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1、第3章 交互设备山东大学计算机学院主要内容 n输入设备：q文本输入设备q图像输入设备q三维图形输入设备q指点输入设备等 n输出设备：q显示器 q声音的输出 q数字纸 等n虚拟现实系统中的交互设备 本章课程目标n了解文本输入设备，图像输入设备，指点输入设备，掌握三维图形输入设备n了解显示器，声音的输出，数字纸 等输出设备n掌握虚拟现实交互设备3.1 文本输入设备 n文本输入是人与计算机交互的一个重要组成部分，同时也是一项繁重的工作。q键盘输入是最常见、最主要的文本输入方式。q手写等一些更自然的交互方式也可为文本输入提供辅助手段。（1）键盘 n键盘是文本输入的最重要手段，而键盘布局对于文本输入的速
2、度和准确性至关重要。n为了提高键盘在某些场合下的使用舒适度，许多键盘在设计的过程中还加入了更多人性化的考虑。 键盘分类（按工作原理）n编码键盘q控制电路的功能完全依靠硬件自动完成，能自动将所按下的按键的编码信息送入计算机。这种键盘响应速度快，但硬件结构复杂。n非编码键盘q控制电路功能要依靠硬件和软件共同完成。这种键盘响应速度虽然不如编码键盘快，但可通过软件为键盘的某些按键重新定义，为扩充键盘功能提供了极大的方便，因而得到了广泛的使用。键盘的布局 nQWERTY键盘布局n19世纪70年代，Sholes发明了QWERTY键盘布局，其名称来源于该布局方式最上行前6个英文字母，最常用的几个字母安置在相
3、反方向，最大限度放慢敲键速度以避免卡键。 这种布局方式依然是今天最为常见的排列方式，成为一种事实上的标准。 键盘的布局 nDVORAK键盘布局n20世纪20年代的DvORAK键盘布局，据推测使用DVORAK，打字者的手指平均每日运动1英里，而QWERTY则是12到20英里。n DVORAK可以大大减少手指移动距离，从而大大提高输入速度，但由于受到传统QWERTY布局的影响，没有成为主流的键盘布局。 双手左手右手人性化设计的键盘 人机工程学键盘q是在标准键盘基础上将指法规定的左手键区和右手键区这两大板块左右分开，并形成一定角度，这样可使操作者不必有意识的夹紧双臂，从而保持一种比较自然的形态，这种
4、设计的键盘被微软公司命名为自然键盘（Natural Keyboard）。 固定于椅子上的键盘 人体工程学键盘固定于桌面上的键盘 人性化设计的键盘 多功能集成键盘q这类键盘集成了鼠标、无线等功能，在键盘布局以及外观设计方面，针对游戏、上网浏览等常用娱乐功能做了改进。q键盘正上方设计的快捷键，包括 “IE主页”、“打开文件夹”、“查找文件”和“进入信箱”等12个，许多操作可以一键完成。键盘的无线接收器采用USB接口，安装使用也非常方便。 *触控屏键盘*nLCD触控板可变成为原始数字键盘、多媒体快捷控制键盘和自定义键盘三种模式。（2）手写设备 n手写笔板+手写笔:q是手写系统中一个很重要的部分。手写
5、笔 q有线笔n手写笔尾部均有一根电缆与手写板相连，从手写板上输入电源 。q无线笔n借助于一些特殊技术而不需要任何电源。携带和使用起来非常方便，同时也较少出现故障。q手写笔一般还带有两个或三个按键，其功能相当于鼠标按键，这样在操作时不需要在手写笔和鼠标之间来回切换。 手写板q电阻式压力手写板：几乎已经被淘汰q电磁式感应手写板：目前市场主流产品q电容式触控手写板：市场的新生力量，具有耐磨损、使用简便、敏感度高等优点，是今后手写板的发展趋势。电容式触控手写板工作原理n利用人体的电流感应进行工作。q电容式触控屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层ITO(镀膜导电玻璃)，最外层是一薄层矽
