一種基于指活動特性的虛擬盤式鍵盤鍵提取方法

一種基于指活動特性的虛擬盤式鍵盤鍵提取方法

手機(jī)觸摸技術(shù)是未來手機(jī)行業(yè)的一項重要技術(shù)。相對物理鍵盤手機(jī),字符輸入一直都是觸屏手機(jī)表現(xiàn)不能讓用戶滿意的部分。隨著觸屏技術(shù)的發(fā)展,人們拋棄了在觸摸屏上采用觸筆,而是更喜歡用手指來直接觸摸虛擬按鍵而選擇命令。1虛擬盤問控制Canalys公司數(shù)據(jù)顯示,2009年第四季度,55%的智能手機(jī)采用觸摸屏。2009年,觸摸屏智能手機(jī)出貨量為7500萬部,相當(dāng)于2008年出貨量的2倍多。毫無疑問,直接在屏幕上的操控比通過物理鍵盤的操控,要更加方便快捷,更加符合人機(jī)交互的邏輯。觸屏技術(shù)被認(rèn)為是未來手機(jī)行業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)之一?，F(xiàn)有的觸摸屏技術(shù)正在經(jīng)歷著從觸筆操作到拇指操作的變化。由于使用觸筆操作不但需要更多的時間而且還需要另一只手的輔助,越來越多的人愿意選擇他們的拇指來控制觸屏手機(jī)。雖然這種方式帶來了操作上的方便,它也增加目標(biāo)定位的時間以及目標(biāo)提取(TargetAcquisition)的錯誤率。造成這種現(xiàn)象的原因主要有以下兩個方面:(1)拇指在按下時對屏幕上提取目標(biāo)的覆蓋;(2)拇指在定義選擇點時的模糊性。當(dāng)用戶在完成字符輸入等系列性任務(wù)(Serialtask)時,這種誤操作將使控制效率進(jìn)一步下降。據(jù)研究顯示,使用單手拇指在觸屏上完成離散性任務(wù)時觸摸目標(biāo)的大小不應(yīng)當(dāng)小于9.2mm;在完成系列性任務(wù)時,觸摸目標(biāo)的大小不應(yīng)當(dāng)小于9.6mm。由于手機(jī)產(chǎn)品自身在大小上的嚴(yán)格限制,單純增加按鍵面積的方法很難滿足手機(jī)界面元素豐富多彩的要求。本文提出一種基于拇指移動方向的虛擬鍵盤按鍵提取方法。該方法利用擴(kuò)展的提示框技術(shù),當(dāng)用戶按下時在觸摸點的上方顯示觸摸點及其周邊八個方向上的按鍵信息。然后利用拇指抬起時的移動方向分析技術(shù)對按鍵操作進(jìn)一步的修正。如果按鍵太小導(dǎo)致首次點擊選擇錯誤,用戶可在手指抬起時利用移動方向和提示框信息再次選擇正確的按鍵。這種方法在正常點擊的情況下增加按鍵區(qū)域提示信息,但并不增加按鍵的選擇復(fù)雜度。因此,它在降低錯誤按鍵選擇率的基礎(chǔ)上還保證了正確按鍵選擇的輸入速度。2采用單一鑒別觸屏技術(shù)是未來手機(jī)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。相對物理鍵盤手機(jī),字符輸入一直都是觸屏手機(jī)表現(xiàn)不能讓用戶滿意的部分。有種單手觸摸屏輸入技術(shù)把鍵盤上眾多的輸入元素根據(jù)功能分成數(shù)字模組、字母模組、漢字模組、標(biāo)點符號模組及功能選取模組,通過單一模組的少數(shù)按鍵的顯示,可大幅簡化手寫屏幕上按鍵數(shù)量,并令按鍵面積加大。由于字符輸入的內(nèi)容大多都包含各種各樣的輸入元素,在實際的使用過程中需要頻繁地在各功能模組之間切換。這種操作降低了輸入效率而且增加了系統(tǒng)的調(diào)度負(fù)擔(dān)。另外一種方法把輸入元素集中到12個按鍵上,每個按鍵代表多個輸入元素。按鍵數(shù)目的減少,按鍵的面積可以達(dá)到單手輸入時的大小要求。這種輸入方法在每次輸入元素時都需要導(dǎo)航鍵的輔助才能準(zhǔn)確定位到目標(biāo)元素。這使按鍵輸入速度無法與直接點擊輸入相比。3按下掛鉤法設(shè)計3.1目標(biāo)鍵一:指紋與觸屏的接觸區(qū)域相對使用觸筆操作,拇指與觸屏的接觸面積要大很多。