從三維數(shù)據(jù)模型中分析老年人筆跡的筆力特征*

景佳妮

（廣東警官學(xué)院，廣東 廣州510000）

老年人筆跡［1］，通常指人到老年以后，其書寫技能因身體機(jī)能的退化而形成的筆跡。本文通過三維重現(xiàn)技術(shù)，量化老年人筆跡。利用顯微鏡來組建老年人筆壓特征的三維形態(tài)，利用筆壓特征的空間性完成對比和分析。即先在z軸上，使用連續(xù)拍攝功能，聚焦拍攝多組筆跡照片，然后根據(jù)每張照片的焦點(diǎn)縱向距離重建筆跡的高度數(shù)值，然后再從平面角度完成相應(yīng)組數(shù)的平面圖像拍攝，通過軟件處理后，自動合成一張視場較大的三維圖像。

1 實(shí)驗設(shè)計

1.1 實(shí)驗器材與軟件

本實(shí)驗器材：筆跡三維信息提取分析儀、黑色0.5mm子彈頭式中性筆、A4復(fù)印紙。

本實(shí)驗軟件：TYSCAN 軟件、三維檢測軟件Geomagic Qualify11、Microsoft Excel、SPSS等。

1.2 實(shí)驗方案及過程

1.2.1 “老年人”的設(shè)定

本實(shí)驗隨機(jī)選取筆跡出現(xiàn)退化現(xiàn)象的30 位50～80歲的老年人為實(shí)驗對象（見表1）。

1.2.2 老年人筆跡實(shí)驗樣本的收集

本實(shí)驗選用老年人的簽名字樣為樣本字，樣本字和實(shí)驗對象的年齡（見表1）。隨機(jī)選取30位老年人以正常坐姿在合適厚度襯墊物的A4復(fù)印紙上，用黑色0.5mm 子彈頭式中性筆正常、勻速書寫自己的簽名。每人寫5份，共150份簽名筆跡。

表1 實(shí)驗對象年齡表

編號 姓名（樣本字） 年齡（歲）16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30為淑珍張建王示安徐冬龍呂冬英鐘繼群曹紅月劉玉琴杜冰潔陳喜明李亞芳景江麗姜武李玉李麗芳63 63 63 59 58 56 56 55 55 54 53 52 51 51 50

2 老年人簽名筆跡筆力特征的研究

本研究分別從老年人簽名筆跡的單個樣本、同一位老年人的5 份不同樣本進(jìn)行比較分析。且兩個方面均從筆跡壓痕彩色圖顯、壓痕深度曲線、壓痕深度數(shù)據(jù)三個維度進(jìn)行分析。

2.1 單個樣本分析

2.1.1 筆跡壓痕彩色圖顯

壓痕彩色圖顯（見圖1）是基于樣本文字各像素點(diǎn)的RGB 值與該點(diǎn)的Z 軸坐標(biāo)之間建立的映射函數(shù)，以不同顏色來區(qū)分壓痕的深度，顏色由紅色至藍(lán)色變化，代表壓痕深度由淺至深，綠色表示紙平面，紅色至黃色部分高于紙平面，藍(lán)色部分低于紙平面。

圖1 老年人筆跡壓痕彩色圖顯

通過圖1，可以定性地觀察到該“景元”樣本筆跡壓力的變化：

（1）藍(lán)色部分基本位于筆劃居中部位，符合正常書寫規(guī)律。

（2）同一筆劃的藍(lán)色、紅色、黃色部分分布穩(wěn)定，表現(xiàn)為單個筆劃從始至終其顏色分布均勻。

（3）圖1中的1號部位顏色較淺，整體壓力偏小，起筆較輕；其余部位壓力明顯增強(qiáng)，表現(xiàn)筆畫顏色加深，說明筆跡深度增大，壓力增強(qiáng)；起筆仍然較輕，表現(xiàn)為起筆處顏色淺，筆跡深度小。

（4）圖1 中的2 號部位有藍(lán)黃點(diǎn)狀交換出現(xiàn)，說明書寫筆劃的方向是朝打斷紙張纖維的方向運(yùn)筆，因此會出現(xiàn)紙張深度的起伏，同時也說明筆劃壓力深度較深，速度較慢。

（5）實(shí)驗對象筆劃多為側(cè)運(yùn)筆，表現(xiàn)為筆劃左側(cè)為紅黃色，右側(cè)為藍(lán)色，對比與正常角度書寫出的筆劃“黃藍(lán)黃”彩色圖顯差異，說明書寫人運(yùn)筆時保持克服紙張纖維的方向用力，但筆劃是朝著紙張纖維方向進(jìn)行，筆劃壓力使筆劃左側(cè)紙張凸起。如圖1中的3號部位。

