（计算机应用技术专业论文）基于tablet+pc的辅助教学系统研究与实现.pdf

摘要 摘要 随着科学技术的发展，越来越多的现代化教学设备被引入课堂，先进的数字 化教学工具被广泛地应用到教学的各个领域。当今大学教学中，教师和学生都已 经熟悉了多媒体教学。但是，课堂教学的质量并没有因为先进教学工具的引入而 得到明显提高，传统的板书授课方式依然占据很重要的位置。如何利用好现代化 的教学设备以提高教学质量，这是本课题工作的主要目的。 平板电脑( t a b l e tp c ) 凭借自身硬件的优势，在教学领域中将发挥革新的作 用。在国外，平板电脑已经应用于教学中。虽然微软的w i n d o w sx pt a b l e tp c e d i t i o n 操作系统已经自带了一些可以辅助教学的工具，但是，针对课堂教学的辅 助教学系统还没有出现。正是基于这一点，本文针对基于t a b l e tp c 平台的辅助教 学系统进行了研究。该辅助教学系统将传统板书及多媒体教学特点融于一体，是 对课堂教学方式的一大改进。 首先，本文对国内外大学教学授课特点及t a b l e tp c 在教学领域中的发展现状 做了研究，明确了t a b l e tp c 的应用价值。数字墨水是t a b l e tp c 的核心技术，要 研究数字墨水首先要了解组件对象模型，接着，对组件对象模型及数字墨水的应 用模式做了研究。对t a b l e tp c 平台上的数字墨水组件及其应用场景做了深入研究 和分析。其次，在明确了t a b l e tp c 平台的应用特点和用户( 教师) 需求后，对系 统整体架构和各功能模块进行了详细设计。用基于面向对象的统一建模语言 ( u m l ) 对系统进行了用例分析和类建模，并且应用面向对象思想构建出了可重 用的类。最后，在w i n d o w sx pt a b l e tp ce d i t i o n2 0 0 5 系统上结合c o m 组件技术 及数字墨水组件实现了辅助教学系统。 关键词：平板电脑，数字墨水，组件对象模型，统一建模语言 a b s t r a c t a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , m o r ea n dm o r em o d e r nt e a c h i n g i n s t a l l a t i o n sa r el e a d e dt oc l a s s r o o m s a d v a n c e dd i 罾t a lt e a c h i n gt o o l sa r ew i d e l yu s e d i nd i v e r s es c o p e so fe d u c a t i o n t o d a y , i nc a m p u s ，t e a c h e r sa n ds t u d e n t sh a v ea l r e a d y b e e nf a m i l i a rw i t hm u l t i m e d i ai n s t r u c t i o n , b u tt h ee f f e c to fc l a s s e si sn o tp r o m o t e da s t h ec o m i n go fm o d e mt e a c h i n gt o o l s t r a d i t i o n a lb l a c k b o a r di n s t r u c t i o nm o d eh a ss t i l l o c c u p i e di m p o r t a n tp o s i t i o ni nc a m p u se d u c a t i o n i ti st h em a i no b j e c to f t h i si s s u et h a t h o wt of u l l ym a k eu s eo fm o d e r nt e a c h i n gi n s t a l l a t i o n st oi m p r o v et e a c h i n ga n d l e a r n i n gq u a l i t y b yr i g h to fi t sa d v a n t a g ei nh a r d w a r e ，t a b l e tp cw i l lm a k ei n n o v a t i v ee f f e c ti n e d u c a t i o n i no v e r s e a , t a b l e tp ch a sa l r e a d yb e e na p p l i e di ns c h 0 0 1 a l t h o u g ht h e w m d o w sx pt a b l e tp ce d i t i o no ss u p p l i e ss e v e r a ls o f t w a r ef o ro f f i c ea n dt e a c h i