CN112463012A - 纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及教学用具技术领域，公开了一种纸屏同步中手写笔迹一致显示的方法，首先初始化，将物理纸张置于手写板之上，连接手写板与显示设备，在虚拟纸张上布置矩形框作为显示参考信息，设置虚拟纸张与物理纸张的比例系数和当前窗口所显示的区域位置；然后，接收手写设备实时采集的笔尖位置信息，将笔尖位置信息与参考矩形位置数据进行比较，依据比较结果不断调整显示区域，跟踪笔尖位置并将当前笔尖所处的相关区域置于显示中心。本发明纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法，实时感知书写过程中笔尖在物理纸张上所处的位置，并将所书写的手写笔迹一致显示在屏幕上，具有笔尖位置实时跟踪、所显示的笔迹不产生形变、随意调整所显示的笔迹大小的优点。

Description

纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法

技术领域

本发明涉及教学用具技术领域，具体涉及纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法。

背景技术

随着电子信息技术的飞速发展，纸屏同步成为可能。所谓纸屏同步是指用户拿着普通的笔在普通纸张上书写的同时，电子手写设备实时感知用户的手写过程和结果，并同步显示和保存手写笔迹数据。与传统的电子手写设备相比，纸屏同步的优点在于完全符合手眼协调一致的书写习惯，也就是在整个书写过程中，用户视觉反馈是由手中的笔留在纸上的痕迹带来的，而不是像传统手写设备那样，手眼在书写过程中是分离的，视觉反馈是由屏幕产生的。

但是，在纸屏同步中，由于手写设备的书写区域与显示设备在大小规格上的不一致，导致屏幕上显示的笔迹易产生字体变形、不能实时跟踪并显示笔尖附近的书写区域、不能随意调整笔迹大小等问题。这些问题会极大影响用户在书写过程中的感受，阻碍纸屏同步技术的广泛应用。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法，实时感知书写过程中笔尖在物理纸张上所处的位置，并将所书写的手写笔迹一致显示在屏幕上，具有笔尖位置实时跟踪、所显示的笔迹不产生形变、能随意调整所显示的笔迹大小的优点。

为实现上述目的，本发明所设计的纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法，包括如下步骤：

A)初始化：

首先，将物理纸张置于手写板之上，使得物理纸张的四个角与手写板数据采集区域四个角在整个书写过程中保持固定且重合；

然后，连接手写板与显示设备，显示设备获取手写板的设备尺寸规格信息，依据设备尺寸规格信息，显示设备创建虚拟纸张，虚拟纸张的长度和宽度大小均保持与书写纸尺寸相同的比例；

接下来，在虚拟纸张上整齐的布置矩形框作为显示参考信息，记录每个矩形框的中心点在虚拟纸张中的位置信息；矩形的长度和高度值设置依据相关应用中所书写汉字的典型尺寸而定；例如在学龄儿童练字应用中，典型的汉字尺寸不超过1.5cm×1.5cm，那么将矩形框的长度和宽度均设置为1.5cm；

最后，设置虚拟纸张与物理纸张的比例系数R，根据比例系数R 设置虚拟纸张的属性参数，设置显示窗口当前所显示的虚拟纸张矩形区域以及显示窗口的中心点和显示窗口的主显示矩形区域；比例系数R的取值范围为R2≤R≤R1，R1为显示区域的长度和高度与虚拟纸张上布置的矩形框长度和高度的比值的较小者，表示显示区域至少能显示一个笔迹，R2的取值与显示区域至多能同时显示的笔迹个数N_R相关，N_R＝(R1/R2)²；

B)手写笔迹同步显示：

当用户在物理纸张上书写的同时，手写板对笔尖运动的轨迹实时采样，并将采样的笔尖位置信息实时传送给显示设备，显示设备首先进行坐标转换，将手写板传过来的物理纸张位置坐标转换成虚拟纸张位置坐标；

然后，显示设备判断该时刻的虚拟纸张位置坐标是否在显示窗体的主显示区域内，如果在主显示区域内，则在显示窗体绘制出当前时刻笔迹的运动轨迹，否则，依据当前采样点的虚拟纸张位置坐标，在所有规则排列的矩形框中，找出中心点离当前虚拟纸张位置坐标距离最近的矩形框，移动显示窗口，使得显示窗口的中心点位置移动到所述距离最近矩形框中心点位置，再在显示窗口绘制出当前时刻笔迹的运动轨迹，结束对当前采样点虚拟纸张位置坐标的绘制后，读取下一采样时刻的笔尖位置信息，重复上述操作，直到书写过程结束；

所述显示窗口是指在显示设备上为同步的显示手写笔迹而开辟的一块显示区域；

所述主显示区域是一块中心点与显示窗口中心点重合的矩形显示区域，该矩形显示区域的面积小于显示窗口的面积，设置主显示区域的目的是为了始终避免将笔尖置于显示窗口的边缘；

