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Smart Geometry 详细设计说明书

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1 概述

1.1 系统简述

由于目前的主流电子课件系统，无法满足教师在课堂教学互动中需要与用户界面自然、高效、连续性交互的要求。我们准备用我们的实际行动来试图改变这一现状，本项目拟实现一个能在ipad上运行的智能几何教育平台，其功能包括草图识别，手势识别，动态几何约束等。由于时间有限，动态几何约束求解与动态几何可视化这部分的功能暂不准备实现。非功能性的需求有系统出错处理及易操作性。

1.2 软件设计目标

本项目系统概要设计说明书是基于Smart Geometry智能几何教育平台需求分析书进行编写的。该项目将以笔代替鼠标键盘，能够连续添加笔迹批注，勾画并识别几何草图，用笔手势操纵界面元素。本概要设计同时也是为详细设计及后续开发，提供指导作用。

预期的读者：

详细设计人员

开发人员

测试人员

用户

1.3 参考资料

《ipad开发应用实战》，《iphone4与ipad开发基础教程》，《Objective－c 基础教程》，《ipad开发基础教程》，《ipad应用开发实例》。

2 术语表

本文档所涉及到的属于包含如下：

1、Stroke：笔迹，用户一次落笔提笔

2、Pen_Info：预处理

3、Graph：图形类

4、Guint：图元类

5、Graph_Edit：图形编辑类

6、Constraint：图形与图形之间的约束，一个图形拥有多个约束，由约束的类型来标识。

7、特征点：用于划分图元的点，比如三角形的顶点。

8、点集：一系列点的集合

9、图元：组成图形的最小单位，比如三角形的边。

10、双线程：当开始录制视频时，创建新的线程进行录制操作。

11、切割：通过特征点来划分点集属于的图元类型。

12、拟合：将被划分好的图元计算出最能代表该点集的方程表达式。

3 用例

上图表明使用本系统的用户需要打开软件系统，就能使用系统，用户输入图形进行草图识别，并可以对识别出来的图形进行清空、保存等功能。

序号用例编

号

用例名称简单描述

1 UC_01 graph-input 用户进行草图输入

2 UC_02 graph-save 用户对识别出来的图形进行保存

3 UC_03 graph-load 用户读取已经保存的图形

4 UC_04 graph-delete 用户对识别出来的图形进行清空删除

5 UC_05 graph-adjust 用户对已绘制的图形进行调整

6 UC_06 graph-handle 对输入的草图进行的一系列处理过程

7 UC_07 pre-handle 系统对输入的草图进行预处理

8 UC_08 graph-cut 系统根据特征点进行图元的分割

9 UC_09 graph-recognizat

ion

系统对分割出来的图元进行识别

10 UC_10 graph-rebuild 系统根据划分出来的图元进行图形的重

组

11 UC_11 graph-reshape 系统对重组出来的图形进行规整

12 UC_12 graph-constraint 系统对已有图形保持几何约束

13 UC_13 graph-output 系统输出一系列图形处理步骤后产生的

4 设计概述

4.1简述

本系统主要采用面向对象设计、主机的结构模式进行开发，利用数学的几何知识进行求解问题。

4.2 系统非功能描述、约束与估算

4.2.1系统非功能描述和约束如下表

任何一台具有一定的内存、无问题的CPU、一定的数据存储量的可使用的iPad即可。

4.2.2估算

暂无问题。

4.3 系统的复用计划

库、框架、模式、构件等方面的复用暂不考虑。

4.4系统结构设计

4.4.1系统边界模型

1.可有效识别出基本图形，比如直线，三角形，圆形等。

2.同时具有实时调整图形的功能。

3.提供保存和重新载入功能。

4.提供录音和录频的功能。

5.提供笔形，笔色，背景色选择功能。

6.提供坐标系坐标功能。

4.4.2系统功能架构

1、智能几何(smart geometry)系统技术框架主要包括七部分：笔交互信息收集，用户意图判断器，笔迹识别，图形选定，编辑，存储。

2、笔交互信息收集：负责从外部硬件环境中获取最初的点集信息

（Pen_Info），并对收集到的点集信息进行早期的预处理，包括平滑和消除躁点处理，最后得到经过预处理以后的点集信息信息，被称为笔迹（Stroke）。

3、笔迹识别：分别对图元或者手势进行识别：

<1>对图元的识别包括先对笔迹（Stroke）进行分割，产生一系列图元对象（Gunit）集合，并对其识别和重构，最终得到图形对象（Graph），其中图元

对（Gunit）包括点图元（Point_Unit），直线图元（Line_Unit），曲线图元（Curve_Unit）,图形对象（Graph）是由多个图元（Gunit）对象构成，包括点图形（Point_Graph），直线图形（Line_Graph），曲线图形（Curve_Graph）（圆，椭圆或者弧），三角形（Triangle_Graph），四边形（Rectangle_Graph），和特殊图形（Other_Graph）。

<2>对手势的识别包括从专家库中获取判断手势意图的规则，最后识别出手势的意图。

4、图形选定：负责对存在约束的图形几何的选定，主要通过图形探查器对图形进行选定操作，选定的图形被称为Selected_Obj。

5、编辑：用户进入编辑态时，可以对选定图形进行缩放，变形，移动，旋转四种编辑。

6、存储：对用户操作完后的图形进行存储。

4.4.3系统的逻辑架构

笔交互信息收集转换器：负责从外部硬件环境中获取最初的点集信息Pen_Info，并对Pen _Info进行早期预处理，包括平滑和消噪处理，最后得到经过预处理以后的点集信息，被称为笔迹Stroke。

用户意图判断器：负责从笔迹Stroke中判断用户意图，用户意图包括画图意图Sketch和手势意图Gesture。

识别器：分别对图元和手势进行识别：对图元的识别包括先对笔迹Stroke进行分割，产生一系列图元对象Gunit集合，并对其识别和重构，最终得到图形对象Graph，其中图元对象Gunit包括点图元Point_Unit、直线图元Line_Unit、曲线图元Curve_Unit，图形对象Graph是由多个图元Gunit对象构成，包括点图形Point_Graph、直线图形Line_Graph、曲线图形（圆、椭圆或者弧）Curve_Graph、三角形Triangle_Graph、四边形Rectangle_Graph、和非特殊图形Other_Graph；对手势的识别包括从专家库中获取判断手势意图的规则，最后识别出手势的意图。