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1、河南科技大学本科毕业设计（论文）基于触屏电脑OS的应用程序供多人同时触摸操作的浏览相片软件摘 要本课题要求设计并实现一个模拟现实桌面的多人同时触摸操作的浏览相片软件。课题的意义是通过开发这个Surface Application来介绍如何编写一个基础的Surface Application，从而熟悉国外最新的多点触控技术（pixelsense）。这款软件使用Visual Studio C#作为开发工具，主要借助Surface 2.0开发包的安装，然后利用软件工程知识进行需求分析和设计，然后使用XAML语言设计前台程序界面，使用C#语言来编写后台程序逻辑，最后实现的设计效果是可以供许多用户可以同
2、时用手指在其桌面上对一至无限张jpg格式图片进行有目的地放大、缩小、旋转、堆叠分类等多种操作，当然前提是安装于 Microsoft PixelSense；如果这款软件应用于Surface系列平板电脑，则可以供用户在屏幕上通过手指触控来操作欣赏照片。所有的功能可以在Win7旗舰版操作系统下通过输入模拟器（Input Simulator）模拟手指触摸来测试评估软件的所有功能。本设计达到的目标是通过设计此软件熟悉如何开发一个可以在Pixelsense或Surface上运行的基础Surface Application，而且熟悉如何使用输入模拟器测试软件。关键词：触摸，缩放，Pixelsense，Sur
3、faceThe Application to manipulate pictures by fingers in many ways which is based on Surface or Pixelsenses OSABSTRACTThis subject is required to design and develop a software which will simulate a real table to offer users authority to manipulate many pictures in many ways only by touching screen.
4、The purpose of the subject is to introduce how to develop a basic Surface Application by developing the software so as to make people to know more about the latest foreign technology of pixelsense. The development tool is Visual Studio C#. With the help of Surface SDK 2.0, developer can realize the
5、following functions by XAML and C# codes programming after the design and analysis of software engineering. It can be achieved to manipulate many jpg pictures by amplifying, diminishing, rotating or piling by many users in the same time simply by touching table screen if this application is installe
6、d in Microsoft PixelSense. User also can achieve those manipulations just mentioned above for many photos only by using their fingers to touch screen if this surface application is installed in Surface. The softwares all functions will be test by Input Simulator with simulation of fingers touching o
7、n Win7 Ultimate computers.The aim of the subject is to make people be familiar with how to develop a basic Surface Application which can run on pixelsense or Surface and how to test it using Input Simulator.KEY WORDS：touching, amplifying&diminishing, Surface, Pixelsense30目录 前言5第1章 研究背景71.1 软件在Pixels
