筆式界面軟件資源管理模型及其實現(xiàn)

摘 要：針對目前文檔管理模式和WIMP界面交互范式對筆式交互的不足，提出了筆式界面軟件文檔資源管理的統(tǒng)一模型，能夠有效地管理筆式界面軟件所產(chǎn)生的文檔數(shù)據(jù)，并且根據(jù)此模型實現(xiàn)了筆式界面的文檔資源管理系統(tǒng)，采用了PIBG交互范式和實物界面。評估結(jié)果表明，根據(jù)此模型設(shè)計的系統(tǒng)，能夠提高用戶工作的效率，降低用戶的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。

關(guān)鍵詞：筆式界面軟件;資源管理模型;PIBG;實物界面

中圖分類號：TP311.11文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-3695(2007)06-0274-03

筆式界面軟件的易用性使其應(yīng)用越來越廣泛［1，2］，像筆式教學(xué)軟件、筆式會議白板軟件等，這類軟件在運行過程產(chǎn)生了大量的格式化和非格式化的文檔資源。如何對這些文檔進行有效的管理，提高用戶的工作效率，以及如何使不同的筆式界面軟件產(chǎn)生的文檔能互操作成了筆式界面軟件推廣應(yīng)用中急需解決的問題。

對于筆式界面軟件文檔資源管理研究可以分解成兩個問題：（1）對文檔粒度級別如何組織管理；（2）對文檔內(nèi)容粒度級別如何組織管理。當(dāng)前許多應(yīng)用程序?qū)ψ约寒a(chǎn)生的文檔都是交給文件系統(tǒng)進行管理，本身缺乏對文檔管理的功能，造成了用戶需要以前的文檔的時候，要花大量的時間去文件系統(tǒng)里面查找；在文檔內(nèi)容的管理方面，不能有效地體現(xiàn)用戶活動的流程，如一個文檔可能經(jīng)過多個人的修改，在現(xiàn)有的一些辦公軟件中就不能體現(xiàn)，造成用戶對文檔內(nèi)容管理的困難。另外在文檔資源交互界面的層次上，目前WIMP界面呈現(xiàn)資源管理的形式，不適合用筆進行交互。針對這些問題，本文提出了一種適合筆式界面軟件的文檔資源管理模型，提供了筆式界面軟件文檔資源統(tǒng)一的管理模式。在實現(xiàn)層面上，本文采用了實物界面，更便于用戶對文檔的操作［3］。

1 相關(guān)研究

目前國內(nèi)外對于文檔資源管理的研究主要集中在文檔內(nèi)容上的如何分類和WIMP界面上如何呈現(xiàn)文檔資源的視圖結(jié)構(gòu)上。當(dāng)前的主流操作系統(tǒng)對于文件組織管理的模式都是采用層次樹型結(jié)構(gòu)管理模式，采用這種結(jié)構(gòu)管理模式主要存在著以下幾個問題：信息對于用戶呈現(xiàn)不直觀，如果用戶的文件目錄太深則會導(dǎo)致用戶花大量時間逐層瀏覽查找，如果采用操作系統(tǒng)本身提供的查找功能來進行整個磁盤的搜索，又不能為用戶提供即時的結(jié)果；隨著文件的增多，用戶對于如何組織和命名文件夾和文件會產(chǎn)生問題，比如說文件應(yīng)該放在哪個目錄下，內(nèi)容相近的兩個文件如何命名以便于區(qū)分等問題。文獻[4]中的Cone Trees和文獻[5]中的雙曲線瀏覽器Hyperbolic Browser提高了用戶檢索文檔的效率，但是它們同現(xiàn)有資源管理的表現(xiàn)形式存在很大的差異，造成用戶在實際中也很少使用［6，7］。

目前文檔內(nèi)容管理存在著以下問題：（1）每種應(yīng)用程序有自己封閉的文檔格式，造成了不同的文檔很難做到互操作；（2）訪問接口不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)兼容困難或代價太高:不同的文檔處理軟件之間，文件格式互不兼容，在處理過程中要么利用對方組件直接解析，要么自己投入研發(fā)力量從頭到尾地解析對方的格式。雖然國際上針對于辦公軟件提出了OpenDocument［8］的文檔格式標(biāo)準(zhǔn)，但是對于筆跡這種非格式化數(shù)據(jù)還沒有很好地給出定義，另外文檔內(nèi)容組織上對用戶活動流程并不能體現(xiàn)。