6、土玻璃保护层，ITO涂层作为工作面，四个角上引出四个电极，内层ITO为屏蔽层以保证良好的工作环境。q当手指触摸在金属层上时，人体电场、用户和触控屏表面形成一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触控屏四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置信息。.net 类库void textbox1_StylusDown(object sender, StylusDownEventArgs e) /在用户将手写笔的笔尖与手写板接触时发生 Stylus.Capture(
7、textbox1); /捕获绑定到textbox1的手写笔，开始信息获取void textbox1_StylusMove(object sender, StylusEventArgs e) /在手写笔与手写板接触并移动时发生Point pos = e.GetPosition(textbox1); / 获取笔的位置/*如果需要获取笔的压力等更多的信息，可以调用StylusEventArgs 的GetStylusPoints(IInputElement) 方法，获得StylusPoint结构*/ textbox1.AppendText(X: + pos.X + Y: + pos.Y + n);vo
8、id textbox1_StylusUp(object sender, StylusEventArgs e) Stylus.Capture(textbox1, CaptureMode.None); / 取消信息获取手写板通用评测指标n压感级数：q手写板可以感应到笔在手写板上的力度的级别，最高为512级。 n精度：q精度又称分辨率，指的是单位长度上所分布的感应点数，精度越高对手写的反映越灵敏，对手写板的要求也越高n书写面积：q是手写板一个很直观的指标，手写板区域越大，书写的回旋余地就越大，运笔也就更加灵活方便，输入速度往往会更快，当然其价格也相应更高。书写面板的尺寸大体有以下几种：76mm51m
9、m、76mm114mm、10mm13mm和11mm15mm手写汉字识别软件q除了硬件外，手写笔和手写板的另一项核心技术是手写汉字识别软件，目前各类手写笔的识别技术都已相当成熟，识别率和识别速度也能够满足实际应用的要求。 n汉王科技股份有限公司董事长 刘迎建 1985年研发出第一个联机手写汉字识别装置。n中科院在1988年提出利用笔段为基元的 联机手写汉字识别技术。n逍遥笔3.2 图像输入设备 n图像输入是人与计算机交互的另外一个重要组成部分。q二维扫描仪可以快速地实现图像输入，且经过对图像的分析与识别，可以得到文字、图形等内容；q摄像头是捕捉动态场景最常用的工具。 （1）二维扫描仪 q二维扫描
10、仪对图像画面进行扫描时，光源将光线照射到待扫描的图像原稿上，产生反射光或透射光，然后经反光镜组反射到电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）中。CCD图像传感器根据反射光线强弱的不同转换成不同大小的电流，经模拟数字转换处理，将电信号转换成数字信号，即产生一行图像数据。q同时，在控制电路的控制下，步进电机旋转带动驱动皮带，从而驱动光学系统和CCD扫描装置在传动导轨上与待扫原稿做相对平行移动，将待扫图像原稿逐条线扫入，最终完成全部原稿图像的扫描。对于彩色图像扫描，通常使用RGB三色滤镜，分别生成对应于红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色的三幅单色图像，然后将这三幅图像合成。
11、二维扫描仪的性能指标（一）n分辨率:q扫描仪的分辨率决定了最高扫描精度 ;在扫描图像时，扫描分辨率设得越高，生成的图像的效果就越精细，生成的图像文件也越大。q扫描仪的分辨率等于其光学部件的分辨率加上其自身通过硬件及软件进行处理分析所得到的分辨率。nDPI是指用扫描仪输入图像时，在每英寸上得到的像素点个数。n分辨率为1200DPI的扫描仪，往往其光学部分的分辨率只占400600DPI。扩充部分的分辨率由硬件和软件联合生成，这个过程是通过计算机对图像进行分析，对空白部分进行插值处理所产生的。n扫描速度:q扫描速度决定了扫描仪的工作效率q一般而言，以300DPI的分辨率扫描一幅A4幅面的黑白二值图像
