互動(dòng)電子白板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳杰，潘建，韋楚楚

1.浙江省人民醫(yī)院 計(jì)算機(jī)中心，浙江杭州 310014；2.浙江工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，浙江 杭州 310023

互動(dòng)電子白板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳杰1，潘建2，韋楚楚2

1.浙江省人民醫(yī)院 計(jì)算機(jī)中心，浙江杭州 310014；2.浙江工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，浙江 杭州 310023

本文設(shè)計(jì)了一種基于紅外技術(shù)的互動(dòng)電子白板系統(tǒng)，該系統(tǒng)由紅外攝像機(jī)、紅外筆、普通電腦、投影儀和幕布5部分組成。其利用紅外攝像機(jī)捕捉紅外筆發(fā)出的光點(diǎn)，并將位置信息返回到電腦，實(shí)現(xiàn)互動(dòng)電子白板的書(shū)寫(xiě)功能。互動(dòng)電子白板軟件采用C#語(yǔ)言和.Net平臺(tái)，運(yùn)用GDI+技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了繪圖、控制面板、屏幕定位等模塊。系統(tǒng)界面友好、操作簡(jiǎn)單、使用方便，價(jià)格經(jīng)濟(jì)。

互動(dòng)電子白板；C#；GDI+；屏幕繪圖；屏幕定位

隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的普遍應(yīng)用，一種新的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，即互動(dòng)電子白板。這種技術(shù)的產(chǎn)生，受到了教育界和企業(yè)的極大關(guān)注。

百年來(lái)，我們的課堂教學(xué)模式經(jīng)歷了黑板教學(xué)、多媒體教學(xué)和互動(dòng)電子白板教學(xué)[1-3]?；?dòng)電子白板教學(xué)，順應(yīng)了信息化發(fā)展的趨勢(shì)，將傳統(tǒng)黑板和多媒體投影技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)整合到了一起，使其既具有普通黑板的功能，能在上面書(shū)寫(xiě)自如，展現(xiàn)教師風(fēng)采，與學(xué)生自如地交流，又具有能夠承載豐富多彩的網(wǎng)絡(luò)多媒體的功能，并且能夠完整保存課堂上教師和學(xué)生在黑板上所寫(xiě)的內(nèi)容以供復(fù)用[4-6]。目前，互動(dòng)電子白板的硬件技術(shù)日益成熟和完善，而軟件方面則稍有欠缺[7-8]。本文根據(jù)教學(xué)的實(shí)際需求，采用C#語(yǔ)言，使用Visual Studio 2005作為開(kāi)發(fā)工具，運(yùn)用GDI+（Windows XP中的一個(gè)子系統(tǒng)）技術(shù)和API技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)界面美觀、操作簡(jiǎn)單，適合大部分教師應(yīng)用的互動(dòng)電子白板系統(tǒng)[9-10]。

1 互動(dòng)電子白板系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的互動(dòng)電子白板由紅外筆、Wii手柄、個(gè)人電腦、投影機(jī)、幕布等組成。將Wii手柄放在可以監(jiān)看到整個(gè)屏幕的位置后固定不動(dòng)，移動(dòng)紅外筆，Wii手柄里的紅外攝像機(jī)可追蹤紅外筆發(fā)出的光點(diǎn)，然后Wii手柄以鼠標(biāo)的身份跟電腦連線，定位方式是將4個(gè)角落光點(diǎn)的位置傳送給電腦上的座標(biāo)軟件作為參考點(diǎn)，這樣就可實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬的互動(dòng)白板[11]。系統(tǒng)總體架構(gòu)，見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)功能模塊

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了3個(gè)功能模塊：繪圖、控制面板和屏幕定位功能模塊[12-13]。

繪圖即可以將屏幕當(dāng)成畫(huà)板，演示或講課時(shí)可以自由表達(dá)演講者的思想。繪圖分為屏幕繪圖、黑板和圖片批注。

1.2.2 控制面板

控制面板是一些系統(tǒng)功能的快捷按鈕，方便在演講時(shí)對(duì)屏幕的快速操控?？刂泼姘宸譃樽笥益I切換、多媒體、屏幕鍵盤(pán)、PPT演示、縮放和退出6個(gè)功能。

1.2.3 屏幕定位

互動(dòng)電子白板的屏幕書(shū)寫(xiě)功能需要通過(guò)紅外攝像機(jī)捕捉紅外光源的位置，并將位置信息返回電腦來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，需要實(shí)現(xiàn)屏幕校準(zhǔn)模塊快速有效的屏幕定位。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