n g a s s i s t a n t ，b u taw h o l ea p p l i c a t i o ns y s t e mf o ra s s i s t i n gi n s t r u c t i o nh a sn o tb e e na v a i l a b l e b c c a u s eo ft h i sp o i n t ，也i st h e s i sh a sr e s e a r c h e da s s i s t e di n s t r u c t i o ns y s t e mb a s e do n t a b l e tp c t h ea s s i s t e di n s t r u c t i o ns y s t e mi n t e g r a t e st r a d i t i o n a lb l a c k b o a r di n s t r u c t i o n m o d ea n dm u l t i m e d i ai n s t r u c t i o ni n t oaw h o l e i tm a k e st e a c h i n gb e t t e ri nc l a s s r o o m s f i r s t ，t h i st h e s i sr e s e a r c h e st e a c h i n gf e a t u r e sa n dd e v e l o p m e n to ft a b l e tp ci n e d u c a t i o na th o m ea n db r o a d ；t a b l e tp c sa p p l i c a t i o nc o n t e x ti sd e f i n e d d i g i t a li n ki s t h ec o r eo ft a b l e tp c ，b u ti th a sb e e nd o n ef o rs t u d y i n gc o m p o n e n to b j e c tm o d e l ( c o m ) b e f o r es t u d y i n gd i g i t a li n k s o ，c o ma n dd i 西t a li n ka r es t u d i e ds t e pb ys t e pi n n e x ts e c t i o n t h ec o m p o n e n to ft a b l e tp ca n di t sc h a r a c t e r i s t i c sa r ed e e p l yr e s e a r c h e d t h e n , a f t e rt h er e q u i r e m e n t sf r o ml a s e r s ( t e a c h e r s ) a r ec l a r i f i e da n dt a b l e tp c s a p p l i c a t i o nc o n t e x t ，t h es y s t e mc o n s t r u c t i o na n df u n c t i o nm o d u l e sa r ea n a l y z e d ；u s e c a s em o d e l i n ga n dc l a s sm o d e l i n ga r em a d ef o rs y s t e mb yu n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ( u m l ) 。b yu s i n go b j e c t o r i e n t e dt h i n k i n g , s o m er e u s a b l ec l a s s e sa r ec o n s t r u c t e d a t l a s t , t h ea s s i s t e di n s t r u c t i o ns y s t e mh a sb e e nb u i l to nw i n d o w sx pt a b l e tp ce d i t i o n 2 0 0 5b yi n t e g r a t e dc o ma n dd i 西t a li n k i i a b s t r a c t k e y w o r d s ：t a b l e tp c ，d i g i t a li n k ，c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ( c o m ) ，u n i f i e dm o d e l i n g i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：巫丝 日期：7 翻7 年 月1 1 日日期：7 年6 月 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 芦歹瓦 导师签名： 研吞澎 1 日期：妒7 年月，日 第一章引言 1 1 研究背景 1 1 1 技术背景 第一章引言 t a b l e tp c 即平板电脑，也可以称之为笔记本电脑的浓缩版。