筆式界面軟件資源管理模型及其實現

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一模型，能夠有效地管理筆式界面軟件所產生的文檔數據，并且根據此模型實現了筆式界面的文檔資源管理系統，采用了PIBG交互范式和實物界面。評估結果表明，根據此模型設計的系統，能夠提高用戶工作的效率，降低用戶的認知負擔。

關鍵詞：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用越來越廣泛［1，2］，像筆式教學軟件、筆式會議白板軟件等，這類軟件在運行過程產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生的文檔能互操作成了筆式界面軟件推廣應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）對文檔內容粒度級別如何組織管理。當前許多應用程序對自己產生的文檔都是交給文件系統進行管理，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里面查找；在文檔內容的管理方面，不能有效地體現用戶活動的流程，如一個文檔可能經過多個人的修改，在現有的一些辦公軟件中就不能體現，造成用戶對文檔內容管理的困難。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一的管理模式。在實現層面上，本文采用了實物界面，更便于用戶對文檔的操作［3］。

1 相關研究

目前國內外對于文檔資源管理的研究主要集中在文檔內容上的如何分類和WIMP界面上如何呈現文檔資源的視圖結構上。當前的主流操作系統對于文件組織管理的模式都是采用層次樹型結構管理模式，采用這種結構管理模式主要存在著以下幾個問題：信息對于用戶呈現不直觀，如果用戶的文件目錄太深則會導致用戶花大量時間逐層瀏覽查找，如果采用操作系統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生問題，比如說文件應該放在哪個目錄下，內容相近的兩個文件如何命名以便于區分等問題。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，但是它們同現有資源管理的表現形式存在很大的差異，造成用戶在實際中也很少使用［6，7］。

目前文檔內容管理存在著以下問題：（1）每種應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）訪問接口不統一、數據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］的文檔格式標準，但是對于筆跡這種非格式化數據還沒有很好地給出定義，另外文檔內容組織上對用戶活動流程并不能體現。

針對以上這些問題對于筆式界面軟件產生的文檔也同樣存在，本文提出的筆式界面軟件文檔的統一管理模型“環境－室－架－夾－件－頁－層－框－內容”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界面上，操作系統對于管理文檔資源的呈現都是基于傳統的WIMP（Window + Icon + Menu + Point）交互界面范式，適合于鼠標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知負擔，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：筆式界面軟件產生的內容數據（如筆跡、文本）以及導入的圖片和媒體資源。本文根據用戶在物理世界中的對文檔管理的模式抽象出了“環境－室－架－夾－件－頁－層－框－內容”多層次模型應用在數字領域的資源管理上。這個管理模型分成兩部分：一部分是為了實現在文檔粒度級別的管理，“環境－室－架－夾－件”；另外一部分是實現文檔不同內容粒度級別的管理，“頁－層－框－內容”；對文檔管理的粒度管理模型，主要是根據現實世界中用戶工作的環境提出來的，對應著用戶工作環境中的實物，也是同現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用戶對應的友好自然的交互界面。下面逐一描述每層的內容。

(1)“環境”是用戶工作生活的所有空間，它主要用來管理室；

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

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

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

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

(6)“頁”對應于現實文檔中的頁，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)“內容”是框中要存放的具體的數據。

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系，邏輯結構如圖１所示。

圖1 資源管理模型的邏輯結構

這種組織結構的優點在于符合人們日常生活中完成任務的習慣，如用戶要完成查看或創建一個文檔的任務，首先進入相應的房間，然后從書架進入某一個夾，選擇或創建想要的文件，進入相應的筆式界面軟件開始書寫勾畫。

2.2 管理模型的實現

2.2.1 系統結構

筆者在Visual C++環境下開發實現了筆式界面軟件資源管理系統。資源管理系統的系統結構圖如圖2所示，系統中的類結構圖如圖3所示。

圖2 系統結構圖

圖3 系統的類結構圖

系統主要由四個模塊組成，(1)環境、室、架、夾、件資源管理模塊，它實現了對文檔粒度級別的組織管理；(2)頁、層、框、內容資源管理模塊，它實現了對文檔內容粒度級別的組織管理；(3)資源管理模塊，它負責協調以上兩個模塊中數據的一致性和完整性；(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一的接口。

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

系統采用了XML語言來定義“頁”“層”“框”和“內容”的數據存儲結構。XML的優點在于它是將真實的數據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之間的信息交流，而且這種基于XML的結構支持存儲類型的可擴展性，當有新的數據類型加入時，可以進行相應的擴充。在實現過程中采用了XML Schema、XQuery、Xpath等技術。其中XML Schema描述和驗證了模型結構的合理性，采用XQuery進行XML文檔的查詢，采用XPath可以方便地找到XML結構文檔樹中的任意一個節點。

在文檔內容級別的實現中，系統采用了文檔樣式和文檔內容分離的方法。樣式與內容分離開來表示，通過映射聯系起來，雖然格式相對復雜，但層次較為清晰。樣式單獨保存有利于提高數據表達信息的效率，并且方便對樣式和內容分別進行處理。例如在實現文本框模型的時候，將框的內容和樣式分離開來表示，即將框中文字的內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構中。如果要查詢文本框中的內容就只需要查找文字內容，而不需要知道文字的其他屬性。

2.2.2 界面設計

鼠標和筆有著不同的特點：鼠標重量大，穩定性好，因此做直線運動快速準確，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計時采用了以實物作為標記的實物界面，它利于發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。

根據筆的特點，筆式界面軟件資源管理模型的界面主要根據PIBG交互范式進行設計。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。在PIBG范式中，承載應用信息的交互組件由窗口（Window）變為物理對象（Physical Object），P是這一類交互組件的統稱。I（Icon）、B（Button）表示此范式中與具體語義無關的直接操縱組件。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的點擊變為筆的Gesture［1］。

3 應用實例

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

圖4 資源管理模型界面一

圖4是室、架、夾、件模型的呈現界面，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、框模型的呈現界面，反映了文檔內容粒度級別的資源管理。圖的左邊是件中頁的縮略圖列表，右邊顯示的是對應選中某頁的層、框以及框里的內容。

從圖4、5可以看出，教師資源管理系統采用的實物界面，具有直觀、形象、易于使用的優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；刪除夾的操作，可以通過用筆在相應的夾上畫不規則折線或將其拖拽至垃圾桶中來實現。

本文對這個系統從系統的易學性、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方式更符合以往在紙筆環境下形成的交互習慣，因此使用起來效率更高，交互更加自然。

4 結束語

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一的資源管理模型。并根據資源管理模型和PIBG范式提出了資源管理的界面呈現方式。對于筆式界面軟件的開發和應用有著積極的意義。在使用本模型的筆式界面軟件開發和應用過程中，提高了開發效率，樂于為用戶接受，驗證了本模型的有效性。

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