8、ense设备上的使用71.1.1 Pixelsense设备的发展历史及应用前景71.1.2 本课题针对Pixelsense设备实现的应用81.2 软件在Surface平板电脑上的使用91.2.1 Surface平板电脑的发展历史91.2.2 本课题针对Surface平板电脑的应用9第2章 需求分析102.1 系统概述102.2 技术可行性分析102.2.1 Visual Studio 2010的技术可行性102.2.2 微软Surface 2.0 SDK的技术可行性及技术支持112.2.3 其他SDK的技术可行性及技术支持112.3 系统开发端的硬件要求12第3章 总体设计133.1 软件功能
9、模块分析133.2 数据存储设计133.3 系统用例图143.4 安全设计14第4章 详细设计154.1 开发软件工具详细设计154.2 图片缩放及拖拽功能模块的算法及其描述184.3 有色标签卡功能模块的算法及其描述194.4 手写标题框功能模块的算法及其描述194.5 测试设计204.5.1 使用Input Simulator进行测试204.5.2 Input Simulator使用说明书20第5章 测试235.1 白盒测试235.1.1 缩放及拖拽功能模块的测试用例235.1.2 有色标签卡功能模块的测试用例245.1.3 手写标题框功能模块的测试用例255.2 黑盒测试25结论27参考
10、文献28致谢30前言本课题设计的模拟现实桌面的多人同时触摸操作的浏览相片软件主要运用于当前拥有最新技术的两种设备中，一是Pixelsense，二是Surface。课题的意义是通过开发这个Surface Application来介绍如何编写一个基础的Surface Application，从而熟悉国外最新的多点触控技术（pixelsense）。本课题目的是通过设计此软件熟悉一个可以在Pixelsense（微软早期设计的一款桌子式的触摸交互式电脑）或Surface（微软2013年10月26日发售的第一款平板电脑）上运行的基础Surface Application的开发过程，包括前期工作和开发过程。
11、本课题的研究范围是开发针对pixelsense及win8操作系统的surface平板电脑的应用软件（即Surface Application）。本课题的技术要求是设计开发并实现Surface Application的需求功能，并使用输入模拟器工具模拟手指触控来完成对软件的测试。这款软件使用Visual Studio C#作为开发工具，主要借助Surface 2.0开发包的安装，然后利用软件工程知识进行需求分析和设计，然后使用XAML语言设计前台程序界面，使用C#语言来编写后台程序逻辑，最后实现的设计效果是可以供许多用户可以同时用手指在其桌面上对一至无限张jpg格式图片进行有目的地放大、缩小、旋
12、转、堆叠分类等多种操作，当然前提是安装于Samsung SUR40 with Microsoft PixelSense；如果这款软件应用于Surface系列平板电脑，则可以供用户在屏幕上通过手指触控来操作欣赏照片。实现软件的功能。所有的功能可以在Win7旗舰版操作系统下通过输入模拟器工具（Input Simulator Tool）模拟手指触摸来测试评估软件的所有功能。本课题的指导思想是以如何开发可以在pixelsense及win8操作系统的surface平板电脑上运行的软件并实现成功测试其功能为宗旨。本课题比较新，由于本课题设计的程序需要安装的对象Pixelsense在2012年5月29日才浮
13、出台面，以“台面电脑”（surface computer，后更名为pixelsense）问世。而Surface平板电脑，也刚刚于去年10月26日推出。因此本课题中开发Surface Application需要使用的技术都非常新，技术支持都是来源于国外的网站，中文版本的参考资源非常非常有限。限于本人的学术水平，所以仅能实现一些在国外非常流行的相关领域展示的视频中的基本操作，比如对图片进行多指滑动操控图片，使其放大、缩小、旋转、堆叠，或者添加不同颜色的若干标签块，或者可以生成若干的textbox来供用户手写或使用触摸键盘进行撰写文字标题等等。研究本课题存在的问题非常简单，就是需要更多的人来进行研究
14、，研究出的成果以中文版本呈现，来增加更多的中文版本的相关参考资源，让更多的Surface Application爱好者通过Visual Studio C# 开发实现更多奇妙触摸功能的Surface Application。第1章 研究背景本课题设计开发的程序主要运用于当前拥有微软最新技术的两种设备中，一是Pixelsense，二是Surface。这两种设备就是基于触屏电脑操作系统的 终端使用者平台。下面首先介绍一下这两种设备：1.1 软件在Pixelsense设备上的使用如图1-1所示，Pixelsense是一款外型像咖啡桌的大型触控式电脑，搭配30吋的大型显示器，其机构（form facto
