本系統(tǒng)。

（三）客戶端功能模塊

用戶打開系統(tǒng)之后能夠直接在幕墻上進(jìn)行鼠標(biāo)功能操作，進(jìn)行繪制、板書、保存板書、高拍儀顯示、PPT放映功能操作、計(jì)時(shí)器、放大鏡等功能。

1.白板繪制功能，用戶可在白板上進(jìn)行繪制、板書等。

2.板書保存功能，用戶可對繪制或板書內(nèi)容進(jìn)行自主選擇保存。

3.高拍儀功能，用戶可以通過高拍儀功能將書本上的內(nèi)容投映到幕墻上供學(xué)生觀看。

4.PPT放映操作功能，在PPT全屏下可以對PPT進(jìn)行第一頁、下一頁、上一頁、最后一頁操作。

5.聚光燈功能，用戶使用聚光燈功能來輔助教學(xué)等功能。

6.計(jì)時(shí)器功能，用戶可以使用定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)等。

（四）標(biāo)定端功能模塊

在系統(tǒng)安裝或后期出現(xiàn)靈敏度不準(zhǔn)時(shí)，可以通過標(biāo)定端軟件來進(jìn)行標(biāo)定和修正軟件，如圖4所示。

三、結(jié)語

借助交互式投影系統(tǒng)，教師不必局限于在電腦前，可以再次享受黑板教學(xué)。雖然交互式投影系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)完成并投入生成使用，但是還是存在一些問題，系統(tǒng)的穩(wěn)定性還有待提高，需要進(jìn)一步完善。交互式投影系統(tǒng)一旦被大面積投入使用，會(huì)解決很多教育上的問題，帶來更多商業(yè)的價(jià)值。

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編輯 張 慧