所述一致显示是指显示设备实时跟踪书写过程中笔尖在物理纸张上所处的位置，并将笔尖在物理纸张上当前所处的一块区域置于显示窗口的中心区域，所显示的笔迹大小能自适应显示区域大小，所绘制在虚拟纸张上的手写笔迹的位置和长宽比例与物理纸张上手写笔迹的位置和长宽比例相一致。

优选地，所述步骤A)，包括如下步骤：

A1)开始：纸屏同步中手写笔迹一致显示方法的初始化步骤开始；

A2)将物理纸张置于手写板之上，使得物理纸张的四个角与手写板数据采集区域四个角在整个书写过程中保持固定且重合，所述物理纸张包括没有格子的白纸，只有水平或垂直方向的参考线的信纸，还包括用于写字练习的田字格或米字格练字纸；

A3)连接手写板与显示设备，显示设备获取手写板的设备尺寸规格信息，依据设备尺寸规格信息，显示设备创建虚拟纸张，为了在显示设备上使得显示出来的笔迹不产生形变，虚拟纸张的长度和宽度大小均保持与书写纸尺寸一致的比例；

所述显示设备是指具有显示功能的设备，包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑；

所述虚拟纸张是指在计算机中虚拟生成的，可以用软件画图工具在虚拟纸张上绘制图案，并可以在显示设备上呈现所绘制内容的虚拟资源；在本发明中，虚拟纸张的属性包括宽度和高度。

设物理纸张的宽度和高度分别为L1和H1，设虚拟纸张的宽度和高度分别为L2和H2，若H1＝H2×r1，L1＝L2×r2，且r1＝r2，则称物理纸张和虚拟纸张的长宽比例是一致的；其中r1，r2为缩放比例系数， 0＜r1，r2＜+∞；

所述物理纸张的长度和宽度与手写板书写区域的尺寸相关；

A4)在虚拟纸张上整齐的布置矩形框作为显示参考信息，记录每个矩形框的中心点在虚拟纸张中的位置信息；

所述在虚拟纸张上整齐的布置矩形框是指在虚拟纸张上按从上到下，从左到右的顺序布置矩形框，任意两个被布置的矩形框重合部分的面积小于等于零，每行和每列矩形框之间设置一定的距离，在虚拟纸张的上、下、左、右部留出一定的空白区域，所述矩形框之间留出的距离大小、上、下、左、右部空白区域的大小、矩形框长度和宽度的大小根据具体应用的要求而定；例如在预知书写汉字较小的应用中，矩形框可设置得较小些；特别地，在物理纸张上已预先印刷有田字格、米字格的应用场景中，虚拟纸张上布置的矩形框大小、排列位置、边缘及矩形框行、列间留白等与物理纸张上印刷的田字格或米字格框大小、排列位置、边缘及矩形框行、列间留白保持一致；在物理纸张上已预先印刷有水平或垂直方向参考线的应用场景中，虚拟纸张上布置的矩形框高(宽)度不超过两条水平 (垂直)参考线的距离，并使矩形框的底(左)边与水平(垂直) 参考线重合，在虚拟纸张的上、下、左、右部留出的空白区域大小与物理纸张上印刷的对应留白区域大小保持一致；

所述虚拟纸张的属性参数包括虚拟纸张的宽度L2，L2＝L1×R；高度H2，H2＝H1×R；其中L1和H1分别表示物理纸张的宽度和高度；整齐布置的第i个矩形框的中心点位置信息

其中，

表示R＝1时，第i个矩形框的中心点在虚拟纸张中所处的位置；比例系数R的取值应能保证在相关的应用场景中至少一个汉字笔迹能被完整显示在显示窗口中；

经过此步骤后，得到(L1,H1,L2,H2,R,E₁,E₂,...,E_i,...,E_n)其中L1和H1表示物理纸张的宽度和高度，L2和H2表示虚拟纸张的宽度和高度，R 表示比例系数，L2＝L1×R，H2＝H1×R，

表示第i个矩形框的中心点位置信息，1≤i≤n，n表示虚拟纸张上布置的矩形框个数，

其中

表示R＝1时，第i个矩形框的中心点在虚拟纸张中所处的位置；

A5)设置虚拟纸张与物理纸张的比例系数R，根据比例系数R设置虚拟纸张的属性参数；设置显示窗口当前所显示的虚拟纸张矩形区域以及显示窗口的中心点和显示窗口的主显示矩形区域；

比例系数R的取值范围为R2≤R≤R1，R1为显示区域的长度和高度与虚拟纸张上布置的矩形框长度和高度的比值的较小者，表示显示区域至少能显示一个笔迹，R2的取值与显示区域至多能同时显示的笔迹个数N_R相关，N_R＝(R1/R2)²；