15、r）外型很像张桌子，可以同时让很多人在上面触控操作。Pixelsense Table与一般触控式电脑最大不同在于提供了多点触控（multi-touch）功能，可以同时辨识多点的触控资讯，可让多人（multi-user）同时使用一台Pixelsense Table。物体辨识（Object recognition）功能则让放在Pixelsense Table上的不同物体，可以启动不同类型的数位反应。它强调使用更为直觉，不需使用任何鼠标及键盘。图1-1 Pixelsense Table1.1.1 Pixelsense设备的发展历史及应用前景微软五年前原本代号为“米兰”（Milan）的秘密计划，在20
16、12年5月29日终于浮出台面，以“台面电脑”（ 原名surface computer，后更名为pixelsense，下文均以Pixelsense Table称呼）之名问世。Pixelsense Table强调使用更为直觉，不需使用任何鼠标及键盘。搭配30吋的大型显示器，其机构（form factor）外型很像张桌子，可以同时让很多人在上面触控操作。Pixelsense Table与一般触控式电脑最大不同在于提供了多点触控（multi-touch）功能，可以同时辨识多点的触控资讯，可让多人（multi-user）同时使用一台Pixelsense Table。物体辨识（Object recogni
17、tion）功能则让放在Pixelsense Table上的不同物体，可以启动不同类型的数位反应。这款外型像咖啡桌的大型触控式电脑未来可望出现在餐厅、饭店、零售点，或赌场等生活中的各种不同场合。微软勾勒Pixelsense Table的可能应用指出，想像你只要在屏幕上手指动一动，就可以点饮料，或是点歌。将来消费者在Surface上点了一杯葡萄酒，餐厅也可即时提供关于这杯酒的资讯，如产地的照片，以及适合搭配的菜单。微软并公布首批采用Pixelsense Table的客户，包括全球最大的博奕娱乐集团Harrahs Entertainment Inc.，喜达屋酒店及度假村集团（Starwood Hot
18、els & Resorts Worldwide, Inc.），及美国的T-Mobile。微软表示，出货给合作伙伴时将包含一些基本的应用，如照片、音乐，虚拟旅馆应用，并让合作伙伴提供客户客制化的功能。同时微软也和大型游戏机制造商IGT（International Game Technology）合作，要以Pixelsense Table开发大型游戏机。微软执行长Steve Ballmer在华尔街日报的D: All Things Digital会议上宣布Microsoft Pixelsense table的问世，预计在2012年底之前，Pixelsense Table将开始出现在饭店、自助餐厅，及
19、公共娱乐场所。 Ballmer表示，Pixelsense Table创造一个更为直觉的人类与技术互动方式。“我们看到了数十亿美元的商机，已经看到Pixelsense Table电脑技术无所不在的未来从桌面上及柜台，到玄观的镜子上。”1.1.2 本课题针对Pixelsense设备实现的应用本课题设计的就是可以运行在Pixelsense Table中的一款浏览相片软件，它可以供许多用户可以同时用手指在Pixelsense Table上对一至无限张jpg格式图片进行有目的地放大、缩小、旋转、堆叠分类等多种操作。通过这一功能可以轻松实现许多现实中的应用。本课题针对Pixelsense设备实现的应用场景
20、有以下六种：1. 装修设计师通过Pixelsense向客户进行展示成果。2. 紧急救援队通过Pixelsense对电子化地图进行快速地放大、移动、旋转来加快任务的完成速度。3. 城市规划可以通过Pixelsense方便快捷地对城市进行分区规划。4. 信息筛选，利用有色标签卡永久覆盖来进行不同图片信息的整理。5. 使用文本编辑框对不同分类的图片堆栈进行撰写标题。6. 医生使用Pixelsense对病人的病理图片进行更加细致的观察分析。1.2 软件在Surface平板电脑上的使用1.2.1 Surface平板电脑的发展历史2012年6月19日，微软推出了自主品牌Surface平板电脑，如图1-2所
21、示。2012年6月19日凌晨，微软在其年度销售会议上正式对外宣布，新一代操作系统Windows 8正式版将于2012年10月26日发售。届时，微软自主研发的基于ARM处理器的Surface平板电脑，也将于10月26日前后推出。图1-2 Surface 平板电脑1.2.2 本课题针对Surface平板电脑的应用本课题设计的程序运行在Surface平板电脑中，可以供一到若干用户可以同时用手指在触摸屏幕上对一至若干张jpg格式图片进行有目的地放大、缩小、旋转、堆叠分类等多种操作。但考虑到屏幕的尺寸不是如同Pixelsense一样很大，所以更加适合单用户操作，比如浏览照片。第2章 需求分析2.1 系统
