DE3927372A1 - Tablett zur rechnerunterstuetzten symbolischen manipulation von handschriftlich erstellten formeln und zeichnungen - Google Patents

Description

Es wird eine Einrichtung - nachfolgend Tablett genannt - be­ schrieben, die die Möglichkeiten des gewohnten handschriftlichen Arbeitens auf einer Tafel oder Papier mit dem Potential verbindet, das elektronische Rechenanlagen zur Unterstützung des symboli­ schen Rechnens, der wissenschaftlichen Textverarbeitung und des Entwerfens bieten.

Der Vorteil des gewohnten handschriftlichen Arbeitens besteht in der Möglichkeit, Ausdrücke gemäß der Bedeutung ihrer Kompo­ nenten zur besseren Verständlichkeit zu gliedern und in der Größe abzustufen. Dabei ist der zweidimensionale Charakter von For­ meln und Diagrammen von großer Bedeutung. Dieser ermöglicht es, zusammengehörende Informationen auch räumlich benachbart niederzuschreiben, was für die Verständlichkeit kompakter Nota­ tionen unverzichtbar ist. Hierzu vergegenwärtige man sich am Bei­ spiel mathematischer Formeln die Schreibweisen mit Indizes und Exponenten, die Verwendung von Integralen mit Grenzen, Reihen, Produkten, Vektoren, Matrizen etc.

Der Vorteil des symbolischen Rechnens mit Rechenmaschinen besteht in seiner Schnelligkeit und Zuverlässigkeit. Der Nachteil besteht in der zwangsläufig sequentialisierten Eingabe am Termi­ nal, die zweidimensionale Objekte der oben beschriebenen Art sehr unübersichtlich werden läßt. Diese Erschwernis ist nicht nur quan­ titativ zu sehen, sondern kann das interaktive Bearbeiten größerer Aufgaben unmöglich machen.

Das algebraische Tablett vereint die Vorteile der erprobten hand­ schriftlichen Arbeitsweise mit den Vorteilen der Rechnerunterstüt­ zung für die Tätigkeit. Dazu wird die im folgenden beschriebene Konfiguration aus Hardware- und Softwarekomponenten verwen­ det.

Die Eingabe geschieht auf einer Eingabe-/Ausgabeeinheit, auf der die geschriebenen Muster sichtbar sind und auf der auch sämt­ liche Systemmeldungen und Resultate ausgegeben werden. Der Benutzer braucht also nur ein einziges Gerät zu bedienen. Die Bedienung erfolgt ausschließlich mit einem Stift, so daß die Ein- /Ausgabeeinheit sich "anfühlt" wie ein Blatt Papier o. ä. Die eingegebenen Objekte werden simultan in den Rechner eingelesen und so aufbereitet, daß es möglich ist, den Rechner zur Kontrolle oder zur Unterstützung des Rechnens zu verwenden. Eine mögliche Realisierung dieser Einrichtung, die prototypisch für mathemati­ sche Formeln realisiert wurde, wird im folgenden beschrieben (vgl. hierzu Bild 1).

Die Ein-/Ausgabeeinheit setzt sich aus einem Digitalisiertablett und einer Flüssigkristallanzeige zusammen. Auf der Flüssigkri­ stallanzeige werden die vom Benutzer eingegebenen Zeichen direkt ausgegeben, so daß sich die Eingabe der Zeichen wesentlich kom­ fortabler gestaltet als auf einem bloßen Digitalisiertablett. Die vom Digitalisiertablett ertasteten Koordinatensätze der Stiftpositionen werden einem Arbeitsplatzrechner übergeben und in einer Pipe­ line, bestehend aus mehreren Softwarekomponenten, verarbeitet.

Stufe 1 bereitet die Zeichen für die nachfolgende Mustererken­ nungsstufe auf, indem der Koordinatenstrom in einzelne Zeichen aufgelöst wird und diese Zeichen bzgl. ihrer Lage und Größe nor­ miert werden. In Stufe 2 wird den Zeichen eine Bedeutung zu­ geordnet, d. h. hier findet die eigentliche Mustererkennung statt. Es stehen zwei lernfähige Erkennungsalgorithmen zur Verfügung. Die Lernfähigkeit der Algorithmen bürgt dafür, daß der Benutzer sich nicht eine genormte Schreibweise aneignen braucht. Vielmehr kann er das System in einem Trainingslauf für seine individuelle Handschrift konfigurieren.