它和传统笔记本 电脑相比最大的不同是：它无须翻盖也没有键盘，小到足以放入女士手提包里； 也可以和文件一起放在上班族的公文皮包里；当然，也可以和教科书一起放入学 生们的背包里。并且，其功能的完备性与p c 无异。它的外形介于笔记本和p d a 之间，而处理能力却远远大于p d a 。不论从它的处理速度、音频视频效果、扩展 性还是存储空间等方面看，p d a 都无法与t a b l e tp c 相比的。t a b l e tp c 在操作和易 用性方面借鉴了p d a 的特色，不过其大显示屏( 高分辨率) 却是p d a 无法比拟 的。t a b l e tp c 显示屏采用n 叮l c d 型的触摸屏，现在市面上的主流t a b l e tp c 分 辨率可高达到1 0 2 4 x 7 6 8 ，用户既可以竖起来也可以横过来观看显示屏幕，两种观 看方式既可以采用手动也可以自动来进行切换：与笔记本电脑一样，t a b l e tp c 可以 运行w i n d o w s2 0 0 0 ，w i n d o w sx p 及w i n d o w sv i s t a 操作系统，微软也开发出专 业的t a b l e tp c 版本的操作系统，如w i n d o w sx pt a b l e tp ce d i t i o n 。考虑到便于随 身携带，t a b l ep c 设计较为轻巧，尺寸一般为1 0 1 2 英寸( 2 3 0 m m 2 7 0 m m ) ，相当 于一本书大小。t a b l e tp c 厚度为1 5 m m 2 0 m m ，重量通常为一公斤左右；采用锉电 池工作，每次充电后可工作超过8 小时；其机框也是非常结实的，一般的碰撞都 是可以承受的。从携带方便、低功耗、低价位方面看，t a b l e tp c 都具有其独特的 优势。 根据微软公司的新定义，t a b l e tp c 是下一代移动商务p c ，平板电脑将运行微 软公司出品的t a b l e tp c 版w i n d o w sx p 操作系统。平板电脑带有可拆卸的键盘， 能够运行w i n d o w s 系统下的应用程序。平板电脑可作为台式p c 的补充，为后者 添加笔录入和语音录入的功能，它将让脑力劳动者以全新的方式更频繁地使用p c 。 t a b l e tp c 对于教育领域来说代表着移动、强大和多功能计算能力的发展。凭借手 写笔和墨水的新增优势，w i n d o w sx pt a b l e tp ce d i t i o n 可提供w i n d o w sx p 电子科技大学硕士学位论文 p r o f e s s i o n a l 的能力。凭借轻薄的外形设计和内置无线支持，用户可以将t a b l e t p c 带到任何地方教室、图书馆、路途中或者您的办公桌上。前微软公司主席比尔盖 茨在2 0 0 6 年4 月时曾表示，t a b l e tp c 终有一天要取代所有学生的课本。 综上所述，随着移动平板电脑技术的迅速发展，t a b l e tp c 一定会在商业、教 育、医疗等领域大有作为。 1 1 2 应用背景 在计算机技术迅速发展的今天，将先进的教学设备或仪器引入普通课堂已经 不是什么新闻了，但是如何提高教学质量，如何更好地让学生融入课堂教学，这 仍是一个棘手的问题【1 1 。先进的辅助教学设备使得教师上课的效率有很大提高，学 生也逐渐习惯了多媒体教学的上课方式。可令人忧虑的是这种教学方式的效果如 何，学生对知识的吸收程度如何? 特别是那些长期以来都是以板书为主的课程， 不但学生对课堂讲授的知识吸收不充分，老师也不太适应这种一味凭借数字化教 学工具的课堂。 在西方发达国家，将现代化计算设备和辅助软件应用于教育是大势所趋，即 使在国内，几乎所有的大学和重点中学都已经完全具备了现代化的教学环境，这 已经是未来教育的模式利用先进的教学设备和软件替代传统的黑板式教学。现 在，无论是在西方发达国家还是我们这样的发展中国家，传统的教学方式仍然有 着积极意义，也暂时无法完全被现代化教学方式所取代，例如，像高等数学、大 学物理这样的课程，学生仍然喜欢老师用“板书的形式来讲解。很自然的想法 是，能否利用现代计算机技术整合传统黑板教学，构造除一个“数字黑板 ? 可 喜的是t a b l e tp c 恰好具备这样的功能，当然能达到同样或相似效果的还有笔记本 电脑和p d a 。在大学教学中的应用，无论在是交互性、授课效果和准备考试方面 笔记本电脑或者其他移动设备与t a b l e tp c 要逊色很多【2 1 。 正是考虑到传统教学方式与现代化教学方式相结合所产生的诸多弊端，本文 作者考虑将t a b l e tp c 引入大学授课课堂，并根据其强大的p c 功能和自身其他优 势，在上面开发一套完整的辅助教学系统，将大大提高现代大学教学中的交互能 力 3 - q 。 