向着人性化、智能化的方向发展。笔式用户界面作为后 WIMP界面的一个主要形态成为了研究的热点，它基于纸笔的隐喻，提供给人们 自然高效的交互方式。现实生活中人们大量地使用纸笔方式自然地表达和交流各 种信息，它可以帮助人们方便地捕捉想法、记录事件、进行抽象思考和形象地描 述等。笔式用户界面研究力求使得这些传统的、无处不在的活动可计算，在保持 传统工作方式自然性的同时，使人们高效地利用计算资源，实现对信息的各种维 护，如修改、检索、传输、再加工和分析等等。它的研究也将促进计算机科学本 身以及其它相关领域的发展。 本文提出了以用户为中心的智能笔式用户界面研究方法、基于混合自动机的 交互模型、笔交互的增量式意图提取技术、支持笔式用户界面开发的平台 Penbuilder和支持笔记记录和胶片制作的原型系统SketchPoint。这些研究函概了 笔式用户界面研究的理论、方法和实现技术。作为自由笔式用户界面系统性研究 的一部分，本文给出了许多新的思路、观点和技术方法。 本文首先给出了对笔式用户界面研究的一个整体的、系统的分析。通过介绍 笔式用户界面的历史、现状和发展趋势，对笔式用户界面的研究趋势和方法进行 了讨论。用户界面作为一个人机通讯的媒介，它既包含软件又包含硬件。本文同 时讨论了笔式用户界面的原型系统和交互环境，对笔式用户界面的应用领域进行 了系统地分类，简述了笔交互硬件设备的原理，并归纳了几类主要的笔交互环境。 本文展开了用户界面研究方法的讨论，详细地论述了研究中各学科的相互协 调，特别指出了计算机科学与认知心理学在用户界面研究中的关系，进而引出了 本文作者在研究中采取的以用户为中心为指导、以智能笔式用户界面研究为界面 构造技术的研究方法。笔式用户界面的界面隐喻作为界面设计的基础，本文详细 地讨论了Pen-Paper的界面隐喻，并介绍了目前研究中大量使用的Translucent Patch的思想，进而讨论了以内容为中心的界面设计思想。 在对整个笔式用户界面研究概况的介绍、界面设计思想的分析以及研究方法 －I－<WP=3> 笔式用户界面研究——理论、方法和实现 的讨论的基础上，本文详细论述了本文作者在研究工作中的创新之处。主要可以 归纳为如下四点： 1. 通过讨论笔式用户界面的交互本质，将笔交互系统抽象为一个混合系 统，提出了基于混合自动机的笔交互模型，并论述了基于混合自动机理 论的半形式化描述工具LEAFF 作为笔交互的建模工具。本文给出了一 个基于LEAFF 的笔手势交互的描述实例。同时对笔式用户界面中交互 并行性的描述、交互实时性的验证和从描述到实际交互系统构造的转换 进行了讨论。 2. 为了解决非精确笔交互中的用户意图提取，本文作者提出了笔交互中的 增量式意图提取思想和方法。该思想以人的认知习惯为出发点，利用自 由笔交互的特性，为交互意图的高效自然理解开创了新的思路。同时作 为对于该思想方法的体现和应用，本文也给出了一个支持增量式意图提 取的软件框架，并讨论了相关的技术。 3. 本文作者设计实现了支持笔式用户界面开发的平台Penbuilder，该系统 基于笔式用户界面的特点设计，并迎合了无处不在计算的趋势，支持笔 式用户界面的高效开发。本文详细论述了Penbuilder的设计思想、设计 目标、基于域模型的体系结构、事件模型、语义模型、绘制模型等，并 给出了通用笔交互行为的形式化定义。 4. 基于Penbuilder的支持，本文作者设计实现了SketchPoint原型系统，它 支持笔记的记录和结构化的操作，支持基于勾画的胶片制作和宣讲，同 时支持由笔记到胶片的自动映射。本文系统地介绍了SketchPoint的设计 思想、软件结构、算法和推理过程，它体现了增量式意图提取的思想。 基于SketchPoint，人们可以通过作笔记方便地捕捉信息，通过快捷地设 计胶片有效地与他人交流。