2.1.2 壓痕深度曲線

壓痕深度曲線（見圖2、圖3）是某一筆畫的空間軌跡中各像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)構(gòu)成的二維曲線，采樣點(diǎn)在選定筆畫中的相對位置為X 軸橫坐標(biāo)，該點(diǎn)的紙張凹陷深度數(shù)據(jù)為Y 軸縱坐標(biāo)，直觀展示筆跡壓痕深淺變化趨勢，從而推出書寫人書寫壓力的大小及起伏變化，壓痕深度曲線圖如圖2、圖3所示，不僅體現(xiàn)了書寫時書寫壓力的總體變化趨勢，也展現(xiàn)了書寫過程中細(xì)微的書寫壓力變化。

圖2 老年人筆跡壓痕深度曲線

圖3 老年人筆跡局部筆劃壓痕深度曲線

與筆跡壓痕彩色圖顯不同的是，壓痕深度曲線是定量的觀察筆跡壓力的變化，由于軟件在提取筆劃信息時，每個筆劃提取若干個點(diǎn)的深度值進(jìn)行反應(yīng)筆劃對應(yīng)的筆跡壓力，因此，通過壓痕深度曲線右側(cè)的折線圖中上下起伏的點(diǎn)線觀察對應(yīng)筆劃壓力的深淺。

（1）整體筆跡壓力起伏較大，該樣本最高點(diǎn)為0.02mm，最低點(diǎn)位-0.089mm，相差0.1mm左右。

（2）同一份簽名中，越到后面的筆劃，壓力深度越大，運(yùn)筆壓力越大。

2.1.3 壓痕深度數(shù)據(jù)

通過研究30 位老年人的150 份樣本筆跡，得到30 位老年人各自簽名樣本筆跡壓痕深度的最大值均值、最小值均值、極值差均值、標(biāo)準(zhǔn)差均值、整體均值等數(shù)據(jù)，以30 人簽名筆跡第一個字?jǐn)?shù)據(jù)為例，如表2所示。

表2 老年人簽名筆跡中第一個字各數(shù)據(jù)均值表

通過數(shù)據(jù)分析，得到折線圖（見圖4），將數(shù)據(jù)更為直觀、形象的表達(dá)。

圖4 老年人筆跡壓力折線圖

由圖4 可知，10 號、12 號老年人筆跡壓力最小值較小，說明這兩位老年人書寫時筆跡壓力較大，筆劃深度較深；除10號、12號外，其余28 位老年人筆劃深度均約在-0.2～0mm 之間，說明老年人筆跡壓力普遍在一定范圍內(nèi)波動，存在筆力變化較小，筆力較為平緩的現(xiàn)象；標(biāo)準(zhǔn)差均值變化幅度小，均在0.01～0.02mm 上下波動，說明該組數(shù)據(jù)與該組數(shù)據(jù)平均值相差較小，筆跡壓力變化較小，筆力較為平緩。

2.2 同一人樣本與自身的比較分析

通過對筆跡的分析，可以看出老年人在相同書寫條件下，書寫同一個字時具有如下特點(diǎn)：

（1）由于老年人書寫習(xí)慣已經(jīng)養(yǎng)成，書寫形成動力定型，其筆跡壓力變化的趨勢大體相近，如圖5、圖6所示。

圖5 同一人筆跡壓痕深度曲線比較一

圖6 同一人筆跡壓痕深度曲線比較二

（2）在某些細(xì)小筆劃的筆跡壓力區(qū)間范圍內(nèi)，壓力變化存在細(xì)微差異。

3 結(jié)果與討論

本實(shí)驗致力利用筆跡的三維信息，即認(rèn)識筆跡的壓力痕跡特征，嘗試深入研究條件變化筆跡中的老年人筆跡，通過利用本實(shí)驗的筆跡三維信息提取儀，拓展傳統(tǒng)筆跡檢驗領(lǐng)域，得到以下結(jié)論：

（1）老年人簽名筆跡中，整體的、宏觀的來看同一份筆跡的壓痕彩色圖顯及壓痕深度曲線，越到后面的筆劃，顏色越深，壓力深度值越大，運(yùn)筆壓力越大，該現(xiàn)象出現(xiàn)率為83%；（2）同一老年人在正常條件下，其多次書寫的相同簽名筆跡，即使在字的外觀形態(tài)上存在差異，但其筆跡壓力變化的趨勢大體相近；（3）93%的老年人筆跡壓力最大值均值、最小值均值變化幅度較為穩(wěn)定，在一定范圍內(nèi)波動；（4）同一簽名中，老年人筆跡會出現(xiàn)使紙張大幅度凸起或凹陷的現(xiàn)象，即在簽名過程中，老年人用力不均；（5）老年人筆跡壓力標(biāo)準(zhǔn)差均值變化幅度較大，數(shù)據(jù)的波動較大，即老年人簽名仍屬于自然的、正常的簽名，筆力有起伏變化。