所述设置显示窗口当前所显示的虚拟纸张矩形区域以及显示窗口的中心点和显示窗口的主显示矩形区域是指，在初始状态下，任选一个矩形框，将显示窗口的中心点置于该矩形框的中心点上，

表示第k个矩形框等比例缩放后的中心点， 1≤k≤n；显示窗口的四个顶点由下式求得：

显示窗口的主显示矩形区域四个顶点由下式求得：

其中n表示虚拟纸张上布置的矩形框个数，Width和Height分别表示显示窗口的宽度和高度；0＜w＜1为比例系数，用于调节主显示区域大小占比显示窗口的比例；

A6)结束：经过初始化步骤，为在显示设备上一致显示同步书写在物理纸张上的手写笔迹做好准备。

优选地，所述步骤B)，包括如下步骤：

B1)开始：纸屏同步中手写笔迹一致显示方法一致显示步骤的开始；

B2)显示设备接收来自书写过程中手写板采集的一个时序位置数据，手写板采集在书写过程中笔尖在物理纸张区域上所处于的时序位置数据s_i＝(x_i,y_i)；

B3)显示设备同步一致显示该时刻时序位置数据：以当前时刻笔尖在物理纸张区域上所处于的时序位置数据s_i＝(x_i,y_i)，当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}作为参数，调用同步一致显示子方法，得到该时刻笔尖在虚拟纸张上的时序位置数据为 A_i＝(u_i,v_i)；更新后的当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，更新后的当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，更新后的当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}；

B4)判断手写过程是否结束：判断手写板传送到显示设备的笔尖实时位置数据是否结束，若已结束，则跳转至步骤B5)，同步显示过程结束；否则，跳转至步骤B2)，继续对下一个笔尖位置数据进行同步显示；

B5)结束：纸屏同步中手写笔迹一致显示方法一致显示步骤的结束。

优选地，所述步骤B3)，包括如下步骤：

B31)开始：假设该时刻显示设备接收到的笔尖时序位置数据为 s_i＝(x_i,y_i)，当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标 {(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}；

B32)将手写板传来的该采样时刻笔尖所处的手写板位置坐标转化为显示设备中虚拟纸张的位置坐标：u_i＝x_i×R，v_i＝y_i×R，得到笔尖在虚拟纸张坐标A_i＝(u_i,v_i)，其中R是在***初始化阶段设置的虚拟纸张与物理纸张的比例系数；

B33)判断虚拟坐标是否处于显示窗口的主显示区域内：判断 A_i＝(u_i,v_i)是否在{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}定义的矩形区域内；若是，则跳转至步骤B36)；否则，跳转至步骤B34)；

B34)依据虚拟坐标A_i＝(u_i,v_i)，在所有规则排列的矩形框中，找出虚拟坐标A_i＝(u_i,v_i)与矩形框中心点距离最近的矩形框：在所有

中，计算A_i＝(u_i,v_i)与所有矩形框中心点

的距离，1≤i≤n，设

表示与A_i＝(u_i,v_i)距离最近的中心点，1≤k≤n；

B35)移动显示窗口，使得显示窗口的中心点位置与所述距离最近矩形框中心点位置对齐：将显示窗口的中心点移动到第k个矩形框的中心点位置

并更新当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}；

具体地，将以第k个矩形框的中心点作为显示窗口的中心点，

表示第k个矩形框等比例缩放后的中心点；显示窗口的四个顶点由下式更新：

显示窗口的主显示矩形区域四个顶点由下式更新：

其中Width和Height分别表示显示窗口的宽度和高度；0＜w＜1为比例系数，用于调节主显示区域大小占比显示窗口的比例；

B36)在显示窗口的主显示区域将该时刻笔尖所处的虚拟纸张位置显示出来：调用绘图方法，将从上一个采样时刻到当前采样时刻，笔尖在虚拟纸张上的运动轨迹绘制并显示出来；

B37)结束：表示显示设备同步一致显示该采样时刻笔尖时序位置数据步骤的结束；返回该时刻笔尖在虚拟纸张上的时序位置数据为A_i＝(u_i,v_i)；当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标 {(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}。

优选地，所述步骤A2)中，将手写板书写区域设计成深度可以容纳若干物理纸张厚度的凹槽，将物理纸张放入凹槽并用夹子固定，所述凹槽的深度方便卡住物理纸张使物理纸张的四个角与书写区域四个角重合且不影响正常书写。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：实时感知书写过程中笔尖在物理纸张上所处的位置，并将所书写的手写笔迹一致显示在屏幕上，具有笔尖位置实时跟踪、所显示的笔迹不产生形变、随意调整所显示的笔迹大小的优点，对纸屏同步技术的广泛应用具有重要意义，且为后继由计算机自动计算出书写中存在的问题从而帮助学龄儿童提高练字效率打下基础。