1 2 t a b l e tp c 在教育领域的发展和研究现状 在国外，t a b l e t p c 已经应用在现代教育中。以下是t a b l e t p c 在教育中的十大 2 第一章引言 优点【8 】： ( 1 ) 采用最高级的m i c r o s o f t 操作系统之一。m i c r o s o f tw i n d o w sx pt a b l e tp c e d i t i o n2 0 0 5 是w i n d o w sx pp r o f e s s i o n a l 的超集。它可提供w i n d c i w sx p p r o f e s s i o n a l 的所有功能和能力，以及针对基于手写笔计算和移动的增强 特性。t a b l e tp c 运行所有兼容w i n d o w sx p 的程序，包括文字处理、图 形、音频以及视频软件，以便赋予您笔记本电脑的全部能力和功能一没有 任何的性能降低。 ( 2 ) 使用有史以来移动性最强的电脑在任何地点进行工作。t a b l e tp c 提供了 移动电脑中具有的所有功能，但却可以允许您在任何地点进行工作在 教室中、在图书馆、在家里或在当地的咖啡厅。存在两种基本的t a b l e tp c 样式；带有集成键盘的可旋转型和超薄纯平板型( 拥有创新的插接解决方 案，能够在放置在课桌上时轻松使用键盘) 。对零配置无线连接的支持使 得t a b l e tp c 能够轻松连接本地热点。即插即用的插接方式和快速启动 ( i n s t a n to n ) 意味着您可以快速从扩展坞上取下t a b l e tp c 并将它带到需 要的任何地点一无需等待或分离外设。这些特性加上持久的电池使用时 间，使得t a b l e tp c 成为学生的理想移动解决方案。 ( 3 ) 以电子方式做所有记录。t a b l e tp c 将纸笔记本上的记录转移到计算机中 已经成为过去的事情了。您可以使用t a b l e tp c 以可搜索的数字格式来创 建、编辑以及组织手写的记录，也可以记录通常使用笔和纸创建的文本 和图画。m i c r o s o i to 伍c co n e n o t e2 0 0 3 将墨水、文本以及w 曲内容集 成到一个位置中，以便使记录和搜索比以往更容易。 ( 4 ) 在任何地点和时间使用墨水。您可以集成墨水到常用程序中，包括 m i c r o s o f to f f i c e 系统和许多第三方程序。使用m i c r o s o f to f f i c eo u t l o o k 2 0 0 3 给朋友发送墨水电子邮件、以您自己的笔迹标注m i c r o s o f to f f i c e w o r d2 0 0 3 文档或批注团体项目的m i c r o s o f to 伍c ep o w e r p o i n t2 0 0 3 演 示文稿。您也可以下载免费的针对t a b l e tp c 的o f f i c ex pp a c k ，从而 将墨水能力添加到熟悉的o f f i c ex p 程序中。您甚至可以与其他未使用 t a b l e tp c 的人员共享墨水信息。 ( 5 ) 使用连接的音频记录讲话和演示文稿。您是否厌倦了在演讲和演示期间疯 狂地匆忙做记录? t a b l e tp c 可以帮助您。凭借连接的音频能力，t a b l e tp c 可以在您做记录的同时记录音频。因为您的记录完全与音轨同步，所以无 3 电子科技大学硕士学位论文 需考虑是否遗漏了任何内容。您可以在任何时间查看与音频部分相应的记 录。 ( 6 ) 个性化您的体验。t a b l e tp c 提供了多功能和自定义的解决方案。您可以 使用墨水、键盘或语音命令。您可以校准笔速、根据左手或右手习惯优化 t a b l e tp c 以及对硬件按钮迸行编程来完成特定操作，例如打开程序、将 屏幕方向从横向变为纵向或记录音频等。您也可以使用手写笔的动作( 称 为“手势) 来完成常见任务。 ( 7 ) 使用语音完成工作。在不停地做记录和写研究论文后，大多数学生都厌倦 了书写和打字。现在，让您的手休息一会，我们来使用语音。您可以使用 语音命令来控制t a b l e tp c ，甚至可以口述文本来替代手写笔或键盘。 ( 8 ) 花更少的时间做更多的事情。学生、教师以及管理员都可以受益于以更少 的时间完成他们的工作。t a b l e tp c 能够在多种新方式和一更多条件下， 使所有用户比以往更加高效。无论您是在等待约会、坐在会议室里或是站 在走廊里，您都可以通过使用t a b l e tp c 花更少的时间做更多的事情。 ( 9 ) 帮助保护重要数据。w i n d o w sx pt a b l e tp ce d i t i o n2 0 0 5 附带了w i n d o w s x ps e r v i c ep a c k2 ( s p 2 ) ，后者可免费下载，它除了提供来自m i c r o s o f t 的 最新更新外，还提供了高级的安全工具和技术。凭借w i n d o w sx ps p 2 ， 您可以在t a b l e tp c 上利用增强的安全性和高效的计算体验。 ( 10 ) 轻松部署和管理。w i n d o w sx pt a b l e tp ce d i t i o n2 0 0 5 含有w i n d o w sx p p r o f e s s i o n a l 的高级部署技术和策略，使得在教学环境中部署t a b l e tp c 变得容易。由于许多教育机构的r r 预算都已经很紧张了，因此易于实施 和维护的可承受得起的解决方案是理想的解决方案。 很多大学已经把诸如笔记本电脑、p d a 、t a b l e tp c 等引入了课堂，不仅教师 配备有先进的移动教学设备，学生也有甚至像i p o d 那样的辅助学习工具。比如美 国知名大学麻省理工学院已经尝试着将t a b l e tp c 引入教学中，不仅教师在使用 t a b l e tp c 进行辅助教学，学生也同样也在使用t a b l e tp c 进行学习。在微软的t a b l e t p c 教育支持计划中还包括了j o h np a u l 大学( 美国) 、o c o c o 中学( 美国) 。 从硬件设备看，t a b l e tp c 已经非常成熟。从软件方面来看，以微软的w i n d o w s x pt a b l e tp ce d i t i o n 为代表，使得t a b l e tp c 的功能得以充分旋展。从辅助教学的 角度，市面上( 无论是国外还是国内) 还没有一款真正意义上的为大学教师量身 定做的数字化教学工具。微软的o n e n o t e 能够发挥一定的作用，但不够专业。除 此之外，微软公司还有m i c r o s o f tw i n d o w sj o u r n a lv i e w e r ，这款软件更像一个t a b l e t 4 第一章引言 p c 上的记事本，功能比较单一，对于用来辅助教学并不理想。国外有的学校也开 发出类似工具，如c l a s s r o o mp r e s e n t e r l 9 j 和w r i t e o n t 删，它们都是辅助讲课的工具， 主要用来注释演示文稿( 多为p o w e r p o i n t ) 。在国内，对于研究t a b l e tp c 在大学教 育中的应用还很少。从软件系统方面看，结合t a b l e tp c 辅助教师进行教学的工具 几乎没有，这正是本课题研究的价值及意义所在。 1 3 论文所做的主要工作、特色及组织结构 1 3 1 论文主要工作 在论文写作之前，作者很荣幸参与了“t a b l e tp c 在大学教学中的应用模式研 究项目，该项目是电子科技大学i n t e l i a 实验室与微软亚洲研究院的合作项目， 以研究推广t a b l e tp c 在大学教学中的应用模式。首先，依据项目需求，作者对高 校现代化教学的特点进行了分析和研究；其次，结合t a b l e tp c 的特点和大学教学 模式对t a b l e tp c 的应用模式做了研究；接着，在研究了t a b l e tp c 上的数字墨水 组件后，对基于t a b l e tp c 的辅助教学系统进行了功能需求分析、模块详细设计和 界面设计。最后，结合c o m 组件理论及设计模式实现了基于t a b l e tp c 平台的辅 助教学系统。 1 3 2 论文主要特色 ( 1 ) 对t a b l e tp c 在国内外教育领域的发展现状做了研究，并提出了符合中国 高校现代化教学的应用模式。 ( 2 ) 对辅助教学及辅助办公进行结合，扩大了t a b l e tp c 的应用范围。 ( 3 ) 分析了当今课堂教学的特点，将m sp p t 、m sw o r d 等文档的手写评讲过 程引入课堂，增强了师生的互动。 ( 4 ) 结合教学过程、会议记录特点，设计了相应文档格式以保存手写原稿。 ( 5 ) 对教学过程进行了改进，加入了在辅助教学系统和m sp p t 之间的快速切 换，使教学过程更加流畅。 1 3 3 论文组织结构 第一章介绍了本文的研究背景和目前国内外的研究现状，并对本文的研究目 标和论文所做的工作进行了描述。 第二章对数字墨水理论及c o m 组件技术做了研究。 5 电子科技大学硕士学位论文 第三章对t a b l e tp c 平台上的数字墨水组件进行了研究。 第四章对辅助教学系统的整体架构进行了研究，借助面向对象思想及u m l 建 模语言对各子系统进行了分析和设计，并利用数字墨水组件进行了类建模，最后 对系统界面进行了简单的设计。 第五章着重介绍利用c o m 组件技术构建基于t a b l e tp c 的辅助教学系统，结 合设计模式对各个子系统进行整合，并对子系统实现关键技术和系统界面实现进 行了介绍。 最后一章是对全文的总结，并对该辅助教学系统的进一步完善提出了可能的 改进方案。 6 第二章数字墨水与c o m 组件技术研究 第二章数字墨水与c o m 组件技术研究 2 i 数字墨水 t a b l e tp c 不同于普通平板电脑的最大区别就是手写及手写识别。使得t a b l e t p c 可以在其屏幕上进行手写的就是“数字墨水 技术。