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多点触摸手势设计发展 　　【摘要】 多点触摸系统旨在于克服传统单点触摸设备的劣势，使输入过程更加多样化、人性化，更加符合人手自然的操作习惯以及降低对复杂操作进行快捷键记忆的难度。要达到这一目的，除了需要多点触摸硬件支持以外，还要有相应特性的手势库支持。随着多点触摸设备的不断发展，触摸手势的设计也应不断改进，与之相适应。重点分析了基于用户定义的手势设计方法，并就如何设计和定义多点触摸手势能够更好地符合用户对于多点触摸交互方式的需求展开了探讨。 　　【关键词】 多点触摸；手势；用户定义 　　 　　一、多点触摸手势设计的意义 　　过去几十年计算机的性能得到了飞速的发展，这种发展主要体现在计算能力、储存能力等方面，输入设备与输出设备却没有太大的变化。如今在以用户为中心的理念指导下，这两者充分引起了设计者们的重视，产生了许多令人欣喜的革命性的创新与应用。其中具有代表性的就是将两者结合到一起的触摸式显示屏。它使人的操作直接体现在显示输出上，无形之中拉近了人与计算机之间的距离。同时也具有与鼠标同样的缺点，这种由于技术限制不得不强行制造的输入通道如同一条狭小的通巷。人的手作为最灵活和最具有执行力的器官之一，在这种输入通道面前几乎没有什么“用武之地”。 　　多点触摸技术的出现和发展正是为了解决这种困境和矛盾，并且由于Apple公司推出的iPhone产品是多点触摸技术引起了全世界的注意，成为当今输入设备的一个重要发展趋势。Microsoft公司开发的Surface多点触摸式计算机，则是这种技术应用的集大成之作，采用了高速摄像机结合图像处理模式识别技术的支持，Surface可以捕捉理论上无限多个手指触摸点，甚至可以捕捉手以外特定形状的物体，如水杯，玻璃块等，这为未来的计算机应用软件开发提供了一个无限的可能。目前尽管硬件设备已经接近完善，然而要使这种技术真正等同为自然地、舒适的人机交互方式，还有很长的路要走。多点操作所带来的无限可能性需要通过手势这个桥梁来让使计算机理解，因此手势设计和定义对于多点触摸技术优势的体现具有重要意义。 　　二、多点触摸技术与手势的发展历程 　　早在20世纪60年代，人们就开始研究可以直接用用手触摸式进行触摸的人机交互方式。多点触摸概念早在70年代就有了一些理论上的雏形，并在美国IBM公司、Illinois大学和加拿大Ottawa大学的实验室中都进行了相应的研究，并制作出一些实验室模型。1982年，多伦多大学第一次提出多点触摸的概念同时给出了一个感应食指指压的多点触控屏幕设计方案。同年贝尔实验室发表了首份探讨多点触摸技术的学术文献，并在1984年制作出了世界上第一个多点触摸屏。从80年代开始到90年代，各种不同实现方案的多点触摸设备逐渐被各个实验室开发出来。较为主流的大部分多点触摸的实现方案（主要是电子和光学解决方案），其原理都在当时已经被提出并进行研究。由于计算机本身的发展尤其是早期个人计算机生产商还是倾向于使用成本较低廉的键盘（以及后来的鼠标）作为输入设备。触摸式的输入设备更多应用在高端以及专业化领域。 　　进入90年代后，单点触摸设备日趋成熟，电阻式解决方案的产品已经广泛出现在了市场上。事实上这个时候的多点触摸技术也开始随着电子领域的深入成熟而出现了一个里程碑式的研究和相应的产品。这就是Wyane Westman的Finger Works。在Westman于1999 年详细阐述了这个较为完备的单输入式多点触摸设备的实现原理，主要包括硬件对于手指点的识别原理（其中最重要的是判断手指是哪个手指的硬件限制方案与算法）。基于这些理论开发的Finger Works 多点触摸输入设备能够接受十个手指，并且判断到每个触摸于其上手指具体是哪个指。这样的技术突破使得用手势而不是少量的触点组合来进行操作成为可能。Westman团队在此基础上定义了一套基于Finger Works的基本手势库。该手势库包含了前所未有的非常丰富的手势组合。后来Finger Works被苹果公司所收购，Westman团队也致力于为苹果公司开发触摸设备，可以看到今天从iPod到iPhone和MacBook的触摸设备和手势定义方式都有Finger Works的痕迹。直到今天所有的纯输入式多点触摸设备的实现以及手势库的定义都不同程度借鉴了Finger Works。 　　如果说Finger Works是纯输入式的触摸设备的一个里程碑，另一种形式的触摸设备――触摸屏的发展就具有完全不同的特点。触摸屏本身承担了显示器的输出功能，同时又具有接收触摸信号的输入功能。这里值得一提的是图像分析和处理技术在多点触摸上的应用，由于计算机和摄像机的日渐增强和摄像机精度与帧率的提高，基于机器视觉进行手势捕捉的技术也在21世纪初得到迅速的发展和应用。其主要方法有模板匹配