22、概述本课题要求设计并实现基于触屏电脑OS的应用程序供多人同时触摸操作的浏览相片软件,主要功能包括对jpg格式图片缩放、旋转、拖拽、堆叠，利用有色标签卡进行永久覆盖，使用文本编辑框进行手写撰写。2.2 技术可行性分析本节主要介绍Microsoft Visual C# 2010 Express Edition上加载的三个软件安装包及它们对Surface Application浏览相片软件的技术支持。三个软件安装包的安装顺序是：第一步，安装XNA Game Studio 4.0；第二部，安装.NET Framework 4（这一安装包视情况安装，因为有的Microsoft Visual 2010 E
23、xpress版本中已经包含这个安装包）；第三部，安装Surface 2.0。2.2.1 Visual Studio 2010的技术可行性严格要求的开发环境是Visual Studio 2010, Express or full edition。本课题使用的开发软件为Visual Studio 2010, 不是完整版本，只安装了C#开发语言包。鉴于Visual Studio 2010官方版本需要高价购买，免费的版本只有学习体验版本，所以课题使用的是非正版VS 2010 C#软件，所以在安装过程出现一些问题。问题的解决办法是：第一步，在打开执行解决方案之前，打开“项目”，点击“属性”，选择“调试选
24、项卡”。第二步，将“启用非托管代码调试”一栏打上对勾。第三步，将“启用Visual Studio宿主进程”一栏去掉对勾。经过上述设置的修改，可以满足在Visual Studio 2010上开发Surface Application的基本需求。2.2.2 微软Surface 2.0 SDK的技术可行性及技术支持微软公开发布提供免费下载，使第三方程式人员开发多点触控软件。这套 SDK 包含有视觉式物体辨识功能及ScatterView 的物体控制核心组件。Surface 2.0开发包的系统要求：所支持的操作系统是Windows 7。可以使用家庭版、专业版或旗舰版中的32位机或64位中的任何一个。另外
25、必须具备的要求有：（1） Microsoft Visual C# 2010 Express Edition 或者 Microsoft Visual Studio 2010。（2）.NET Framework 4.0 (在Visual C# 2010 或者 Visual Studio 2010已经安装的前提下)。（3）Microsoft XNA Framework Redistributable 4.0。微软Surface 2.0 SDK下载地址：http:/ Surface 2.0 SDK（Software Development Kit软件开发包）提供了可管理的应用程序编程接口和你开发一个S
26、urface Application所需要的工具。使用这个Surface SDK开发的程序可以运行在专门为Surface 2.0设计制造的设备上（如Pixelsense Table或Surface平板电脑），或者Windows 7电脑上。开发为Surface而用的程序与开发一个普通WPF或者XNA程序非常相同，除了这个Surface SDK提供了针对Surface环境（50个同时触摸点、手指和点碰识别、可粘贴的对象（物体）、触摸方向监测、有标题的显示屏、可旋转的显示屏、特殊化的控制、等等）的一些特殊特色的额外支持。装载和登记在专门为Surface制造的设备上的Surface程序会自动与Surf
27、ace Shell集成（integrate或者也叫交互）并且可以使用这些特殊的特色功能。2.2.3 其他SDK的技术可行性及技术支持（1） XNA Game Studio 的技术可行性及技术支持安装XNA Game Studio 4.0需要支持的操作系统是Windows 7, Windows Vista, Windows XP。本课题使用的是Windows 7旗舰版。为了使XNA Framework games运行在以上操作系统的电脑上，开发者或使用者需要最小支持Shader Model 1.1和DirectX 9.0c的显卡。当然使用一个支持Shader Model 2.0的显卡更好，这样可
28、以达到标准更高的一些标准样例和Starter kits可以运行的要求。安装XNA Game Studio 4.0的其他一些硬件要求同安装Microsoft Visual Studio 2010所要求的硬件要求是完全一样的。XNA Game Studio 4.0下载地址：http:/ Game Studio 4.0软件包的安装可以选择，它主要是与核心层应用程序编程接口一块使用。（2）.NET Framework 4的技术可行性及技术支持安装.NET Framework 4需要支持的操作系统非常多，在此就不一一列举,其中包括Windows 7操作系统，本课题使用的是Windows 7旗舰版。安装.