針對以上這些問題對于筆式界面軟件產(chǎn)生的文檔也同樣存在，本文提出的筆式界面軟件文檔的統(tǒng)一管理模型“環(huán)境－室－架－夾－件－頁－層－框－內(nèi)容”可以針對于筆式界面軟件很好地解決這些存在的問題。管理模型提供了筆式界面軟件資源統(tǒng)一的組織管理模式和訪問接口并能有效地對多個文檔進行管理。提供了操作文檔統(tǒng)一的對外接口，這樣筆式界面軟件文檔就可以在不同的筆式界面軟件中使用。

另外在文檔管理呈現(xiàn)界面上，操作系統(tǒng)對于管理文檔資源的呈現(xiàn)都是基于傳統(tǒng)的WIMP（Window + Icon + Menu + Point）交互界面范式，適合于鼠標(biāo)的點擊和鍵盤的按鍵操作，但是對于筆式界面軟件來說，不能發(fā)揮筆容易勾畫和拖拽等特點。在筆式界面軟件中，筆是用戶的主要交互設(shè)備，用戶的交互動作不再是單純的點擊，而是以筆的勾畫為主，輔助以點擊等多種交互動作。所以在對文檔資源管理的實現(xiàn)層次和在對文檔交互上，本文采用了筆者實驗室提出的PIBG（Physical Object，Icon，Button，Gesture）交互范式［1］；設(shè)計了以用戶日常活動中所處的場景作為交互的實物界面，同WIMP界面相比較減輕了用戶的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，提高了工作效率。

2 筆式界面軟件資源管理模型

2.1 筆式界面軟件資源管理模型

筆式界面軟件的資源主要是指：筆式界面軟件產(chǎn)生的內(nèi)容數(shù)據(jù)（如筆跡、文本）以及導(dǎo)入的圖片和媒體資源。本文根據(jù)用戶在物理世界中的對文檔管理的模式抽象出了“環(huán)境－室－架－夾－件－頁－層－框－內(nèi)容”多層次模型應(yīng)用在數(shù)字領(lǐng)域的資源管理上。這個管理模型分成兩部分：一部分是為了實現(xiàn)在文檔粒度級別的管理，“環(huán)境－室－架－夾－件”；另外一部分是實現(xiàn)文檔不同內(nèi)容粒度級別的管理，“頁－層－框－內(nèi)容”；對文檔管理的粒度管理模型，主要是根據(jù)現(xiàn)實世界中用戶工作的環(huán)境提出來的，對應(yīng)著用戶工作環(huán)境中的實物，也是同現(xiàn)實生活中用戶管理文檔模式相一致的，這樣有利于在界面上實現(xiàn)用戶對應(yīng)的友好自然的交互界面。下面逐一描述每層的內(nèi)容。

(1)“環(huán)境”是用戶工作生活的所有空間，它主要用來管理室；

(2)“室”對應(yīng)現(xiàn)實世界中辦公室，資料室，會議室等，主要是進行活動的一些場所，也是管理相關(guān)文檔的場所；(3)“架”對應(yīng)于現(xiàn)實世界中的書架，是存放相關(guān)文檔的地方；

(4)“夾”對應(yīng)于文件夾，是對相關(guān)文檔進行分類管理的地方，它用來存放某次相關(guān)活動的一些文檔（譬如一位兼職數(shù)門科目的老師，他可能放置數(shù)學(xué)夾、語文夾等）；

(5)“件”對應(yīng)于具體的文件，它是某一次活動產(chǎn)生的文檔；（如對于一位老師來說它可能是一堂課的課件）；

筆式界面軟件產(chǎn)生的文檔內(nèi)容主要包括：文本、圖形、原始筆跡、插入的媒體等資源。結(jié)合實際生活中紙介質(zhì)的特性以及用戶對文檔處理活動過程，對內(nèi)容按照“頁－層－框－內(nèi)容”層次進行管理。