顾名思义，数字墨水在表 现形式上与传统的墨水无异，只是它是呈现在计算机里的。 2 1 1 数字墨水技术简介 数字墨水是一种新的人机界面技术，它在借鉴了学术界多年来在手写识别方 面所取得的研究成果的同时，超越了手写识别技术的许多局限。传统手写识别技 术的攻坚核心是想方设法将手写笔迹转换成计算机可以处理的文本。由于不能对 手写墨水进行有效的分析和处理，这种转换的目的被限于输入文本，是一种以机 器为中心的技术。而数字墨水是一种以人为中心的技术，它充分利用了书写的自 然性和墨水丰富的表达能力。数字墨水的处理包括了数字墨水的表示压缩和显示， 智能的墨水分析，墨水标记和注解，墨水的智能操作以及墨水存储和搜索等一系 列相关技术【l 。 数字墨水分析技术是数字墨水中的最重要的关键技术之一，它可以对记录下 来的数字墨水进行结构化和深度分析，其分析目的不是要去解决“写的是什么字 ， 而是要解决“用户到底在写什么，是字还是涂鸦? 以及是如何写的? 。 数字墨水的内部表示和压缩技术，能非常有效的表示用户手写笔记，因而生 成的文件很小，拨号上网的用户发送数字墨水邮件也不会觉得是个负担。 数字墨水可以用墨水格式保存，将手写笔记以墨水的形式保存，不会丢失任 何信息。用户不再需要利用其他的w i n d o w s 应用程序来把手绘，手写的笔迹转换 为别的格式来保存，发送和编辑。同样，由于w i n d o w s 平台将数字墨水定义为基 本数据类型之一，这就如同文本得到操作系统这一级别上的支持一样，数字墨水 在不同应用软件之间的交换变得非常容易。 数字墨水技术同时加强了手写识别功能的准确性，内嵌式的手写识别引擎对 任何人的书写都可以立即开始识别工作，由于已经在识别器中收集和存储了大量 7 电子科技大学硕士学位论文 的手写样本，用户在使用数字墨水笔迹识别软件时并不需要额外训练。当前，微 软已经建立了多种语言的大量手写样本的识别引擎，实现了数字墨水技术对英文， 德文，法文，韩文，日文，简体和繁体中文等语言的支持。 数字墨水的价值在于，它结合了个人电脑强大的计算及处理能力以及纸的易 用性。更重要的是，它还墨水以本色，人类不再需要扭曲自己最自然的写作方式 在机器所设置的行或框中按机器所要求的方式书写，而是随心所欲，随意勾画。 可以预见，数字墨水技术将成为许多崭新应用的底层支持，这些应用配合个人电 脑的强大运算处理性能，将把人类传统的手写和手绘发挥得淋漓尽致2 】。 数字墨水技术将纸的便利性和电脑处理能力相结合，改变了人对电脑的固有 认识，使那些不愿被桌面所束缚的人能够利用计算机去改变工作和生活的面貌。 数字墨水找到一种比现有人机交互技术更加简单化和人性化的自然人机交互途 径，实现在任一时间、任一地点、以任一设备与任何人沟通，让个人计算在每时 每刻帮助每一个普通用户。基于数字笔和数字墨水的t a b l e tp c 便是一张具有电脑 处理能力的可以让用户随意涂鸦的数字纸，它使计算像纸和笔一样简单和易用。 2 1 2 数字墨水的应用模式 在实际应用中，数字墨水的应用模式分为两种。第一种和普通的墨水相似， 也就是显而易见的纯墨水功能。当数字墨水被用在一个应用当中，即以纯墨水的 角色出现的时候，用户用数字墨水进行的输入就如同在纸上进行书写一样。此时， 输入的数字墨水数据并没有被进一步转换或改变。在一个应用中，当数字墨水只 是充当纯墨水使用时，这个应用的“文件空间”则被当成一张纸。当数字墨水以 上述形式被应用时，称其为“一级墨水的形式。此时它只充当数字版本的手写 笔迹记录的角色。 数字墨水在应用中还可以以另一个种形式出现，它被称为“二级墨水 。此 时数字墨水只是被来当做中间媒介，并不是应用所想要的最后结果。“二级墨水 一般是不会被保存下来，而是被转换成其他的数据类型，如文字、符号或者图形。 “二级墨水 使手写输入有可能成为一种更为自然的人机交互方式。“二级墨水 本身并不是最终的结果，它只是达到最终结果过程中的一种应用模式。在书写识 别的文字输入过程中，数字墨水就充当了“二级墨水的角色【n 】。 在第三章会对t a b l e tp c 平台上的数字墨水组件做详细研究。 8 第二章数字墨水与c o m 组件技术研究 2 2 c o m 组件技术 c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 组件技术已经是- - i 1 成熟的组件编程技术， 与其说它是一种技术，倒不如称其为一个标准由微软提出的组件标准【1 4 1 。在这里， 作者并不详细讨论c o m 组件技术的细节，而只对c o m 的一些关键技术做简要介 绍。 2 2 1 c o m 的定义 c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 是由微软公司提出的组件标准，它不仅定义 了组件程序之间进行通信的标准，并且也提供了组件程序运行所需的环境。在c o m 标准中，一个组件程序也被称为一个模块，它可以是一个动态链接库( 缩写为d l l ) ， 被称作进程内组件( i n - p r o c e s sc o m p o n e n t ) ；也可以是一个可执行程序( 即e x e 程 序) ，被称作进程外组件( o u t - o f - p r o c e s sc o m p o n e n t ) 。