29、NET Framework 4需要支持的硬件要求：推荐的最小标准：奔腾1GHz或者更高频率、512 MB的RAM或者更大容量。最小的硬盘容量标准：x86850 MB或者x642 GB。.NET Framework 4下载地址：http:/ Framework 4主要是由于开发Surface Application要求其创建表示层程序（Presentation layer application）。2.3 系统开发端的硬件要求一台电脑，支持Windows 7（有或者没有触摸功能），或者一台专门为Surface 2.0制造的设备。本课题使用的一台支持Windows 7旗舰版操作系统的电脑。一个Di
30、rectX 10-capable 显卡（要求支持大多数版本，还有需要支持XNA HiDef profile）。推荐使用的一些要求：4 GB RAM, 2.6 GHz dual 核心处理器，100 GB 硬盘空间。第3章 总体设计3.1 软件功能模块分析如图3-1所示，软件具有以下四个基本的功能模块：单指拖拽：用一个手指进行图片的移动，包括手指对图片持续的接触滑动使图片移动、手指快速而短暂的对图片的一抹而使图片惯性移动。多指缩放：用两个以上的手指对图片进行放大和缩小，包括对对象图片和系统自带的控件的缩放。有色标签卡：具有多种颜色的长方形标签卡，具有永久覆盖的特色，即永远置于对象图片的顶层，对其进
31、行标签分类等。手写标题框：具有撰写文字的标题框，在Surface平板电脑上使用手写笔进行输入。浏览图片软件单指拖拽多指缩放有色标签卡手写标题框图3-1 功能模块图3.2 数据存储设计该软件的数据主要以图片为主，而使用者一般通过本软件只能展示或者操作图片。而且，本软件的主要数据图片之间并不涉及较为复杂的数据结构。因此，只需将所有需要的图片事先存放在目录文件夹中，然后进行导入即可。本软件C#代码中的数据目录将指引问件夹中的图片导入软件的触控界面。3.3 系统用例图 如图3-2所示，使用者可以通过本系统在具有触屏电脑操作系统的设备上对图片实现四个功能：1.单指拖拽图片；2.多指缩放图片；3.标题框中
32、手写撰写标题；4.有色标签卡进行图片的分类。使用者多指缩放图片有色标签卡进行图片分类标题框中手写撰写标题单指拖拽图片图3-2 系统用例图3.4 安全设计 本软件的使用者通过系统只能展示或者操作图片，因此在操作本软件的人不管是前台用户，还是后台技术人员，所接触到的所有数据基本上都是相同的，即目标图片。因为在展示或操作所有图片的过程中，所有的图片都会暴露在所有人的视野中，所以本软件在设计上不存在安全风险。第4章 详细设计4.1 开发软件工具详细设计参考第2章内容，将所有关于开发环境的准备工作做好以后，在Visual Studio 2010项目模板中会出现如图4-1所示的模板：图4-1 Surfac
33、e Application模板新建一个Surface 2.0 项目。在模板中选择Surface Appliction(WPF)。名称输入“ScatterView”，位置输入依据个人情况选择浏览途径，如图4-2所示。图4-2 创建SurfaceApplication现在点击“确认”。由于我使用的VS 2010是非正版的，因此出现一点小问题，如图4-3所示，但不影响Surface Application的基本运行。点击“”，应出现图4-4所示。图4-3 little problem图4-4 Surface Application的C#代码界面现在如图4-4所示，点击“SurfaceWindow1.
34、xaml”查看Surface Application的可扩展应用程序标记语言界面，即XAML界面，呈现如图4-5所示。图4-5 Surface Application的XAML界面为了使XAML编辑框更加得宽大，使程序员可以更加方便编写XAML，如图4-5所示可以点击“”，即上下框调换，呈现如图4-6所示。图4-6 重新改变XAML界面下面可以开始编写代码。4.2 图片缩放及拖拽功能模块的算法及其描述（1）XAML： XAML描述：在Grid 中添加一个ScatterView 控件。我们可以将ScatterView 认为是一个容器能够包含其他控件，并且这些控件均可以实现缩放及拖拽效果。（2）C
35、#代码：string imagesPath = C:KuGouSample PicturesSample1;try mainScatterView.ItemsSource = System.IO.Directory.GetFiles(imagesPath, *.jpg);catch (System.IO.DirectoryNotFoundException) / Write Error info here. 算法描述：数据来源路径是C:KuGouSample PicturesSample1，即名字为“Sample1”的文件夹中的图片为导入图片，然后与ScatterView控件联系，如果目标文件