附图说明

图1为本发明纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法的流程图；

图2为图1中步骤A)初始化的具体流程图；

图3为图1中步骤B)手写笔迹同步显示的具体流程图；

图4为图3中步骤B3)每一个采样数据同步显示流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法，如图1所示，包括如下步骤：

A)初始化：

首先，将物理纸张置于手写板之上，使得物理纸张的四个角与手写板数据采集区域四个角在整个书写过程中保持固定且重合；

然后，连接手写板与显示设备，显示设备获取手写板的设备尺寸规格信息，依据设备尺寸规格信息，显示设备创建虚拟纸张，虚拟纸张的长度和宽度大小均保持与书写纸尺寸相同的比例；

接下来，在虚拟纸张上整齐的布置矩形框作为显示参考信息，记录每个矩形框的中心点在虚拟纸张中的位置信息；矩形的长度和高度值设置依据相关应用中所书写汉字的典型尺寸而定；例如在学龄儿童练字应用中，典型的汉字尺寸不超过1.5cm×1.5cm，那么将矩形框的长度和宽度均设置为1.5cm；

最后，设置虚拟纸张与物理纸张的比例系数R，根据比例系数R 设置虚拟纸张的属性参数，设置显示窗口当前所显示的虚拟纸张矩形区域以及显示窗口的中心点和显示窗口的主显示矩形区域；

比例系数R的取值范围为R2≤R≤R1，R1为显示区域的长度和高度与虚拟纸张上布置的矩形框长度和高度的比值的较小者，表示显示区域至少能显示一个笔迹，R2的取值与显示区域至多能同时显示的笔迹个数N_R相关，N_R＝(R1/R2)²；

B)手写笔迹同步显示：

当用户在物理纸张上书写的同时，手写板对笔尖运动的轨迹实时采样，并将采样的笔尖位置信息实时传送给显示设备，显示设备首先进行坐标转换，将手写板传过来的物理纸张位置坐标转换成虚拟纸张位置坐标；

然后，显示设备判断该时刻的虚拟纸张位置坐标是否在显示窗体的主显示区域内，如果在主显示区域内，则在显示窗体绘制出当前时刻笔迹的运动轨迹，否则，依据当前采样点的虚拟纸张位置坐标，在所有规则排列的矩形框中，找出中心点离当前虚拟纸张位置坐标距离最近的矩形框，移动显示窗口，使得显示窗口的中心点位置移动到距离最近矩形框中心点位置，再在显示窗口绘制出当前时刻笔迹的运动轨迹，结束对当前采样点虚拟纸张位置坐标的绘制后，读取下一采样时刻的笔尖位置信息，重复上述操作，直到书写过程结束；

显示窗口是指在显示设备上为同步的显示手写笔迹而开辟的一块显示区域；

主显示区域是一块中心点与显示窗口中心点重合的矩形显示区域，该矩形显示区域的面积小于显示窗口的面积，设置主显示区域的目的是为了始终不将笔尖置于显示窗口的边缘；

一致显示是指显示设备实时跟踪书写过程中笔尖在物理纸张上所处的位置，并将笔尖在物理纸张上当前所处的一块区域置于显示窗口的中心区域，所显示的笔迹大小能自适应显示区域的大小，所绘制在虚拟纸张上的手写笔迹的位置和长宽比例与物理纸张上手写笔迹的位置和长宽比例相一致。

其中如图2所示，步骤A)初始化，包括如下步骤：

A1)开始：纸屏同步中手写笔迹一致显示方法的初始化步骤开始；

A2)将物理纸张置于手写板之上，使得物理纸张的四个角与手写板数据采集区域四个角在整个书写过程中保持固定且重合，物理纸张包括没有格子的白纸，只有水平或垂直方向的参考线的信纸，还包括用于写字练习的田字格或米字格练字纸；

A3)连接手写板与显示设备，显示设备获取手写板的设备尺寸规格信息，依据设备尺寸规格信息，显示设备创建虚拟纸张，为了在显示设备上使得显示出来的笔迹不产生形变，虚拟纸张的长度和宽度大小均保持与书写纸尺寸一致的比例；

显示设备是指具有显示功能的设备，包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑；

虚拟纸张是指在计算机中虚拟生成的，可以用软件画图工具在虚拟纸张上绘制图案，并可以在显示设备上呈现所绘制内容的虚拟资源；在本发明中，虚拟纸张的属性包括宽度和高度。

设物理纸张的宽度和高度分别为L1和H1，设虚拟纸张的宽度和高度分别为L2和H2，若H1＝H2×r1，L1＝L2×r2，且r1＝r2，则称物理纸张和虚拟纸张的长宽比例是一致的；其中r1，r2为缩放比例系数， 0＜r1，r2＜+∞；

