基于参数控制与运动技能转移的力触觉汉字书写学习系统的开发与研究
发布时间：2020-09-12 09:01
随着计算机技术的不断发展,通过计算机作为媒介来代替人类进行一系列活动的情况越来越多,其中使用力触觉设备进行运动训练已经在越来越多的领域内使用。目前就有使用力触觉设备进行外科手术训练和使用力触觉设备进行书写训练等等。力触觉设备可以反馈给用户真实的力对用户的肌肉器官进行训练,有效的减少训练时间,增强动作记忆,从而很好的帮助用户学习有运动技能。但是,目前现有研究中除了对使用力触觉进行动作教学的实现外大多数是研究视觉和触觉不同感官通道对运动技能学习的影响,对于在使用力触觉设备进行运动训练时具体运动参数的变化的研究很少。由图式理论可知,运动技能的学习是由可变参数和不变参数组成的,所以要使基于力触觉设备进行对外汉字训练更加科学有效,对具体的运动参数定性定量的变化进行研究是十分必要的。针对这些问题,本文基于图式理论对使用力触觉设备进行对外汉字书写教学的具体运动参数训练速度进行了研究。通过建立软件系统对参数进行实验,通过实验总结出具体参数对使用力触觉设备进行对外汉字书写训练的影响。在本次研究中主要研究的参数是书写速度,对书写速度递增和递减时的训练结果进行分析。我们主要使用平均书写速度、提笔时间和字形三方面进行分析。最后寻找使用力触觉设备进行对外汉字书写教学的具体的科学的方法。本文的主要工作如下:(1)对力触觉设备和运动学习等方面的研究进行调查和学习。然后对汉字书写学习等方面的内容进行学习总结。基于图式理论把汉字书写动作的参数分为字形、字体大小、速度、提笔时间等。通过研究确定参数变化的范围。(2)根据所确定的参数和研究目的进行实验过程设计。(3)根据实验过程基于C++和Open Haptics接口开发了针对力触觉设备Geomagic Touch来进行对外汉字书写训练的软件系统来实现实验过程。该系统针对实验设计有主动训练、被动训练和参数控制等功能。(4)使用软件系统邀请在校留学生进行实验,并收集实验数据。最后对实验数据进行整理,去除脏数据,使用SPSS软件对实验数据进行分析。对实验数据进行分析研究后表明,运动参数的定性定量的变化对运动技能的学习具有相应影响,尤其是在提高字形书写的促进作用方面,训练速度的递增对学习运动技能的效果优于训练速度的递减。基于力触觉交互设备,此增量速度的学习方法有利于汉字书写的训练,对于向世界推广汉语,促进对外汉语教学具有一定的实用价值和研究意义。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP311.52
【部分图文】：
互主要是由计算机技术、心理认知和艺术设计三方面组成如出现发展到今天，大致经历了五个阶段：早期的手工作业交互命令语言阶段、图形用户界面(GUI)阶段、多通道多媒。从最开始的通过鼠标、键盘和计算机进行交互，到后来机、平板电脑等等已经非常普及。自从第一台计算机被制历了使用键盘、鼠标和多媒体与鼠标共用三个阶段，为达与环境交互那样自然、准确、快捷，20 世纪 90 年代人机交自然交互（human-computer nature interaction HCNI）阶段[1]，人们对人机交互的需求越来越高，人机交互越来越接近就出现了很多新兴技术，比如说可穿戴设备、机器人等等的有 2012 年 4 月谷歌公司发布的谷歌眼镜、Apple Watch、动鞋。机器人代表性的为 2016 年谷歌公司发布的产品 Alp通过一些设备使人们的操作更加自然，不必刻意的去学习互。
图 2.1 OpenHaptics 工具结构图Figure 2.1 OpenHaptics Toolkit Structure Diagram使用 win10 系统、Visual Studio 2010 和 OpenHaptics3.4.0 来搭建 OpenHaptics的编程环境。通过以下过程使用 HDAPI 创建一个力反馈应用程序：① Initialize the device.② Create a scheduler callback.③ Enable device forces.④ Start the scheduler.⑤ Cleanup the device and scheduler when the application is terminated.为了实现流畅稳定的触觉力反馈，根据程序结构图如图 2.2 所示，一般情况下会默认规定创建的任务将以 1000Hz 的频率运行在优先级高的线程中。
图 2.2 OpenHaptics 程序结构图Figure 2.2 OpenHaptics Program Structure Diagram2.2.1 Haptic Frames为了保证数据访问的一致性，OpenHaptics 提供了一种 Frame 框架结构，反馈给用户的过程一般都是在力反馈帧中处理的，使用 hdBenginFrame 和 hdEndFrame作为访问的开始和结束。在同一帧中多次调用 hdGet 类函数获取信息会得到形同的结果；多次调用 hdSet 类函数设置同一状态，则最后的调用会替代掉以前的。即在帧的结尾所有的属性改变才会得以应用。HDAPI 力反馈程序框架如图 2.3 所示：
本文编号：2817436
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP311.52
【部分图文】：
互主要是由计算机技术、心理认知和艺术设计三方面组成如出现发展到今天，大致经历了五个阶段：早期的手工作业交互命令语言阶段、图形用户界面(GUI)阶段、多通道多媒。从最开始的通过鼠标、键盘和计算机进行交互，到后来机、平板电脑等等已经非常普及。自从第一台计算机被制历了使用键盘、鼠标和多媒体与鼠标共用三个阶段，为达与环境交互那样自然、准确、快捷，20 世纪 90 年代人机交自然交互（human-computer nature interaction HCNI）阶段[1]，人们对人机交互的需求越来越高，人机交互越来越接近就出现了很多新兴技术，比如说可穿戴设备、机器人等等的有 2012 年 4 月谷歌公司发布的谷歌眼镜、Apple Watch、动鞋。机器人代表性的为 2016 年谷歌公司发布的产品 Alp通过一些设备使人们的操作更加自然，不必刻意的去学习互。
图 2.1 OpenHaptics 工具结构图Figure 2.1 OpenHaptics Toolkit Structure Diagram使用 win10 系统、Visual Studio 2010 和 OpenHaptics3.4.0 来搭建 OpenHaptics的编程环境。通过以下过程使用 HDAPI 创建一个力反馈应用程序：① Initialize the device.② Create a scheduler callback.③ Enable device forces.④ Start the scheduler.⑤ Cleanup the device and scheduler when the application is terminated.为了实现流畅稳定的触觉力反馈，根据程序结构图如图 2.2 所示，一般情况下会默认规定创建的任务将以 1000Hz 的频率运行在优先级高的线程中。
图 2.2 OpenHaptics 程序结构图Figure 2.2 OpenHaptics Program Structure Diagram2.2.1 Haptic Frames为了保证数据访问的一致性，OpenHaptics 提供了一种 Frame 框架结构，反馈给用户的过程一般都是在力反馈帧中处理的，使用 hdBenginFrame 和 hdEndFrame作为访问的开始和结束。在同一帧中多次调用 hdGet 类函数获取信息会得到形同的结果；多次调用 hdSet 类函数设置同一状态，则最后的调用会替代掉以前的。即在帧的结尾所有的属性改变才会得以应用。HDAPI 力反馈程序框架如图 2.3 所示：
【参考文献】
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本文编号：2817436
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