一个组件程序可以包含一 个或多个组件对象，因为c o m 是以对象为基本单元的模型，所有在程序与程序之 间进行通信时，通信的双方应该是组件对象，也叫做c o m 对象，而组件程序( 或 称作c o m 程序) 是提供c o m 对象的代码载体。 c o m 对象不同于一般面向对象语言( 如c + + 语言) 中的对象概念，c o m 对象是 建立在二进制可执行代码的基础上，而c + + 等语言中的对象是建立在源代码级基 础上的，因此c o m 对象是语言无关的。这一特性使用不同编程语言开发的组件对 象进行交互成为可能。 微软公司不仅仅定义了c o m 规范标准，而且也提供了具体的实现，在 m i c r o s o f tw i n d o w s 平台上，c o m 技术被应用于系统的各个层次，从底层的c o m 对象管理到上层的应用程序交互都用到了c o m 标准。各种层次上的c o m 技术应 用为编程人员及用户提供了很好的范例，大家几乎总是可以在微软公司的软件产 品中找到c o m 技术的应用。 本课题之所以需要研究c o m 组件技术，是基于m i c r o s o t lw i n d o w sx pt a b l e t p ce d i t i o n2 0 0 5 平台及其他w i n d o w st a b l e tp c 系统所开放应用编程接口形式。其 t a b l e tp c 平台上的数字墨水组件是以c o m 组件的形式提供的。 2 2 2 c o m 对象和接口 软件组件应该遵从同一的标准，在同一软件中的组件笔形使用同样的接口标 准才能保证组件之间可以进行通信。从目前w i n d o w s 系统上的软件使用情况来看， c o m 就是这样一个为大家一致推崇的组件标准。 9 电子科技大学硕士学位论文 c o m 不仅仅提供了组件之间的接口标准，它还引入了面向对象的思维。在 c o m 标准中，对象是一个非常活跃的元素，人们也经常把它称为c o m 对象。组 件模块为c o m 对象提供了活动的空间，c o m 对象以接口的方式提供服务，把这 种接口称为c o m 接口。图2 1 可说明c o m 组件、c o m 对象和c o m 接口三者之 间的关系。 在w i n d o w s 系统平台上，一个c o m 组件或者一个d l l ( d y n a m i cl i n k i n gl i b r a r y , 动态链接库) 文件，或者是一个e x e ( 可执行程序) 文件。一个程序可以包含多个c o m 对象，并且每个c o m 对象可以实现多个接口。当另外的组件或普通程序( 即组件 的客户程序) 调用组件的功能时，它首先创建一个c o m 对象或者通过其他途径获 得c o m 对象，然后通过该对象所实现的c o m 接口调用它所提供的服务。当所有 的服务结束后，如果客户程序不再需要该c o m 对象，那么它应该释放对象所占有 的资源，包括对象自身。 i u n k n o w ni u n k n o w n 接口2 接口1 图2 - 1c o m 组件，c o m 对象和c o m 接口的关系 ( 1 ) c o m 对象的理解 c o m 对象类似于c + + 语言中类的概念，类的每个实例代表一个c o m 对象， 它也包括属性( 即状态) 和方法( 即操作) ，状态反映对象的存在，方法就是接 口。 ( 2 ) c o m 对象的标识- - c l s i d g u i d 是一个1 2 8 位的随机数，重复概率极低。它的值来源于两部分：空间值 ( 网卡地址或随机数) 和时间值。获得g u i d 值可以使用v c + + 提供的工具： g u i d g e n e x e 和u u i d g e n e x e 。或者使用c o m 库的a p i 函数c o c r e a t g u i d ( ) 。 ( 3 ) c o m 对象与c + + 对象的比较 1 0 第二章数字墨水与c o m 组件技术研究 c o m 对象将数据完全封装在对象的内部。c + + 对象的封装是在语义上的封装， 通过不同的数据类型实现数据的封装。c o m 对象的可重用性通过包容和聚合实现。 c h 对象的可重用性通过类的继承来实现。c o m 对象的多态性通过其接口体现， c + + 对象的多态性通过其虚函数体现。 ( 4 ) c o m 接口的作用和意义 c o m 规范的核心内容是关于接口的定义，虽然c o m 本身并不复杂，但是围 绕c o m 接口有很多内容值得仔细探讨，包括接口的标识、接口函数的调用习惯、 参数处理、接口与对象的关系以及接口与c c + + 的关系、c o m 接口多具有的特性 等。c o m 定义了一套完整的接口规范，不仅可以弥补a p i 作为组件接口的不足， 还从分发挥了组件对象的优势，并实现了组件对象的多态性。 ( 5 ) 接口定义和标识 从技术上讲，接口是包含了一组函数的数据结构，通过这组数据结构，客户 代码可以调用组件对象的功能。