物理纸张的长度和宽度与手写板书写区域的尺寸相关；

A4)在虚拟纸张上整齐的布置矩形框作为显示参考信息，记录每个矩形框的中心点在虚拟纸张中的位置信息；

在虚拟纸张上整齐的布置矩形框是指在虚拟纸张上按从上到下，从左到右的顺序布置矩形框，任意两个被布置的矩形框重合部分的面积小于等于零，每行和每列矩形框之间设置一定的距离，在虚拟纸张的上、下、左、右部留出一定的空白区域，矩形框之间留出的距离大小、上、下、左、右部空白区域的大小、矩形框长度和宽度的大小根据具体应用的要求而定；例如在预知书写汉字较小的应用中，矩形框可设置得较小些；特别地，在物理纸张上已预先印刷有田字格、米字格的应用场景中，虚拟纸张上布置的矩形框大小、排列位置、边缘及矩形框行、列间留白等与物理纸张上印刷的田字格或米字格框大小、排列位置、边缘及矩形框行、列间留白保持一致；在物理纸张上已预先印刷有水平或垂直方向参考线的应用场景中，虚拟纸张上布置的矩形框高(宽)度不超过两条水平(垂直)参考线的距离，并使矩形框的底(左)边与水平(垂直)参考线重合，在虚拟纸张的上、下、左、右部留出的空白区域大小与物理纸张上印刷的对应留白区域大小保持一致；

所述虚拟纸张的属性参数包括虚拟纸张的宽度L2，L2＝L1×R；高度H2，H2＝H1×R；其中L1和H1分别表示物理纸张的宽度和高度；整齐布置的第i个矩形框的中心点位置信息

其中，

表示R＝1时，第i个矩形框的中心点在虚拟纸张中所处的位置；比例系数R的取值应能保证在相关的应用场景中至少一个汉字笔迹能被完整显示在显示窗口中；

经过此步骤后，得到(L1,H1,L2,H2,R,E₁,E₂,...,E_i,...,E_n)其中L1和H1表示物理纸张的宽度和高度，L2和H2表示虚拟纸张的宽度和高度，R表示比例系数，L2＝L1×R，H2＝H1×R，

表示第i个矩形框的中心点位置信息，1≤i≤n，n表示虚拟纸张上布置的矩形框个数，

其中

表示R＝1时，第i个矩形框的中心点在虚拟纸张中所处的位置；

A5)设置虚拟纸张与物理纸张的比例系数R，根据比例系数R设置虚拟纸张的属性参数；设置显示窗口当前所显示的虚拟纸张矩形区域以及显示窗口的中心点和显示窗口的主显示矩形区域；

比例系数R的取值范围为R2≤R≤R1，R1为显示区域的长度和高度与虚拟纸张上布置的矩形框长度和高度的比值的较小者，表示显示区域至少能显示一个笔迹，R2的取值与显示区域至多能同时显示的笔迹个数N_R相关，N_R＝(R1/R2)²；

所述设置显示窗口当前所显示的虚拟纸张矩形区域以及显示窗口的中心点和显示窗口的主显示矩形区域是指，在初始状态下，任选一个矩形框，将显示窗口的中心点置于该矩形框的中心点上，

表示第k个矩形框等比例缩放后的中心点， 1≤k≤n；显示窗口的四个顶点由下式求得：

显示窗口的主显示矩形区域四个顶点由下式求得：

其中n表示虚拟纸张上布置的矩形框个数，Width和Height分别表示显示窗口的宽度和高度；0＜w＜1为比例系数，用于调节主显示区域大小占比显示窗口的比例；

A6)结束：经过初始化步骤，为在显示设备上一致显示同步书写在物理纸张上的手写笔迹做好准备。

如图3所示，步骤B)手写笔迹同步显示，包括如下步骤：

B1)开始：纸屏同步中手写笔迹一致显示方法一致显示步骤的开始；

B2)显示设备接收来自书写过程中手写板采集的一个时序位置数据，手写板采集在书写过程中笔尖在物理纸张区域上所处于的时序位置数据s_i＝(x_i,y_i)；

B3)显示设备同步一致显示该时刻时序位置数据：以当前时刻笔尖在物理纸张区域上所处于的时序位置数据s_i＝(x_i,y_i)，当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}作为参数，调用同步一致显示子方法，得到该时刻笔尖在虚拟纸张上的时序位置数据为 A_i＝(u_i,v_i)；更新后的当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，更新后的当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，更新后的当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}；

B4)判断手写过程是否结束：判断手写板传送到显示设备的笔尖实时位置数据是否结束，若已结束，则跳转至步骤B5)，同步显示过程结束；否则，跳转至步骤B2)，继续对下一个笔尖位置数据进行同步显示；

B5)结束：纸屏同步中手写笔迹一致显示方法一致显示步骤的结束。

其中，步骤B3)中显示设备同步一致显示该时刻时序位置数据，包括如下步骤：

B31)开始：假设该时刻显示设备接收到的笔尖时序位置数据为 s_i＝(x_i,y_i)，当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标 {(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}；

