摘 要

手写签名是最具公信力且广泛为人所接受的一种身份认证以及认可协议内容的认证方式。从小开始，人们就和各种各样的签名打交道，从医疗保险签名到节假日安全保障签名再到长大成人后的各种合同签名，签名融入人们生活的方方面面。伴随着互联网络的发展，无需使用纸进行签名的签名方式有了更加广泛的使用前景。所以本文主要研究内容是基于Skia引擎，在Android设备上完成对手写签名系统的设计。最终实现签名无纸化的目的。

在绘图方面，使用Android自带的基础图形函数库完成点的采集并通过Skia引擎库中的相关函数完成触点的绘制，再经Android NDK编译，然后通过JNI技术调用实现绘图，同时通过线性插值法/贝塞尔曲线等方式补点成线；在显示方面，通过位图与画布将图像实时显示在Android自带的视图SurfaceView上；在数据处理方面，通过文件输出流与文件输入流完成对数据的存储与读取，并使用正则表达式实现了采样点与字符串之间的相互转化。

最终本文完成了在安卓电容屏或电磁屏设备的签字板上能够单指进行手写签名，同时能记录轨迹数据，然后可以根据数据完成轨迹还原的功能，并且可以调用第三方应用查看数据文件和图片文件等功能，实现了签名的无纸化应用。

关键字：Skia图形引擎；手写签名；JNI技术；线性插值法；轨迹还原

Abstract

Handwritten signature is the most reliable and widely accepted authentication method of identity and the content of the agreement. Since childhood, people have been dealing with all kinds of signatures. Just like holiday security signature,medical insurance signature,and all kinds of contracts are signed when you grow up. Signatures are incorporated into every aspect of people's lives. Therefore, with the development of network, paperless signature has more extensive application prospects.This article is mainly based on the Skia engine and completes the design of handwriting signature system on Android devices.

In terms of drawing, it mainly uses Android's built-in function library to complete point collection. And through the JNI technology, using the relevant functions in the Skia engine library to complete the drawing of the contacts. At the same time, the line is complemented by linear interpolation or bezier curve.In the display area, the image is displayed on the SurfaceView mainly through bitmaps and canvases. In data processing, data storage and reading are mainly accomplished through file output streams and file input streams by using regular expressions. The mutual transformation between sampling point and string is realized

Finally achieved the completion of handwritten signature on the signature board and recorded track data. At the same time according to the data to complete the trajectory restore function. The paperless application of signature is realized.

Key words: Skia engine; Handwritten signature; JNI technology; Linear interpolation; Trajectory reduction

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景、目的及意义 1

1.2 课题国内外研究现状 1

1.3 课题主要研究内容及安排 3

第2章 手写签名实现原理及分析 4

2.1 系统目标与规模 4

2.2 系统实现的基本原理 4

2.2.1 安卓的图形系统 4

2.2.2 JNI 与 Android NDK 4

2.2.3 Android NDK下图形绘制 5

2.2.4 Android SDK下图形显示 5

2.3 签名需求分析 6

2.3.1 系统数据流图 6

2.3.2 系统功能需求与其行为操作流程 6

2.4 本章小结 7

第3章 手写签名系统设计 8

3.1 系统架构设计 8

3.1.1系统流程图 8

3.1.2 签字板、绘图以及数据处理模块设计 8

3.2 程序结构与人机界面设计 9

3.2.1 主要程序结构设计 9

3.2.2 人机界面设计 11

3.3 本章小结 12

第4章 手写签名系统实现 13

4.1 搭建系统软硬件结构 13

4.1.1 硬件选择 13

4.1.2 软件环境搭建 13

4.2 关键步骤实现及其函数介绍 13

4.2.1 触屏事件及其处理 13

4.2.2 画点与补点处理 16

4.2.3 轨迹数据保存与采样点提取 17

4.3 本章小结 18

第5章 手写签名系统实验及结果分析 19

5.1 手写签名 19

5.2 数据保存与文件查看 19

5.3 轨迹回显 20

5.4 本章小结 21

第6章 成果总结与展望 22

6.1 成果总结 22

6.2 展望 22

参考文献 24

致谢 26

第1章 绪论

1.1 课题研究背景、目的及意义

长久以来，人们表明身份、认可协议内容的途径都是通过在纸质的文件上签名实现的，但是伴随着计算机科学与技术的极速发展，人们已经渐渐走入了互联网的时代，对于个人而言，购物、学习、娱乐甚至吃饭点餐都可以通过互联网完成；同样，在商业领域内，合同或者是文件也绝大多数是作为电子档存在的，所以签名的方式也渐渐趋于电子化、无纸化。从传统纸质签字到如今电子单据的无纸化签署，一方面，由于我们国家的电子签名法的颁布实施，为这种电子化、无纸化的使用提供了强而有力的法律保障，另一方面可靠的电子签名技术作为核心驱动引擎，能够有效规避无纸化后的法律风险和安全隐患。

现代社会，由于计算机网络的普及与广泛使用，就如同手机的打开方式，从最初的滑动解锁、密码解锁渐渐演变为指纹解锁、声音解锁，我们越来越需要能够进行准确快速的身份认证。