(6)“頁”對應(yīng)于現(xiàn)實文檔中的頁，它是組成件的基本單元；

(7)“層”是“頁”的組成單元。層的作用主要是針對文檔交流過程中，用戶可能對文檔進行批注、修改或其他的交互活動，用不同的層來管理文檔交互過程中不同的活動內(nèi)容；

(8)“框”的類型有多種，主要分為文本框（存放文本的框），圖形框（存放不同幾何形狀的框），圖片框（存放不同格式圖片的框），Ink框（存放筆跡的框），其他對象框（存放插件等其他對象的框），用不同的框來組成層；

(9)“內(nèi)容”是框中要存放的具體的數(shù)據(jù)。

以上描述了筆式界面軟件文檔資源管理的模型，它是一個層次的包含關(guān)系，邏輯結(jié)構(gòu)如圖１所示。

圖1 資源管理模型的邏輯結(jié)構(gòu)

這種組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于符合人們?nèi)粘Ｉ钪型瓿扇蝿?wù)的習(xí)慣，如用戶要完成查看或創(chuàng)建一個文檔的任務(wù)，首先進入相應(yīng)的房間，然后從書架進入某一個夾，選擇或創(chuàng)建想要的文件，進入相應(yīng)的筆式界面軟件開始書寫勾畫。

2.2 管理模型的實現(xiàn)

2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

筆者在Visual C++環(huán)境下開發(fā)實現(xiàn)了筆式界面軟件資源管理系統(tǒng)。資源管理系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，系統(tǒng)中的類結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 系統(tǒng)的類結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)主要由四個模塊組成，(1)環(huán)境、室、架、夾、件資源管理模塊，它實現(xiàn)了對文檔粒度級別的組織管理；(2)頁、層、框、內(nèi)容資源管理模塊，它實現(xiàn)了對文檔內(nèi)容粒度級別的組織管理；(3)資源管理模塊，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)以上兩個模塊中數(shù)據(jù)的一致性和完整性；(4)對外接口模塊，它提供給筆式界面軟件對資源進行管理的統(tǒng)一的接口。

因為“環(huán)境”“室”“架”“夾”和“件”模型的信息都是格式化的數(shù)據(jù)（數(shù)字類型、字符類型等），所以本文采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫來管理。數(shù)據(jù)庫的成熟技術(shù)可以提供高效地查詢和搜索。

系統(tǒng)采用了XML語言來定義“頁”“層”“框”和“內(nèi)容”的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)。XML的優(yōu)點在于它是將真實的數(shù)據(jù)從視覺表象中分離出來的一種方法，讓信息可以重新組織、編程和編輯；它具有的開放性和分離性有利于不同系統(tǒng)之間的信息交流，而且這種基于XML的結(jié)構(gòu)支持存儲類型的可擴展性，當(dāng)有新的數(shù)據(jù)類型加入時，可以進行相應(yīng)的擴充。在實現(xiàn)過程中采用了XML Schema、XQuery、Xpath等技術(shù)。其中XML Schema描述和驗證了模型結(jié)構(gòu)的合理性，采用XQuery進行XML文檔的查詢，采用XPath可以方便地找到XML結(jié)構(gòu)文檔樹中的任意一個節(jié)點。

在文檔內(nèi)容級別的實現(xiàn)中，系統(tǒng)采用了文檔樣式和文檔內(nèi)容分離的方法。樣式與內(nèi)容分離開來表示，通過映射聯(lián)系起來，雖然格式相對復(fù)雜，但層次較為清晰。樣式單獨保存有利于提高數(shù)據(jù)表達信息的效率，并且方便對樣式和內(nèi)容分別進行處理。例如在實現(xiàn)文本框模型的時候，將框的內(nèi)容和樣式分離開來表示，即將框中文字的內(nèi)容和文字的樣式屬性（字體，字號，顏色等）分開存儲在不同的結(jié)構(gòu)中。如果要查詢文本框中的內(nèi)容就只需要查找文字內(nèi)容，而不需要知道文字的其他屬性。

