筆畫的特徵比對模式

本研究計畫之目的是要進行國字書寫電腦評量模式之研究。依據系統之功 能、開發技術等因素，分成兩個階段，首先建立國字筆畫的特徵比對模式與研發 辨識演算法；再來是制定國字筆順規則與判別演算法，以下先描述筆畫的特徵中 基本筆畫與複合筆畫的比對模式。

壹、筆畫的特徵比對流程

我們利用斜率來判斷學童書寫的筆畫種類，分析個別筆畫。先讀入學童書寫 時個別筆畫所有經過的點，此時再將這一筆畫視為由點與點連接形成的線段所組 成，接下來分析每一線段之斜率，再將斜率轉為基本筆畫，最後再將這些基本筆 畫組合成各種筆畫。流程圖如圖3-3：

圖3-3 筆畫的特徵比對架構圖

系統運作流程如圖 3-3，首先記錄受試者書寫每一筆畫的移動軌跡，並將每

無法辨識 重寫該畫

書寫國字各筆畫

軌跡座標 向量化

記錄書寫軌跡 辨識筆畫

類型

比對 該筆畫正確筆順 演算法判別

連畫分畫 錯誤

分析筆順錯誤類型

一筆畫所有經過的點記錄為字串，因過程中每個人書寫速度不同，單位距離內所 形成的點數不同，所以進一步透過演算法將移動軌跡座標向量化，用分點公式算 出定距離的座標點以利辨識，處理方式為系統於感應筆移動時每隔一段固定距離 便會傳回一新座標值，但若書寫速度過快或過慢時傳回座標點會有所不同，所以 系統在點與點間預設一固定距離，故當新座標值出現時檢查其距離是否大於系統 之預設距離，若超出預設距離則表示寫的太快，此時需利用向量化補點的方式補 足座標點，同理書寫過慢時則刪減過多之座標點。

當受試者書寫出可辨識的筆畫後，即記錄書寫軌跡並利用座標變化判別前後 筆畫是否有連畫、分化或次序上的錯誤，同時筆畫名稱是否符合該筆畫的正確筆 順，最後再結合以上兩種訊息來對照筆順特徵筆畫，來判定違反哪一個筆順規 則，回餽給受試者，即完成單一筆畫的特徵比對程序。

貳、基本筆畫比對與辨識

本系統以每筆筆畫的斜率作為判別筆畫之依據，將斜率相近之「點」與「捺」

合併為「捺」，又因「弧」較特殊而予以刪除，並將「畫」筆畫改名「橫」筆畫、

「直」筆畫改成「豎」筆畫，歸納出六種基本筆畫，如表3-1 所列。

表 3-1 六種基本筆畫角度對照

編號 筆畫名稱 形狀 對應角度

1 橫 0°~ 25°

2 挑 25°~ 80°

3 鉤 90°~ 160°

4 撇 195°~ 260°

5 豎 260°~ 295°

6 捺 295°~ 340°

在此要加以說明的是雖然「點」或「捺」在基本筆畫辨識時視為相同，但在

輸出比對結果時仍會依其長度加以分類為「點」或「捺」筆畫。所有國字的筆畫 基本上皆可以用本研究所提出之六種基本筆畫排列組合表示之。

參、複合筆畫比對與辨識

考慮每個人寫字習慣的變異性等，導致有多個國字筆畫會有多種組合情形，

如表3-2，例如國字「戈」中的「 」畫，對應到教育部筆畫名稱為「斜鉤」，如 果以本系統判別則可能為「捺-鉤」、「捺-挑」、或「豎-捺-鉤」等等狀況，再利 用演算法轉換為「斜鉤」。

表 3-2 複合筆畫電腦辨識與例字

編號 形狀 電腦辨識可能

出現筆畫名稱 教育部筆畫名稱 範例

1 橫撇 橫鉤 也

2 同教育部 橫撇 友

3 橫撇、橫豎、橫捺豎… 橫折 五

4 橫撇橫鉤、橫撇橫挑 橫曲鉤 吃

5 橫豎鉤、橫豎撇鉤 橫折鉤 的

6 橫豎橫、橫撇豎橫 橫折橫 朵

7 橫捺鉤、橫豎捺鉤 橫斜鉤 九

8 橫撇橫撇鉤、橫撇橫豎撇鉤 橫撇橫折鉤 乃

9 豎橫 豎折 叫

10 豎挑、豎撇挑 豎挑 長

11 豎鉤、豎撇鉤 豎鉤 小

12 ※同教育部 豎撇 青

13 豎橫鉤、豎捺橫鉤 豎曲鉤 北

14 豎橫撇、撇橫撇 豎橫折 吳

15 豎橫豎鉤、豎橫撇鉤 豎橫折鉤 第

16 ※同教育部 撇挑 紅

17 ※同教育部 撇橫 錄

18 撇捺、豎撇捺、豎捺 撇頓點 經

19 捺 短頓點 襄

20 捺 長頓點 不

21 捺橫鉤、豎捺橫鉤 臥鉤 心

22 捺豎鉤、捺豎撇鉤 彎鉤 手

23 捺鉤、捺挑、豎捺鉤 斜鉤 我

最後還要說明，教育部頒布的筆畫共二十八種，我們辨識的六種基本筆畫及 二十三種複雜筆畫合計卻共有二十九種，比教育部頒布的多了一種，原因是因為 六種基本筆畫中的「鉤」並不獨立存在，必須依附於其他基本筆畫之後，如「豎 鉤」、「臥鉤」、「斜鉤」等，所以系統在輸出比對結果時實際使用的筆畫種類 仍舊只有二十八種，與教育部頒布的筆畫種類是一致的。

肆、筆順連分畫與順序分析

要有效的比對每一筆畫是否正確，須先排除受試者書寫時是否有發生前後筆 畫連畫或者將同一筆畫誤寫成兩個不同筆畫，或是相同的筆畫連續出現，未依由 左至右或由上至下的順序，都容易造成系統與資料庫比對時的誤判，所以系統利 用前後筆畫的關係與座標位置的大小改變，以演算法來判別這些錯誤，以下將說 明這兩類演算法。

一、分析筆畫連畫與分畫

所謂連畫是指將兩筆畫寫成一筆畫，本研究的方法是將受試者寫的筆畫類型 再與資料庫中正確的兩筆合併的筆畫類型作比對，當滿足下列式子時，即為連畫：

1,

比對，當滿足下列式子時，即發生上下順序錯誤：