基于书写过程跟踪的字母连写自动教学系统研究

发布时间：2019-07-14 12:29

【摘要】：英文书写教学是小学英语教学的一大重心，为适应实际英文书写需要，能工整、规范、连贯地书写连体英文也成为资源优渥小学的英文书写教学基本要求。为解决教育资源匮乏问题、缓解教师文字教学压力、响应国家建立环境友好型社会的号召，紧跟信息社会发展的步伐，包括英文在内的文字书写自动教学系统迅速蹿红为研究热点。西文文种在手写时常常需连写，连写结构尽管复杂，但仍有其可循规则。计算机实现字母连写自动教学需克服的难点:（1）连写字母越多书写难度越大，书写指导的难度也随之增加；（2）单体字母笔迹越复杂，连写笔画的笔迹也随之更复杂；（3）连写字母越多连写笔画越长，笔迹的笔段提取数目增加，且形状多样化。本文探讨字母连写计算机自动教学方法，获得如下成果及创新内容： 1、针对英文连写多字母单笔画连写的情况，按其连写方式不同，将其分为直接斜连写、直接横连写、相靠斜连写和字母不联写四大类。同时对初学者英文连写的实际书写进行分析，确切掌握他们书写的特点及易错点，由此提出触摸屏英文连写引导式书写的实时跟踪、分析及指导概念。 2、提出针对连写字母的实时笔迹特征提取方法。通过分析连写字母中200多种连写笔画，针对连写字母中复杂弧线笔画的特征，对实时笔迹点按图域、时域二域特征进行关键点提取、笔段提取和综合跟踪分析。通过双域提取关键点，保障了关键点的特征性和提取点数的充足。 3、采用拟合曲线贴近度匹配算法。模板笔画与实写笔画分而治之，模板笔画采取关键点分割提取方法获得可实行范类曲线拟合的模板笔段，不同形状的笔段进行相应的二次曲线、正弦曲线或直线拟合，获得最佳拟合系数参量及对应决定系数R的值，并将其保存为实写笔段跟踪模板。练习者实写笔画通过关键点数目、笔迹走向、笔段提取正误层层把关后，最终与对应模板笔段最佳拟合系数向量还原的范类曲线进行贴近度分析，最终给出对应书写指导意见或评分。 4、针对英文连写特有的，由笔画数目稀少引起的笔画空间逻辑关系敏感的特性，提出与之相适的笔画关系划分与分析过程。对笔画之间简单空间关系，交点关系，给出了具有针对性的描述算法，同时也对可能存在的空间逻辑错误设置相应的错误提示。实验与分析表明，该方法对字母连写笔画跟踪效果具有较强客观性、鲁棒性，其原理同样适用于多于二字母的连写笔画跟踪，也可推广到其他西文文种。
文内图片：系统工作原理

图片说明：结构；语音数据库及教学教室系统等等。而本文重心在于建立英文库及评价指导输出系统。系统概述系统的主旨是进行文字书写智能指导自动教学，系统旨在高度营造字训练时的纸质书写环境。采用“老师—学生”这一技术隐喻，用师向练习者提供文字书写过程指导及评价[40-42]。帮助习字初学者（或初中低年级学生）正确、美观的进行书写，实时纠正他们在书写错误。通过机器实时跟踪用户书写实况，采用提示框或语音等多通时输出指导信息，同时也可保存练习笔迹，通过教室系统将作业内进行评阅。控屏从练习者操作中获取的触摸信息有两种，分别为系统控制和连写自动教学系统的工作原理主要由这两类信息的传送运算体程见图 2.1。
文内图片：系统硬件结构图

图片说明：之后将获得的点迹信息进行适当的前置处理（如黑白去噪、数据归一化）[43]；接下来对坐标信息按笔画的不同进行特征关键点提取，，通过对笔迹关键点进行的跟踪分析得到该条笔画的书写质量评价。若书写有误则停止书写并指出该笔画的错误，若书写正确则继续书写下一笔画。在书写每条笔画时都遵循先纠正笔画错误再纠正笔画关系错误的规则，任何地方出错系统都会阻止练习者继续书写，提交对应的错误指正意见，并通过弹出框和语音提示的形式将修改建议输出。2.2 硬件配置字母连写自动教学的系统支撑为可联网交互的多功能规定格式智能辅导习字系统[38]，该系统的硬件组成和部件关联情况如图 2.2 所示。由于是使用的电阻式触控屏，无墨迹的水笔、签字笔均可用作本系统习字训练用笔，这样的书写方式能更接近日常的纸笔书写习惯，更利于青少年儿童在纸质和触摸屏之间书写适应性的快速过渡，同时避免了使用专用笔，减少了开发成本。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：G623.31;G434

【参考文献】