2018年3月30 日國(guó)家發(fā)展改革委印發(fā)《必須招標(biāo)的工程項(xiàng)目規(guī)定》（國(guó)家發(fā)展改革委第16號(hào)令）規(guī)定：使用國(guó)有企業(yè)事業(yè)單位資金，并且該資金占控股或者主導(dǎo)地位的項(xiàng)目必須招標(biāo)，自2018年6月1日起施行［3］。《招投標(biāo)法》規(guī)定：國(guó)有資金投資的建設(shè)工程發(fā)承包，必須采用工程量清單計(jì)價(jià)［4］。

系統(tǒng)主界面采用透明設(shè)計(jì)，窗口出現(xiàn)在屏幕的右下角，按鈕大小一致，橫向均勻排列，占用空間較少。屏幕繪圖界面：窗口無(wú)邊框，背景以拷貝屏幕的方式畫(huà)背景圖。黑板界面：窗口無(wú)邊框，背景為黑色背景色。圖片批注界面：窗口有邊框。子界面按鈕均出現(xiàn)在右下角，橫向均勻排列。

2.2 繪圖功能的實(shí)現(xiàn)

2.2.1 屏幕繪圖

屏幕繪圖就是以電腦屏幕為背景進(jìn)行繪圖，實(shí)現(xiàn)鉛筆、畫(huà)筆大小，畫(huà)筆顏色、填充顏色、橡皮、清空、屏幕遮、畫(huà)圖形狀、撤銷(xiāo)、恢復(fù)、打開(kāi)、保存、圖片批注、返回、縮放和鼠標(biāo)等功能，均可調(diào)用GDI+的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，撤銷(xiāo)和恢復(fù)功能使用棧的方法實(shí)現(xiàn)、撤銷(xiāo)的具體流程，見(jiàn)圖2。

最多能撤銷(xiāo)（history棧）和恢復(fù)（now棧）：① 撤銷(xiāo)功能：撤銷(xiāo)上一步動(dòng)作，回到畫(huà)上一筆前的畫(huà)面，最多能撤銷(xiāo)20次。② 恢復(fù)功能：恢復(fù)撤銷(xiāo)掉的動(dòng)作，回到未撤銷(xiāo)時(shí)的畫(huà)面，最多能恢復(fù)20次。實(shí)現(xiàn)方法（圖2）：用棧的方法實(shí)現(xiàn)history棧和now棧。撤銷(xiāo)：每畫(huà)下一筆，都將圖入棧history，按下撤銷(xiāo)按鈕，判斷棧history里是否有圖，若有圖，則出棧history，若沒(méi)有圖，則撤銷(xiāo)按鈕不可用；恢復(fù)：每撤銷(xiāo)一筆，都將圖出棧history，按下恢復(fù)按鈕，判斷棧history里是否有圖，若有圖，則出棧now，若沒(méi)圖，則恢復(fù)按鈕不可用。

2.2.2 黑板

通過(guò)設(shè)置黑板的BackColor屬性，進(jìn)行背景色的設(shè)置，默認(rèn)為黑色。黑板的繪圖、撤銷(xiāo)、恢復(fù)、畫(huà)筆大小、畫(huà)筆顏色、填充顏色的實(shí)現(xiàn)方法與屏幕繪圖一致。橡皮應(yīng)用g.FillRectangle()函數(shù)實(shí)現(xiàn)。清空應(yīng)用以背景色填充整個(gè)繪圖區(qū)域的方法實(shí)現(xiàn)。上一張圖和下一張圖應(yīng)用棧的方法實(shí)現(xiàn)，需要對(duì)是否有下一張圖進(jìn)行判斷，如果沒(méi)有，則需要新建一個(gè)畫(huà)布，即用背景色填充整個(gè)繪圖區(qū)域。

圖2 撤銷(xiāo)流程圖

2.2.3 圖片批注

打開(kāi)需要打開(kāi)的圖片在屏幕中央顯示圖片，設(shè)置其Loction屬性即可實(shí)現(xiàn)。保存圖片則直接保存在D盤(pán)上，以時(shí)間來(lái)命名每張保存的圖。圖片批注的繪圖、撤銷(xiāo)、恢復(fù)、擦除、畫(huà)筆大小、畫(huà)筆顏色、填充顏色的實(shí)現(xiàn)方法與屏幕繪圖一致。