2.2.2 界面設(shè)計

鼠標(biāo)和筆有著不同的特點：鼠標(biāo)重量大，穩(wěn)定性好，因此做直線運動快速準(zhǔn)確，適合菜單的選擇和點擊，而筆非常輕巧，適合小范圍的曲線運動，因此用筆可以輕易地進行勾畫，從而完成各種Gesture的動作，而對于鼠標(biāo)來說，這些勾畫動作是很難做到的。因而筆式界面軟件資源管理界面在設(shè)計時采用了以實物作為標(biāo)記的實物界面，它利于發(fā)揮筆易于勾畫和拖拽的特點。例如進行“刪除”動作，可以用筆在界面的實物上畫不規(guī)則的折線進行刪除，或者通過點擊選中，然后拖拽至垃圾桶進行刪除；進行“移動”操作時，可以用筆選中然后直接拖拽至目的地等。

根據(jù)筆的特點，筆式界面軟件資源管理模型的界面主要根據(jù)PIBG交互范式進行設(shè)計。PIBG交互范式中的P、I、B、G分別與WIMP范式的W、I、M、P相對應(yīng)。在PIBG范式中，承載應(yīng)用信息的交互組件由窗口（Window）變?yōu)槲锢韺ο螅≒hysical Object），P是這一類交互組件的統(tǒng)稱。I（Icon）、B（Button）表示此范式中與具體語義無關(guān)的直接操縱組件。在PIBG范式中摒棄了菜單類的交互組件，盡量多地使用圖標(biāo)和按鈕，這樣可以大大增加直接操縱在整個交互方式中的比例，提高系統(tǒng)的操作效率。G表示Gesture，是指此范式中所采用的主要交互方式。與WIMP交互方式比較，用戶的交互動作由鼠標(biāo)的點擊變?yōu)楣P的Gesture［1］。

3 應(yīng)用實例

筆者根據(jù)上文提出的筆式界面軟件資源管理模型和PIBG交互范式，針對教師的教學(xué)活動設(shè)計了對教師資源進行管理的系統(tǒng)。

圖4 資源管理模型界面一

圖4是室、架、夾、件模型的呈現(xiàn)界面，反映了文檔粒度級別的資源管理。在圖4左邊所示的界面中可以對架和夾用筆進行添加、刪除、修改等操作，點擊相應(yīng)的夾進入圖4右邊所示的界面，可以對夾中的件進行操作。

圖5 資源管理模型界面二

圖5是頁、層、框模型的呈現(xiàn)界面，反映了文檔內(nèi)容粒度級別的資源管理。圖的左邊是件中頁的縮略圖列表，右邊顯示的是對應(yīng)選中某頁的層、框以及框里的內(nèi)容。

從圖4、5可以看出，教師資源管理系統(tǒng)采用的實物界面，具有直觀、形象、易于使用的優(yōu)點并且有利于筆的操作，例如新建夾的操作，可以通過用筆點擊架上空白夾重新命名即可實現(xiàn)；刪除夾的操作，可以通過用筆在相應(yīng)的夾上畫不規(guī)則折線或?qū)⑵渫献е晾爸衼韺崿F(xiàn)。

本文對這個系統(tǒng)從系統(tǒng)的易學(xué)性、效率、出錯率和用戶滿意程度四個方面進行了測試評估［9］。與傳統(tǒng)的WIMP范式相比較，超過80%的用戶感覺這種資源管理模型和呈現(xiàn)方式更符合以往在紙筆環(huán)境下形成的交互習(xí)慣，因此使用起來效率更高，交互更加自然。

4 結(jié)束語

本文討論了目前在筆式界面軟件資源管理中存在的問題，提出了適合于筆式界面軟件的統(tǒng)一的資源管理模型。并根據(jù)資源管理模型和PIBG范式提出了資源管理的界面呈現(xiàn)方式。對于筆式界面軟件的開發(fā)和應(yīng)用有著積極的意義。在使用本模型的筆式界面軟件開發(fā)和應(yīng)用過程中，提高了開發(fā)效率，樂于為用戶接受，驗證了本模型的有效性。

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