一種多功能軟鍵盤的設計

中船重工第七一六研究所 陳國華

引言

隨著電子計算機技術的飛速發展，人們對人機交互的方式也提出了更高的要求。人機交互方式已經不再局限于傳統的鍵盤、鼠標、手寫板、語音輸入等，人機交互方式將變得越來越多樣化[1]。目前，觸摸屏技術已廣泛應用于各種個人便攜式電子產品、公共信息查詢設備、電子游戲、通訊設備、自動化辦公等，已成為最受歡迎的人機交互方式。軟件盤是應用于觸摸屏上的重要信息輸入工具，它可以代替傳統物理鍵盤，通過點擊顯示在屏幕上的按鍵完成字母、數字、符號、漢字等不同內容的輸入以及其他操作[2]。JARI-Works操作系統是中船重工第716研究所自主研發的實時嵌入式操作系統，具備強實時內核與高效人機交互跨界融合支撐能力、多核實時任務管理與并行計算支撐能力、可快速安裝與部署等特點，特別適合輕量級的人機交互設備。Qt是挪威的Trolltech公司開發的一款跨平臺的基于C++的圖形界面開發軟件，它提供給應用程序開發者建立藝術級的圖形用戶界面所需的所有功能[3]。Qt完全面向對象，很容易進行擴展，并且允許真正的組件編程。本文介紹在JARI-Works操作系統下基于Qt的軟件盤的設計和實現方法，該鍵盤功能全面，界面美觀、操作簡單，可以實現字母、符號、拼音、手寫、語音等多種輸入方式，可以應用于基于JARI-Works操作系統的觸摸屏設備。

1.Qt的設計方法

Qt擁有一系列窗體，可提供標準的GUI功能。Qt也提供事件模型用來處理鼠標、按鍵等用戶操作[4]。另外，Qt有3中特殊的通信機制：QCOP協議、信號-槽機制和FIFO機制等，其中信號-槽機制是Qt的核心機制。信號和槽是一種高級接口，應用于對象之間的通信，取代了傳統的回調函數方式，具有更好的安全性。當某個信號對其客戶或所有者的內部狀態發生改變，信號被一個對象發射[5]。只有定于過這個信號的類及其派生類能夠發射這個信息。通過調用QObject對象的connect函數來將某個對象的信號與另外一個對象的槽函數相關聯，這樣當一個信號被發射時，與其相關聯的槽將被立刻執行，就像一個正常的函數調用一樣。如圖1所示，信號和槽之間可以一對一，一對多，多對一，多對多，還可以信號觸發信號，非常靈活易用。

圖1 Qt信號與槽的關系圖

2.多功能軟鍵盤的設計

多功能軟鍵盤包含了字母、數字、符號、拼音、手寫、語音等多種人機交互方式，具有美觀、簡潔、易用等特點，因此，軟鍵盤的按鍵設計和布局顯得尤為重要。鍵盤總體布局沿用傳統的鍵盤布局模式，由于鍵盤兼顧多種輸入方法，需要將輸入鍵和功能鍵區分出來。其中，功能鍵包括回車鍵、退格鍵、空白鍵、輸入法切換鍵和符號/數字切換鍵，這5個鍵作為公共鍵，每種輸入方式都需要配置。輸入法切換鍵采用簡單的輪詢的方式，每按一次，切換一種輸入法。在每種輸入法使用過程可以按符號/數字切換鍵后將進入符號/數字界面，再按一次則返回到原輸入法界面。下面將對各種輸入方式進行分析：

英文字母輸入法：英文字母輸入比較簡單，主要包括26個英文字母鍵，通過Caps切換字母大小寫。

拼音輸入法：拼音輸入法包括輸入區和漢字候選區，輸入區為26個字母鍵，候選區在沒有任何輸入時不可見，當有輸入時才顯示。拼音輸入法具有聯想功能，輸入若干個拼音首字母，候選區則排列出符合條件的多個詞組。可以按移動鍵進行瀏覽選擇，若按空白鍵則默認選第一個漢字詞組，若按回車鍵則默認字母直接輸入。