客户程序用一个指向接口函数结构的指针来调用 接口成员函数。如图2 2 所示，接口指针实际上接口指针指向另一个指针p v t a b l e 。 接口函数表称为虚函数表( v i r t u a lf u n c t i o nt a b l e ，简称v t a b l e ) ，指向v t a b l e 的 指针为p v t a b l e 。对于一个接口来说，它的虚函数表v t a b l e 是确定的。 ( 6 ) 接口设计的问题 在接口成员函数中，字符串变量必须用u n i c o d e 字符指针，这是c o m 规范的 要求。c o m a p i 函数使用大多数语言惯用的s t d c a u 调用习惯。用c 语言定义c o m 接口，需要有结构体s t r u c t 定义其接口结构，接口成员函数必须有一个t h i s 指针。 用c + + 语言定义c o m 接口，因为由c + + 语言c l a s s 的实现机理可以看出，c o m 接 口结构中的v t a b l e 与c l a s s 的v t a b l e ( 类的虚函数表) 完全一致，因此，用c l a s s 描 述c o m 接口是最方便的手段。此时，接口成员函数隐藏了t h i s 指针。c l a s s 型接 口的说明要比s t r u c t 型接口的说明简捷得多。 图2 - 2 接口结构 。一 电子科技大学硕士学位论文 ( 7 ) c o m 接口与对象的联系 接口类只是一种描述，并不提供具体的实现过程。如果c o m 对象要实现接口， 则c o m 对象必须以某种方式把它自身与接口类联系起来，然后把接口类的指针暴 露给客户程序，于是客户程序就可以调用对象的接口功能了。用c l a s s 型接口通过 把接口指针( t h i s ) 与对象数据绑定在一起的方法实现对c o m 接口的支持比较直 观、简捷易于理解。实际上，也可以采用其他的方法来实现接口，只要接口成员 函数中t h i s 指针( 即接口指针) 与对象数据能建立确定的连接，在接口成员函数 中可以访问到对象数据即可。例如，v c + + 的m f c 库和a t l ( a c t i v et e m p l a t e l i b r a r y ，活动模板库) 模板库分别采用了不同的机制来提供对c o m 接口的支持。 ( 8 ) 接口描述语言d l c o m 规范在采用o s f 的d c e 规范描述远程调用接口i d l ( i n t e r f a c ed e s c r i p t i o n l a n g u a g e ，接口描述语言) 的基础上，进行扩展形成了c o m 接口的描述语言。接 口描述语言提供了一种不依赖于任何语言的接口描述方法，因此，它可以成为组 件程序和客户程序之间的共同语言。c o m 规范使用的i d l 接口描述语言不仅可用 于定义c o m 接口，同时还定义了一些常用的数据类型，也可以描述自定义的数据 结构，对于接口成员函数，编程人员可以制定每个参数的类型、输入输出特性， 甚至支持可变长度的数组的描述。v c + + 提供了m i d l 工具，可以把i d l 接口描述 文件编译成c c 抖兼容的接口描述头文件( h ) 。 ( 9 ) 接口的内存模型 c o m 对象往往有自己的属性数据，它们反映对象的状态，并用于区分不同的 对象。对于有多个对象的客户，数据属性是不能公用的。 ( 1 0 ) 接口的特点 a ) 二进制特性。 b ) 接口不变性。 c ) 继承性( 扩展性) ：类似于c + + 中类的继承性，接口也可以继承发展， 但方式不同。类继承不仅是说明继承，也是实现继承，即派生类可以 继承基类的函数实现，而接口继承只是说明继承，即派生的接口只继 承了基接口的成员函数说明，而没有继承基接口的实现。类继承允许 多重继承，但接口继承只允许单继承。根据c o m 规范，所有接口都 必须从i u n k n o w n 派生，可以直接派生，也可以间接派生。但大多数 都是直接派生。o l e 系统中，接口最后字母是“2 或“e x ”的，标 示它是一个继承接口。 d ) 多态性：c o m 对象具有多态性，其通过c o m 接口体现。 1 2 第二章数字墨水与c o m 组件技术研究 ( 1 1 ) i u n k n o w n 接口 提供了两个非常重要的特性：生存期控制( 使用引用计数) 和接口查询。引 用计数在组件一级实现则计数分辨率太粗( 选择全局变量) ，在对象一级实现恰 好( 使用c + + 类的成员变量) ，在接口一级实现则计数分辨率太细( 使用类成员 变量) 根据不同场合使用或者传递接口指针标量进行分类，并给出相应的规则。 函数的参数中使用接口指针变量 输入参数：由于输入参数由调用函数控制，因此被调用函数执行过程中，接 口指针一定保持有效，引用计数不需要改变。 输出参数：输出参数是指在被调用函数执行过程中进行赋值的参数，而且被 调用函数并没有用到函数初始化传进来的值，输出参数相当于函数的一个返回值。 在c c - 卜+ 语言中，输出参数为一个指针变量( c o m 中