如圖1所示:覆蓋性問題:當(dāng)選擇鍵盤上某一目標(biāo)按鍵時,拇指與觸屏的接觸區(qū)域?qū)⒏采w目標(biāo)及其周圍的按鍵。因此,用戶將不能準(zhǔn)確判斷當(dāng)前按鍵是否就是所需要的目標(biāo)按鍵。定位模糊問題:比起觸筆,拇指與觸屏的接觸區(qū)域要大很多。有效的觸摸點將是觸摸區(qū)域中的任何一點,用戶很難將有效觸摸點與目標(biāo)按鍵對應(yīng)起來。3.2指紋起落架分析技術(shù)我們利用提示框技術(shù),當(dāng)用戶按下時在觸摸點的上方顯示觸摸點及其周邊八個方向上的按鍵信息。用戶通過提示框確認(rèn)當(dāng)前所選按鍵是否為目標(biāo)按鍵。在此基礎(chǔ)上利用拇指抬起時的移動方向分析技術(shù)對按鍵操作進(jìn)一步的修正。如果由于按鍵太小導(dǎo)致首次點擊選擇錯誤,用戶可在手指抬起時利用移動方向和提示框信息重新選擇正確的按鍵。這種方法在正常點擊的情況下增加按鍵區(qū)域提示信息,但并不增加按鍵的選擇復(fù)雜度。因此,它在降低錯誤按鍵選擇率的基礎(chǔ)上還保證了正確按鍵選擇的輸入速度。判斷1:用戶通過提示框確認(rèn)當(dāng)前所選按鍵是否為目標(biāo)按鍵判斷2:滑動距離是否大于設(shè)定的閾值。用以防止拇指抬起時無意的小范圍滑動造成誤操作。3.3選擇正確的鍵以選鍵針對使用拇指操作虛擬鍵盤時所產(chǎn)生的覆蓋性問題,我們使用提示框顯示觸摸點所對應(yīng)的當(dāng)前按鍵及其周圍按鍵信息。如圖3所示:提示框中第5格為觸摸點所對應(yīng)的當(dāng)前所選按鍵,其余為當(dāng)前所選按鍵周圍八個方向上的按鍵信息。圖4所示為虛擬鍵盤的按鍵結(jié)構(gòu)圖,直線L把鍵盤分為左右兩部分。當(dāng)觸摸點在左邊區(qū)域時,提示框在拇指的右上方;當(dāng)觸摸點在右邊區(qū)域時,提示框在拇指的左上方。這種方法可以使提示框盡量顯示在屏幕中間區(qū)域,減少提示框的活動范圍,從而避免提示框的頻繁晃動導(dǎo)致用戶注意力的分散。由于拇指生理活動能力的限制,圖4所示黑色按鍵為拇指較難觸及的按鍵。用戶可以利用滑動提取目標(biāo)按鍵。這種方法減少拇指的點擊活動范圍,提高了輸入效率。3.4平均錯誤率和前以后進(jìn)方數(shù)當(dāng)首次選擇按鍵錯誤時,用戶需要通過手指向某一個方向滑動來選擇周邊字符中正確的一個。由于受生理活動特性的限制,拇指在選擇某些特定方向的目標(biāo)時會產(chǎn)生比較高的失誤率。表1是拇指在各個方向上選擇的平均錯誤率:由表1可以看出拇指在選擇NW、SE方向上的目標(biāo)時錯誤率高于其他方向,在對角線方向上的錯誤率明顯高于水平和豎直方向。滑動結(jié)束時,以初始觸摸點為坐標(biāo)原點,手指離開虛擬鍵盤區(qū)域時的觸摸點為終點,計算實際的滑動角度。選擇滑動角度對應(yīng)方向上的按鍵為目標(biāo)提取按鍵。由于可以在拇指按下后通過滑動再次選擇當(dāng)前按鍵周圍八個方向上的其他按鍵,用戶在按下時只要求觸摸點落在目標(biāo)按鍵及其周圍幾個按鍵的范圍內(nèi)。這種方法解決了拇指控制虛擬鍵盤的定位模糊問題。4提取方法4.1檢查點中出現(xiàn)“操作”從程序的角度來看,MTK平臺的觸摸屏的操作方式分為三級:硬件級、驅(qū)動級、MMI(人機(jī)交互)級:硬件級:由觸摸屏硬件產(chǎn)生,大部分情況下硬件只會產(chǎn)生一種操作方式,至于具體是按下還是抬起由驅(qū)動自己判斷。驅(qū)動級:驅(qū)動收到硬件通知后,先依據(jù)前一次操作以確定當(dāng)前是點下還是放開(點下后一定是放開,放開后一定是點下),若是點下則啟動定時器,然后以一定頻率產(chǎn)生另外的操作如“移動”、“長按”、“重復(fù)”等等。