Erkannte Zeichen werden auf der Flüssigkristallanzeige ausgege­ ben, wo sie die zugehörigen eingegebenen Zeichen in Originalgröße ersetzen und an die Stufe 3 weiterleiten. Der Benutzer erhält so eine erste normierte Version der Formel, die ihm Kontrolle über den Mustererkennungsprozeß gewährt. Ist der Benutzer mit dem Re­ sultat einverstanden, so dokumentiert er dies durch Antippen eines Menuefeldes mit dem Eingabestift. Die Struktur der Zeichenfolge als mathematische Formel wird dann von Stufe 3 aufgebrochen. Stufe 3 produziert eine Internform, die sich zur Weitergabe an ein symbolisches Formelmanipulationssystem 6 eignet. Sowohl die von Stufe 3 erzeugte Internform als auch die Ausgabe des sym­ bolischen Formelmanipulationssystems wird von der Journalver­ waltung 4 geordnet abgelegt und auf der Anzeige in Schöndruck angezeigt. Um die Internform und die Ausgabe des Manipulations­ systems wohlproportioniert ausgeben zu können, müssen diese in der Schöndruckeinheit 5 gemäß ihrer Struktur in einen Ausgabe­ zeichenstrom umgewandelt werden. Der Benutzer kann die Jour­ nalverwaltung 4 benutzen, um alte Ergebnisse nachzuschlagen, zu modifizieren und neu verarbeiten zu lassen.

Claims (8)

1. Tablett zur Unterstützung des handschriftlichen Arbeitens durch einen Computer, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ gabe handschriftlich erfolgt und die gewohnten Notationen, die auch zweidimensionalen Charakter haben dürfen, beibe­ halten werden. Das Eingabegerät bildet eine Einheit mit dem Ausgabegerät, so daß die Bedienung des gesamten Systems von einem Gerät aus handschriftlich auf einer einzigen Be­ nutzeroberfläche erfolgt. Die Einrichtung ist in der Lage, For­ meln, Texte und Zeichnungen in Darstellungen umzuwandeln, die der Verarbeitung und Speicherung durch einen Rechner zugänglich sind.

2. Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß mit einer kurzen Verzögerung die handschriftliche Eingabe auf dem Tablett in genormte Zei­ chen umgesetzt wird, so daß der Schreiber in Echtzeit die Kon­ trolle darüber hat, ob der Rechner seine Handschrift richtig interpretiert hat.

3. Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß Korrekturen fehlerhaft interpretierter Zeichen durch einfaches Überschreiben vorge­ nommen werden können, d. h. die Formel oder Zeichnung muß nicht erneut eingegeben werden. Diese Korrekturmöglichkeit steht dem Benutzer auch für die Korrektur der von ihm selbst verursachten Fehler zur Verfügung.

4. Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die niedergeschriebenen Objekte so aufbereitet werden, daß sie einem symbolischen Manipulationssystem oder einem Desktop-Publishing-System bzw. wissenschaftlichen Textverarbeitungsprogramm überge­ ben werden können, oder zu sonstiger Weiterverarbeitung im Rechner verbleiben.

5. Ansprüche 1-4, gekennzeichnet dadurch, daß das Tablett ein Menue trägt, das es erlaubt, die in (4) angesprochenen Manipula­ tionssysteme aufzurufen und zu bedienen. Darüber hinaus können Befehle für die Manipulationssysteme auch handschrift­ lich erfolgen.

6. Ansprüche 1-5, gekennzeichnet dadurch, daß die von dem Rechner er­ zeugten Zwischenresultate auf dem Tablett strukturiert in an­ gemessener Weise ausgegeben und für die Weiterzeichnung per Hand angeboten werden.

7. Ansprüche 1-6, gekennzeichnet dadurch, daß das Tablett ein Journal zur Verfügung stellt, das das Blättern in bereits eingegebenen Formeln und in Zwischenergebnissen gestattet.

8. Ansprüche 1-7, gekennzeichnet dadurch, daß der Benutzer eine belie­ big geformte Blockschrift für Buchstaben und Symbole ver­ wenden darf. Er ist nicht an die Verwendung irgendeiner Normschrift gebunden und kann auch mathematische Sym­ bole neu definieren. Einzige Bedingung ist die Unterscheid­ barkeit der Symbole.