手寫輸入法：手寫輸入法主要包括手寫區、文字候選區和一些簡單的功能鍵。手寫區用于用戶在該區域書寫要輸入的內容，通過系統識別后在文字候選區顯示出來，候選區類似拼音的候選區，用戶可以瀏覽并選擇滿足要求的內容。另外，在手寫輸入的過程，用戶可以通過回撤鍵撤除最后一個筆畫輸入，通過清除鍵清除當前手寫區。手寫具有默認選擇功能，在用戶書寫過程停頓一秒中以上，系統將認為書寫已經結束，用戶再次書寫時，系統默認選擇候選區的第一個內容作為上次的輸入結果。

語音輸入法：語音輸入法也比較簡單，主要包括輸入按鈕和候選區，用戶通過按住輸入按鈕后進行語音輸入，系統在候選區顯示用戶輸入的文字，用戶可以選擇滿足要求的輸入內容。

符號/數字輸入：用戶進行符號/數字輸入界面時，可以輸入符號和數字，其中符號分為中英文符號，通過中英文切換鍵進行切換。

下面圖2為軟鍵盤英文字母輸入法界面，圖3為軟鍵盤拼音輸入法界面：

圖2 軟鍵盤英文字母輸入法界面

圖3 軟鍵盤拼音輸入法界面

3.多功能軟鍵盤的實現

3.1 塊的劃分與實現

多功能軟鍵盤的主要采用Qt來編程實現，根據前面對軟鍵盤主要功能特點的分析以及Qt編程的優勢，采用模塊化的方法來實現。定義BaseKeyBorad類為基礎類，主要功能包括鍵盤的基本框架和公共按鍵的定義，其他模塊包括LetterKeyBoard類、PinyinKeyBoard類、HandKeyBoard類、SoundKeyBoard類、SignKeyBoard類都繼承BaseKeyBorad類，除了實現公共按鍵的功能外，還需要實現自身特有的按鍵功能。主要功能模塊之間的類關系圖如下圖4所示。

圖4 主要功能模塊之間的類關系圖

3.2 按鍵事件的實現

軟鍵盤要實現的接口函數最多的是按鍵的按下與釋放事件，在某個按鍵被按下或釋放的時候發送信號通知鍵盤自己被按下或釋放。通過重寫QPushButton類為MyButton類的槽函數void mousePressEvent(QMouseEvent*e)函數和void mouseReleaseEvent(QMouseEvent *e)，在mousePressEvent函數中發送keyClick信號，在mouseReleaseEvent函數中發送keyRelease信號。在每個輸入法類中定義該鍵盤的按鍵，并將按鍵的keyClick信號與輸入法類中的KeyPress槽函數關聯起來。當按鍵被按下的時候就發送key-Click信號，keyClick信號觸發keyPress槽函數，在keyPress函數中通過調用sendEvent發送正確的鍵值，從而實現字符輸入。

3.3 長按事件和默認選擇事件的實現

在按鍵輸入的過程中，存在連續輸入的情況，當按下某個鍵時間大于1秒中的時候，將視為有連續輸入。通過QTimer定時器模擬長按事件，當有長按事件時，啟動一個0.1秒的定時器，這樣每間隔0.1秒將模擬一個按鍵輸入一次，直到該按鍵被釋放，定時器將停止。

在手寫輸入的過程中，當用戶輸入停止1秒鐘以上將被默認為停止輸入，軟件將默認將第一個備選項作為輸入，在用戶再次輸入時清除輸入區，并選擇上次輸入的第一個備選項作為用戶輸入。通過QTimer定義一個一次性定時器，用戶每次手寫輸入都會關閉之前定時器，觸發一個新定時器，當輸入結束時間大于1秒鐘以上觸發keyPress的sendEvent事件。

4.結束語

本文通過一種多功能軟鍵盤軟件的設計與實現，并在觸摸屏輸入終端上進行測試，能夠方便、快捷、有效的代替傳統的物理鍵盤，為多功能顯控設備提供更加方便、多樣化的系統訪問與服務。