36、夹中存有图片，且为jpg格式，则图片成功导入。否则，无法导入图片，无法显示图片，即无法实现缩放及拖拽功能模块。4.3 有色标签卡功能模块的算法及其描述XAML： 算法描述：在ScatterView中添加一个长方形标签，长方形中填充绿色，宽为200，长为100。并且将它放在ViewBox控件中，ViewBox控件是特殊的装饰控件，ViewBox控件用于放大和缩小控件中的任何内容，包括长方形标签卡。这样就可以使有色标签卡实现缩放功能，且ViewBox控件是包含在ScatterViewItem中，作为ScatterView的项，ScatterViewItem可以控制拖放元素的长宽，不设置With,H
37、eight，会有一个默认的Width和Height，会影响相片的呈现效果。因此它可以永久覆于软件界面的上层，不会被目标图片所覆盖，实现标签功能模块。4.4 手写标题框功能模块的算法及其描述XAML： 算法描述：使用label控件实现手写标题框模块的实现，label的各项参数见上。4.5 测试设计4.5.1 使用Input Simulator进行测试使用微软输入模拟器（Input Simulator），可以使用鼠标模拟不同种类的触摸输入，而不再需要一个支持触摸的屏幕。你可以将输入模拟器（Input Simulator）与MicrosoftVisualC#2010ExpressEdition (o
38、r Visual Studio2010)结合在一起使用，来测试在一个工作站（workstation）中的许多Surface applications，而不再需要终端使用者平台运行测试。4.5.2 Input Simulator使用说明书打开Input Simulator，出现如图4-7所示，然后点击“”按钮。接着鼠标光标箭头会变成“”图案。模拟两指或多指触摸缩放图片的过程：按住鼠标左键，不要松开，接着按下鼠标右键。这样，一个模拟手指已经接触到程序的屏幕上了。接着开始滑动，即模拟两个手指在触摸屏上同时触摸进行图片的缩小或放大或旋转。如图4-8所示。如果要移除所有的触摸点，可以点击“”按钮。如果要
39、将鼠标光标恢复回箭头状，点击“”按钮。图4-7 Input Simulator界面图4-8 Input Simulator正在模拟手指触对图片摸缩放、旋转第5章 测试5.1 白盒测试5.1.1 缩放及拖拽功能模块的测试用例测试效果如图5-1、图5-2所示。图5-1 缩放及拖拽功能模块测试效果1图5-2 缩放及拖拽功能模块测试效果2测试结论：可以对较大分辨率的图片进行双指触摸缩放及单指拖拽，达到了软件缩放及拖拽功能模块的基本要求。5.1.2 有色标签卡功能模块的测试用例测试效果如图5-3所示。图5-3 有色标签卡功能模块测试效果测试结论：分区规划所使用的有色标签始终至于底层地图的上面，这样不会被
40、地图挡住，同时可以拖拽，但没有惯性移动，这样可以增强操作稳定性，达到了软件有色标签卡功能模块的基本要求。 出现的问题：有色标签卡在两指进行缩放时，有色部分无法实现放大或缩小。 问题的分析与解决方法：ScatterViewItem可以控制拖放元素的长宽，不设置With,Height，会有一个默认的Width和Height，会影响相片的呈现效果。解决办法是将有色的长方形标签卡放入ViewBox控件中，因为ViewBox是一个特殊的装饰控件，它包含在ScatterViewItem中，作为ScatterView的项。ViewBox控件用于放大和缩小控件中的任何内容，包括长方形标签。这样就可以使有色标签
41、卡实现缩放功能，问题解决。5.1.3 手写标题框功能模块的测试用例测试效果如图5-4所示。图5-4 手写标题框功能模块测试效果测试结论：实现使用文本编辑框进行文本编辑和文字输入的功能，达到了软件手写标题框功能模块的基本要求。5.2 黑盒测试黑盒测试结论如下：测试用例1：单指拖拽图片过程中，模拟手指在屏幕上超快速移动图片。结论：图片仍旧跟随着手指，但是稍微偏离手指在屏幕上的触摸点，基本满足软件的要求。测试用例2：多指缩放图片过程中，对分辨率和尺寸非常大的图片进行无限放大图片。结论：图片仍旧基本可以无限放大，但是最终会在某一个隐形的边界受到限制，应该与硬件因素有关，如果应用在Pixelsense上，无限缩放的程度会更高。结论本课题使用Visual Studio C#作为开发工具，主要借助Surface 2.0开发包的安装，然后使用XAML语言设计