B32)将手写板传来的该采样时刻笔尖所处的手写板位置坐标转化为显示设备中虚拟纸张的位置坐标：u_i＝x_i×R，v_i＝y_i×R，得到笔尖在虚拟纸张坐标A_i＝(u_i,v_i)，其中R是在***初始化阶段设置的虚拟纸张与物理纸张的比例系数；

B33)判断虚拟坐标是否处于显示窗口的主显示区域内：判断 A_i＝(u_i,v_i)是否在{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}定义的矩形区域内；若是，则跳转至步骤B36)；否则，跳转至步骤B34)；

B34)依据虚拟坐标A_i＝(u_i,v_i)，在所有规则排列的矩形框中，找出虚拟坐标A_i＝(u_i,v_i)与矩形框中心点距离最近的矩形框：在所有

中，计算A_i＝(u_i,v_i)与所有矩形框中心点

的距离，1≤i≤n，设

表示与A_i＝(u_i,v_i)距离最近的中心点，1≤k≤n；

B35)移动显示窗口，使得显示窗口的中心点位置与距离最近矩形框中心点位置对齐：将显示窗口的中心点移动到第k个矩形框的中心点位置

并更新当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}；

具体地，将以第k个矩形框的中心点作为显示窗口的中心点，

表示第k个矩形框等比例缩放后的中心点；显示窗口的四个顶点由下式更新：

显示窗口的主显示矩形区域四个顶点由下式更新：

其中Width和Height分别表示显示窗口的宽度和高度；0＜w＜1为比例系数，用于调节主显示区域大小占比显示窗口的比例；

B36)在显示窗口的主显示区域将该时刻笔尖所处的虚拟纸张位置显示出来：调用绘图方法，将从上一个采样时刻到当前采样时刻，笔尖在虚拟纸张上的运动轨迹绘制并显示出来；

B37)结束：表示显示设备同步一致显示该采样时刻笔尖时序位置数据步骤的结束；返回该时刻笔尖在虚拟纸张上的时序位置数据为A_i＝(u_i,v_i)；当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标 {(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}。

另外，在初始化的步骤A2)中，将手写板书写区域设计成深度可以容纳若干物理纸张厚度的凹槽，将物理纸张放入凹槽并用夹子固定，凹槽的深度方便卡住物理纸张使物理纸张的四个角与书写区域四个角重合且不影响正常书写。

本发明纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法，实时感知书写过程中笔尖在物理纸张上所处的位置，并将所书写的手写笔迹一致显示在屏幕上，具有笔尖位置实时跟踪、所显示的笔迹不产生形变、随意调整所显示的笔迹大小的优点，对纸屏同步技术的广泛应用具有重要意义，且为后继由计算机自动计算出书写中存在的问题从而帮助学龄儿童提高练字效率打下基础。

Claims (5)

1.一种纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法，其特征在于：包括如下步骤：

A)初始化：

首先，将物理纸张置于手写板之上，使得物理纸张的四个角与手写板数据采集区域四个角在整个书写过程中保持固定且重合；

然后，连接手写板与显示设备，显示设备获取手写板的设备尺寸规格信息，依据设备尺寸规格信息，显示设备创建虚拟纸张，虚拟纸张的长度和宽度大小均保持与书写纸尺寸相同的比例；

接下来，在虚拟纸张上整齐的布置矩形框作为显示参考信息，记录每个矩形框的中心点在虚拟纸张中的位置信息；

最后，设置虚拟纸张与物理纸张的比例系数R，根据比例系数R设置虚拟纸张的属性参数，设置显示窗口当前所显示的虚拟纸张矩形区域以及显示窗口的中心点和显示窗口的主显示矩形区域；

B)手写笔迹同步显示：

当用户在物理纸张上书写的同时，手写板对笔尖运动的轨迹实时采样，并将采样的笔尖位置信息实时传送给显示设备，显示设备首先进行坐标转换，将手写板传过来的物理纸张位置坐标转换成虚拟纸张位置坐标；

然后，显示设备判断该时刻的虚拟纸张位置坐标是否在显示窗体的主显示区域内，如果在主显示区域内，则在显示窗体绘制出当前时刻笔迹的运动轨迹，否则，依据当前采样点的虚拟纸张位置坐标，在所有规则排列的矩形框中，找出中心点离当前虚拟纸张位置坐标距离最近的矩形框，移动显示窗口，使得显示窗口的中心点位置移动到所述距离最近矩形框中心点位置，再在显示窗口绘制出当前时刻笔迹的运动轨迹，结束对当前采样点虚拟纸张位置坐标的绘制后，读取下一采样时刻的笔尖位置信息，重复上述操作，直到书写过程结束；