每生成一個新的操作,驅(qū)動都會立即從硬件讀取觸摸點的當(dāng)前坐標(biāo),然后將操作方式與觸摸點坐標(biāo)一起保存起來,并通知MMI盡快處理。MMI級:基本上與驅(qū)動級操作一一對應(yīng)。4.2系統(tǒng)操作及操作如圖5所示:在獲得驅(qū)動層觸摸點消息后,系統(tǒng)MMI層調(diào)用MMI層坐標(biāo)轉(zhuǎn)換函數(shù)提取驅(qū)動層發(fā)送的觸摸點位置信息并轉(zhuǎn)化為MMI層的位置信息。消息轉(zhuǎn)換函數(shù)提取觸摸點消息并根據(jù)消息狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的操作。如果系統(tǒng)所發(fā)事件是按下事件(MMI_PEN_EVENT_DOWN),系統(tǒng)根據(jù)觸摸點坐標(biāo)及虛擬鍵盤區(qū)域信息調(diào)用當(dāng)前按鍵信息提取函數(shù)獲得被選按鍵及其周圍八個方向上的按鍵信息。虛擬鍵盤區(qū)域信息包括按鍵信息和按鍵分布信息。然后,調(diào)用提示框函數(shù)顯示當(dāng)前按鍵及其周圍按鍵信息。如果系統(tǒng)所發(fā)事件是移動事件(MMI_PEN_EVENT_MOVE),系統(tǒng)根據(jù)拇指滑動方向及當(dāng)前所選按鍵信息提取新的按鍵。如果系統(tǒng)所發(fā)事件是抬起事件(MMI_PEN_EVENT_UP),系統(tǒng)確認(rèn)當(dāng)前所選按鍵并把按鍵所對應(yīng)的字符信息存儲在當(dāng)前所選按鍵信息結(jié)構(gòu)體中。最后系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前所選按鍵信息結(jié)構(gòu)體重的位置信息判斷。如果當(dāng)前按鍵是功能性按鍵,則執(zhí)行相應(yīng)的按鍵功能;如果當(dāng)前按鍵是字符按鍵,系統(tǒng)把相應(yīng)的字符插入到輸入字符序列中。5實驗1:網(wǎng)上鍵提取實驗圖6所示為本文所提虛擬鍵盤按鍵提取方法在MTK平臺上的效果圖。定義以下評估按鍵提取方法優(yōu)劣的指標(biāo):按鍵提取錯誤率EP:輸入過程中錯誤按鍵數(shù)目NC與按鍵總數(shù)目N的比值,NC/N。輸入速率V:輸入時間T與輸入字符數(shù)CN之間的比值,T/CN。MTK平臺自帶了的兩種按鍵提取方法。它們分別是以高亮和簡單提示框(只顯示當(dāng)前選擇按鍵)為提示信息的點擊式按鍵提取方法。我們把以高亮為提示信息的點擊式按鍵提取方法記為輸入法1,以簡單提示框為提示信息的按鍵提取方法記為輸入法2。本文所提按鍵提取方法記為輸入法3。實驗1:分別使用MTK平臺自帶的兩種虛擬鍵盤按鍵提取方法及本文所提的按鍵提取方法輸入本文摘要部分的英文版。統(tǒng)計在各種按鍵提取方法下的按鍵錯誤率。本文摘要部分的英文版由667個字符和26個空格組成。由圖7可以看出在錯誤率方面,本文所提按鍵提取方法比MTK默認(rèn)的兩種提取方法分別降低了60.7%和41.5%。實驗2:分別使用MTK平臺自帶的兩種虛擬鍵盤按鍵提取方法及本文所提的按鍵提取方法輸入本文標(biāo)題部分的中文版和英文版。統(tǒng)計在各種按鍵提取方法下的輸入時間。本文的標(biāo)題部分中文版由16個漢字組成,英文版由58個字母及八個空格組成。由圖8看出,本文所述按鍵提取方法在中文狀態(tài)下的輸入時間相對MTK默認(rèn)的兩種提取方法分別縮短了48.8%和30.5%;在英文狀態(tài)下的輸入時間則分別縮短了42.1%和26.9%。因為本文均采用相同的字符來統(tǒng)計輸入時間,所以輸入速度與輸入時間完全成反比。由此可以看出本文所提方法的輸入速度及精確度均明顯高于MTK自帶的按鍵提取方法。6正確的操作選擇率和輸入速度本文針對現(xiàn)有觸屏手機(jī)按鍵提取方法在使用拇指操作虛擬鍵盤時所體現(xiàn)出來的不足,在MTK平臺上設(shè)計并