12、，时间少于10秒钟，相同情况下，扫描灰度图，约需10秒左右，而如果使用三次扫描成像的彩色扫描仪，则要23分钟。二维扫描仪的性能指标（二）二维扫描仪的分类n目前大部分的扫描仪都属于平板式扫描仪q主要由上盖、原稿台、光学成像部分、光电转换部分、机械传动部分组成。 n手持式扫描仪和滚筒式扫描仪n手持式扫描仪与平板扫描仪都是 把需要扫描的材料静止放置，通 过扫描光源的移动来完成扫描。n滚筒式扫描仪在扫描的过程中保持扫描光源静止不动，通过卷动扫描材料完成扫描。机盖导轨滑杆稿台齿轮链条步进电机平板式扫描仪结构（2）数码摄像头n数码摄像头的用途q数码摄像头可以直接捕捉影像，然后通过计算机的串口、并口或者US
13、B接口传送到计算机里。q数码摄像头没有存储装置和其他附加控制装置，只有一个感光部件、简单的镜头和不太复杂的数据传输线路，造价低廉。 数码摄像头性能指标（一）q感光元器件n摄像头使用的镜头主要包括CCD和CMOS（附加金属氧化物半导体组件）两种。n在相同像素下，CCD的成像通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确，应用在摄像、图像扫描等对于图像质量要求较高的应用中。nCMOS的制造成本和功耗低，应用在一些低端视频应用中。q像素数n像素数是影响图像质量的重要指标，也是判断摄像头性能优劣的重要条件。早期产品以10万像素的居多，目前则以500万像素为主。q解析度n分为照像解析度和视频解析度
14、 ：有12801024、1280960、640480、352288、320240、176144、160120 等规格n一般产品的最高解析度可以达到12801024q视频速度n视频速度和视频解析度是直接相关的，基本成反比关系n如640480 解析度可达12.5帧秒（Frames Per Second，FPS）， 352288 的解析度可得到30 FPS，真正获取流畅的视频 q镜头n镜头性能的重要条件是它的调焦范围以及灵敏性等因素 ，好的摄像头，应该有较为宽广的调焦范围和较高的灵敏性数码摄像头性能指标（二）3.3 三维图形输入设备n在许多领域，如机器视觉、面形检测、实物仿形、自动加工、产品质量控制
15、、生物医学等，物体的三维信息必不可少的。q三维扫描仪是实现三维信息数字化的一种极为有效的工具。q动作捕捉设备则用于捕捉用户的肢体甚至是表情动作，生成运动模型。在影视、动漫制作中已被大量应用。（1）三维扫描仪n根据传感方式的不同，三维扫描仪主要分为接触式和非接触式两种。q接触式的三维扫描仪采用探测头直接接触物体表面，通过探测头反馈回来的光电信号转换为物体表面形状的数字信息。该类设备主要以三维坐标测量机为代表。n其优点是具有较高的准确性和可靠性，但也存在测量速度慢、费用较高、探头易磨损以及误差修正等缺点。q非接触式的三维扫描仪，主要有三维激光扫描仪，照相式三维扫描仪等，分别是基于激光扫描测量和结构
16、光扫描测量等技术设计的。n这类设备的优点是扫描速度快，易于操作，且由于不需接触被测量的物体，所以对物体表面损伤少等。三维激光扫描仪 照相式三维扫描仪通过三维扫描仪的建模和绘制过程Polygonal meshesPoint setsLaser Scanner三维扫描仪工作原理n三维激光扫描仪通过高速激光扫描测量技术，获取被测对象表面的空间坐标数据。q时间差测量法n通过测量激光在仪器和目标物体表面的往返时间，计算仪器和点间的距离，进而可以计算扫描点的三维坐标值。三维扫描仪工作原理q三角测量法n三角测量法通过光源孔发射出一束水平的激光束来扫描物体。该激光线经过旋转平面镜的作用，改变角度，使得激光线发射到物体表面。物体表面反射激光束，每一条激光线都通过CCD传感器采集成一帧数据。根据物体表面不同的形状，每条激光线反射回来的信息中所包含表面形状和颜色数据不同。三角测量法多幅深度图像合并（2）动作捕捉设备n动作捕捉系统在运动物体的关键部位设置跟踪点，由系统捕捉跟踪点在三维空间中运动的轨迹，再经过计算机处理后，提供给用户物体的运动数据。在动画制作中，动画师可以将数据与动画角色合成，生成动画，然后很方