所述显示窗口是指在显示设备上为同步的显示手写笔迹而开辟的一块显示区域；

所述主显示区域是一块中心点与显示窗口中心点重合的矩形显示区域，该矩形显示区域的面积小于显示窗口的面积，设置主显示区域的目的是为了始终不将笔尖置于显示窗口的边缘；

所述一致显示是指显示设备实时跟踪书写过程中笔尖在物理纸张上所处的位置，并将笔尖在物理纸张上当前所处的一块区域置于显示窗口的中心区域，所显示的笔迹大小能自适应显示区域的大小，所绘制在虚拟纸张上的手写笔迹的位置和长宽比例与物理纸张上手写笔迹的位置和长宽比例相一致。

2.根据权利要求1所述纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法，其特征在于：所述步骤A)，包括如下步骤：

A1)开始：纸屏同步中手写笔迹一致显示方法的初始化步骤开始；

A2)将物理纸张置于手写板之上，使得物理纸张的四个角与手写板数据采集区域四个角在整个书写过程中保持固定且重合，所述物理纸张包括没有格子的白纸，只有水平或垂直方向的参考线的信纸，还包括用于写字练习的田字格或米字格练字纸；

A3)连接手写板与显示设备，显示设备获取手写板的设备尺寸规格信息，依据设备尺寸规格信息，显示设备创建虚拟纸张，为了在显示设备上使得显示出来的笔迹不产生形变，虚拟纸张的长度和宽度大小均保持与书写纸尺寸一致的比例；

所述显示设备是指具有显示功能的设备，包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑；

所述虚拟纸张是指在计算机中虚拟生成的，可以用软件画图工具在虚拟纸张上绘制图案，并可以在显示设备上呈现所绘制内容的虚拟资源；在本发明中，虚拟纸张的属性包括宽度和高度。

设物理纸张的宽度和高度分别为L1和H1，设虚拟纸张的宽度和高度分别为L2和H2，若H1＝H2×r1，L1＝L2×r2，且r1＝r2，则称物理纸张和虚拟纸张的长宽比例是一致的；其中r1，r2为缩放比例系数，0＜r1，r2＜+∞；

所述物理纸张的长度和宽度与手写板书写区域的尺寸相关；

A4)在虚拟纸张上整齐的布置矩形框作为显示参考信息，记录每个矩形框的中心点在虚拟纸张中的位置信息；

所述在虚拟纸张上整齐的布置矩形框是指在虚拟纸张上按从上到下，从左到右的顺序布置矩形框，任意两个被布置的矩形框重合部分的面积小于等于零，每行和每列矩形框之间设置一定的距离，在虚拟纸张的上、下、左、右部留出一定的空白区域，所述矩形框之间留出的距离大小、上、下、左、右部空白区域的大小、矩形框长度和宽度的大小根据具体应用的要求而定；例如在预知书写汉字较小的应用中，矩形框可设置得较小些；特别地，在物理纸张上已预先印刷有田字格、米字格的应用场景中，虚拟纸张上布置的矩形框大小、排列位置、边缘及矩形框行、列间留白等与物理纸张上印刷的田字格或米字格框大小、排列位置、边缘及矩形框行、列间留白保持一致；在物理纸张上已预先印刷有水平或垂直方向参考线的应用场景中，虚拟纸张上布置的矩形框高(宽)度不超过两条水平(垂直)参考线的距离，并使矩形框的底(左)边与水平(垂直)参考线重合，在虚拟纸张的上、下、左、右部留出的空白区域大小与物理纸张上印刷的对应留白区域大小保持一致；

所述虚拟纸张的属性参数包括虚拟纸张的宽度L2，L2＝L1×R；高度H2，H2＝H1×R；其中L1和H1分别表示物理纸张的宽度和高度；整齐布置的第i个矩形框的中心点位置信息

其中

表示R＝1时，第i个矩形框的中心点在虚拟纸张中所处的位置；比例系数R的取值应能保证在该应用场景中至少一个汉字笔迹能被完整显示在显示窗口中；

经过此步骤后，得到(L1,H1,L2,H2,R,E₁,E₂,...,E_i,...,E_n)其中L1和H1表示物理纸张的宽度和高度，L2和H2表示虚拟纸张的宽度和高度，R表示比例系数，L2＝L1×R，H2＝H1×R，

表示第i个矩形框的中心点位置信息

1≤i≤n，n表示虚拟纸张上布置的矩形框个数，

其中

表示R＝1时，第i个矩形框的中心点在虚拟纸张中所处的位置；

A5)设置虚拟纸张与物理纸张的比例系数R，根据比例系数R设置虚拟纸张的属性参数；设置显示窗口当前所显示的虚拟纸张矩形区域以及显示窗口的中心点和显示窗口的主显示矩形区域；

所述设置显示窗口当前所显示的虚拟纸张矩形区域以及显示窗口的中心点和显示窗口的主显示矩形区域是指，在初始状态下，任选一个矩形框，将显示窗口的中心点置于该矩形框的中心点上，