而且因为信息通信技术的高速发展，人类的日常生活得到了极大地方便，但是也带来了之前从未有过的挑战，那就是信息的安全问题。以前的旧式的身份证明方式有着很明显的缺点：通过信物的身份认证方式如虎符、印章等会出现被盗窃、丢失的情况而通过知识的验证方式也存在着被泄密和被遗忘的问题。因此一类高科技且现代化的身份验证方式（即基于生物特征得认证方式）获得了人们的青睐，应用的领域随着研究的深入也越来越广泛。手写签名是属于众多生物特征中的一种，同步态一样是属于行为特征，它还具有非侵犯性，且受历史影响，更为人们所接受^[1]。因此在需要表达意愿的场合，成为了人们首选的一种认证方式。

对它的研究具有重要的理论及应用研究价值。

1.2 课题国内外研究现状

就目前而言，就手写签名方面，国外学者的起步比我们国内更早，取得了多项成果。Guerbai Y等学者研究了关于SVM分类器的手写签名验证^[2]；Ooi S Y等人利用离散Radon变换、主成分分析和概率神经网络的混合方法进行了基于图像的手写签名验证^[3]；Galbally J与Diaz-Cabrera M通过结合实际动态数据和综合生成的静态数据进行了在线签名识别^[4]；Maiorana E等学者也完成了以生物特征模板保护使用通用背景模型的在线签名的应用^[5];Plamondon R等人研究了自动签名验证和作者识别的最新技术^[6]；Paudel N等学者在国际会议上发表了关于手写签名验证手机的研究^[7]；Houmani N讨论了关于网上手写签名质量评价的研究方法^[8]。远在二千年6月份，美国就已经从法律上认可了电子签名的文件的法律效力，就是说电子签名文件与纸质签名文件一样，需要依法执行。

所以替代纸质签名，电子签名认证被广泛使用于各个领域。我们有很多很多种电子手写签名的实现方式，而使用PKI公钥进行加密的签名技术是目前来说，外国研究的比较成熟的一种实现签名的技术。

就如Docusign这款国外的电子签名软件产品，它非常重视技术的研究，还自建了服务器，是属于签名应用领域的佼佼者。但是由于国内外法律法规以及文字需求的不同，其产品难以在中国得到应用。

而在国内，诸多学者也取得了多项优秀成果。马小晴与桑庆兵研究了基于LBP和深度学习的手写签名识别算法^[9]；何梦等人研究了基于在线手写签名的密钥生成方法^[10]；有詹恩奇等人的基于信息融合的在线手写签名算法的研究^[11]；彭鑫在基于Android的工业控制监控软件的设计和开发一文中也涉及了关于使用NDK和JNI完成绘图的处理^[12]；张衡, 姚胜等人研究了手写签名技术在银行无纸化业务中的应用^[13]；江仁研究了手写触摸屏签字技术在高校财务报账中的应用^[14]。这些年以来，我们国家的电子政务和电子商务在快速普及、迅速发展当中，由于淘宝、天猫、京东等的电商企业的网络交易金额突破天际的高，为保障网络上能正常进行交易，解决网上的交易纠纷。我们国家的电子签名法在2002年5月份就早于市场的发展而预先启动了的起草工作，随后在全国人民代表大会上通过，所以《中华人民共和国电子签名法》最终从2005年4月1日起就开始实施。而且，在签名法实施以来，经过了不断的修改与完善，目前最新版是在二零一五年修正的，虽然由于存在相关的法律衔接等诸多问题，但是随着社会的发展，这些相关的法律法规会越来越完善的。

就如今而言，大致有三类身份认证的方式：一是像口令、密码等等，是基于人们知识的认证方式；一是像虎符、校园卡、身份证等等，是基于信物的认证方式；而通过识别人类的生物特征进行身份认证是第三种认证方式。其中有天生的、独一无二的DNA、指纹、虹膜等特征，也有步态、笔迹等在后天的成长过程中渐渐形成的特征。其中，最值得人们相信的一种身份证明方式就是独一无二且难以被模仿的生物特征识别认证方式。历史上人类最早使用的第三种认证方式就是手写签名，正是因为这一长期的社会影响，手写签名作为一种身份证明和说明自身意愿的认证方式已经被全世界的人们所广泛接受。而在线手写签名包含有书写过程中的大量信息，如坐标、压力、时间等属性，具备着丰富且难以模仿的个人特性，能够有效的完成对身份的认证。

现在的一些金融和商业企业已经开始尝试无纸化的办公，虽然纸质签名等办公方式还无法被完全取缔。但是电子签名这项技术在网络领域有着广阔的应用前景。目前我们国家在该方面的研究成果已经达到了国际先进水平，据我了解，国内已经有杭州天谷信息科技有限公司在内的多家企业投入于电子签名产品的开发。随着其应用领域的不断扩展，其市场需求也会越来越大。其规模甚至可以达到数十亿元人民币。相信在不久的将来，国内对电子签名的应用会越来越广泛。

1.3 课题主要研究内容及安排

本课题的主要研究内容是对带电磁屏或电容屏的安卓设备，设计一个手写签字板，能够实时记录轨迹数据，包括坐标、压感、动作与时间等；使用JNI方式，基于Skia引擎实现签字板算法设计；并根据签名产生的轨迹数据文件最终实现还原轨迹的功能。

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