2.2.4 屏幕定位

用C#語(yǔ)言編寫(xiě)程序，完成4個(gè)角的基點(diǎn)定位。其定位過(guò)程為：

（1） 啟動(dòng)電腦的藍(lán)牙接收器。

（2）啟動(dòng)電腦的藍(lán)牙連接程序。

（3）開(kāi)啟電源，搜尋藍(lán)牙，使其與電腦連接后，關(guān)閉連接程序。

（4）啟動(dòng)軟件，開(kāi)始定位。

（5）以紅外線筆，仔細(xì)對(duì)準(zhǔn)4個(gè)角落的定位點(diǎn)按點(diǎn)，若其中有1個(gè)定位點(diǎn)無(wú)法感應(yīng)，則應(yīng)放棄此次定位，調(diào)整好位置后重新定位。定位完成，要檢查追蹤率，若偏低（<50%）或有太大的區(qū)域落在可視范圍外，則應(yīng)重新調(diào)整位置，再定位。

（6）確定定位完成后，將軟件最小化，此后投影屏幕、投影機(jī)、電腦三者的位置都不可再移動(dòng)，否則需重新定位。

2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了屏幕繪圖、黑板、圖片批注、左右鍵切換、多媒體、屏幕鍵盤(pán)、PPT演示等功能?；?dòng)電子白板系統(tǒng)界面，見(jiàn)圖3。

圖3 互動(dòng)電子白板系統(tǒng)界面

3 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)教師在課堂上常用的工具設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于紅外技術(shù)的廉價(jià)互動(dòng)電子白板，系統(tǒng)使用Visual Studio2005作為開(kāi)發(fā)工具，應(yīng)用C#語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，完成了繪圖、控制面板和屏幕定位3個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了屏幕繪圖、黑板、圖片批注、左右鍵切換、多媒體和屏幕鍵盤(pán)等功能。系統(tǒng)具有界面友好，使用簡(jiǎn)單，操作方便等特點(diǎn)。

[1] 紀(jì)強(qiáng),賈景磊,薛以貴.交互式電子白板在醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探討[J].西北醫(yī)學(xué)教育,2009,17(4):803-805.

[2] 李山.交互式電子白板的應(yīng)用及前景[J].中國(guó)教育技術(shù)準(zhǔn)備, 2004,14(2):14-15.

[3] 劉長(zhǎng)慶.交互式電子白板-課堂教學(xué)技術(shù)的新趨勢(shì)[J].成都大學(xué)學(xué)報(bào),2007,21(6):38-40.

[4] 衣學(xué)勇,李文杰.電子白板-教育信息化新工具[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2007,53(7):43-45.

[5] 張剛毅.電子白板功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2006, 21(1):140-143.

[6] 陳青,陳麗.電子白板在中小學(xué)應(yīng)用的現(xiàn)狀和趨勢(shì)[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2007,57(11):5-9.

[7] 王偉.基于CMOS傳感器的簡(jiǎn)易電子白板應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2009,(28):10.

[8] 王寅虎,侯太平,劉宇迪.帶底圖電子白板的構(gòu)建技術(shù)[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2003,23(5):318-321.

[9] 閏宇晗,常鑫.在C#中用GDI+實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)態(tài)顯示[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2006,16(12):117-232.

[10] Chand M. GDI+圖形程序設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2005.

[11] 趙儒,張華熊.基于圖像處理的電子白板定位技術(shù)[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,26(5):711-715.

[12] 蔡萍,華慶一.基于筆交互的電子白板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程,2008,34(18):246-250.

[13] 孫書(shū)梅,楊國(guó)勛.基于電子白板的圖形會(huì)話系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J].交通與計(jì)算機(jī),2005,23(5):73-75.

The Design and Implementation of Interactive Whiteboard System

CHEN Jie1, PAN Jian2, WEI Chu-chu2
1. Computer Center, Zhejiang Provincial People’s Hospital, Hangzhou Zhejiang 310014, China; 2. College of Computer Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou Zhejiang 310023, China

In this paper, a low-cost interactive whiteboard system based on infrared camera is proposed. The interactive whiteboard system is constituted by f ve parts: infrared camera, infrared pen, personal computer, projector and curtain. The function of interactive whiteboard is realized by the principle of capturing points come from infrared pen by infrared camera, then return position information to computer.The software system is developed by C# language and GDI+ on the.Net platform. Three modules including drawing, control panel and screen positioning are implemented. This system is userfriendly, simple and easy to use.

interactive whiteboard; C#; GDI+; screen drawing; screen positioning

TP334.3

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.04.006

1674-1633(2012)04-0021-03

2011-10-11

作者郵箱：chenjie_sit@hotmail.com