表示第k个矩形框等比例缩放后的中心点，1≤k≤n；显示窗口的四个顶点由下式求得：

显示窗口的主显示矩形区域四个顶点由下式求得：

其中n表示虚拟纸张上布置的矩形框个数，Width和Height分别表示显示窗口的宽度和高度；0＜w＜1为比例系数，用于调节主显示区域大小占比显示窗口的比例；

A6)结束：经过初始化步骤，为在显示设备上一致显示同步书写在物理纸张上的手写笔迹做好准备。

3.根据权利要求2所述纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法，其特征在于：所述步骤B)，包括如下步骤：

B1)开始：纸屏同步中手写笔迹一致显示方法一致显示步骤的开始；

B2)显示设备接收来自书写过程中手写板采集的一个时序位置数据，手写板采集在书写过程中笔尖在物理纸张区域上所处于的时序位置数据s_i＝(x_i,y_i)；

B3)显示设备同步一致显示该时刻时序位置数据：以当前时刻笔尖在物理纸张区域上所处于的时序位置数据s_i＝(x_i,y_i)，当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}作为参数，调用同步一致显示子方法，得到该时刻笔尖在虚拟纸张上的时序位置数据为A_i＝(u_i,v_i)；更新后的当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，更新后的当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，更新后的当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}；

B4)判断手写过程是否结束：判断手写板传送到显示设备的笔尖实时位置数据是否结束，若已结束，则跳转至步骤B5)，同步显示过程结束；否则，跳转至步骤B2)，继续对下一个笔尖位置数据进行同步显示；

B5)结束：纸屏同步中手写笔迹一致显示方法一致显示步骤的结束。

4.根据权利要求3所述纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法，其特征在于：所述步骤B3)，包括如下步骤：

B31)开始：假设该时刻显示设备接收到的笔尖时序位置数据为s_i＝(x_i,y_i)，当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}；

B32)将手写板传来的该采样时刻笔尖所处的手写板位置坐标转化为显示设备中虚拟纸张的位置坐标：u_i＝x_i×R，v_i＝y_i×R，得到笔尖在虚拟纸张坐标A_i＝(u_i,v_i)，其中R是在***初始化阶段设置的虚拟纸张与物理纸张的比例系数；

B33)判断虚拟坐标是否处于显示窗口的主显示区域内：判断A_i＝(u_i,v_i)是否在{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}定义的矩形区域内；若是，则跳转至步骤B36)；否则，跳转至步骤B34)；

B34)依据虚拟坐标A_i＝(u_i,v_i)，在所有规则排列的矩形框中，找出虚拟坐标A_i＝(u_i,v_i)与矩形框中心点距离最近的矩形框：在所有

中，计算A_i＝(u_i,v_i)与所有矩形框中心点

的距离，1≤i≤n，设

表示与A_i＝(u_i,v_i)距离最近的中心点，1≤k≤n；

B35)移动显示窗口，使得显示窗口的中心点位置与所述距离最近矩形框中心点位置对齐：将显示窗口的中心点移动到第k个矩形框的中心点位置

并更新当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}；

具体地，将以第k个矩形框的中心点作为显示窗口的中心点，

表示第k个矩形框等比例缩放后的中心点；显示窗口的四个顶点由下式更新：

显示窗口的主显示矩形区域四个顶点由下式更新：

其中Width和Height分别表示显示窗口的宽度和高度；0＜w＜1为比例系数，用于调节主显示区域大小占比显示窗口的比例；

B36)在显示窗口的主显示区域将该时刻笔尖所处的虚拟纸张位置显示出来：调用绘图方法，将从上一个采样时刻到当前采样时刻，笔尖在虚拟纸张上的运动轨迹绘制并显示出来；

B37)结束：表示显示设备同步一致显示该采样时刻笔尖时序位置数据步骤的结束；返回该时刻笔尖在虚拟纸张上的时序位置数据为A_i＝(u_i,v_i)；当前显示窗口的四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(dx₁,dy₁),(dx₂,dy₂),(dx₃,dy₃),(dx₄,dy₄)}，当前显示窗口的中心点在虚拟纸张的位置坐标(Gx,Gy)，当前显示窗口的主显示区域四个顶点在虚拟纸张的位置坐标{(fx₁,fy₁),(fx₂,fy₂),(fx₃,fy₃),(fx₄,fy₄)}。

5.根据权利要求2所述纸屏同步中手写笔迹一致性显示的方法，其特征在于：所述步骤A2)中，将手写板书写区域设计成深度可以容纳若干物理纸张厚度的凹槽，将物理纸张放入凹槽并用夹子固定，所述凹槽的深度方便卡住物理纸张使物理纸张的四个角与书写区域四个角重合且不影响正常书写。

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