Fusuma手势检测算法解析：滑动、捏合、旋转、长按的数学原理

Fusuma是一款基于libinput驱动的Linux多点触控手势识别工具，能够将触摸板上的物理操作转化为系统可识别的手势指令。本文将深入解析Fusuma如何通过数学算法实现滑动、捏合、旋转和长按这四种核心手势的精准检测，帮助开发者理解其底层工作原理。

手势检测系统架构

Fusuma采用插件化架构设计，每种手势类型都由独立的检测器处理。核心检测逻辑集中在lib/fusuma/plugin/detectors/目录下，包含四个关键实现文件：

• 滑动检测：swipe_detector.rb
• 捏合检测：pinch_detector.rb
• 旋转检测：rotate_detector.rb
• 长按检测：hold_detector.rb

所有检测器均继承自detector.rb基类，遵循统一的检测流程：数据采集→特征提取→阈值判断→事件生成。

滑动手势检测算法

滑动手势通过识别手指在触摸板上的位移向量来实现，核心是计算移动方向和距离。

方向判定原理

Fusuma通过比较X轴和Y轴的移动分量确定滑动方向：

# 简化自SwipeDetector::Direction类
def calc
  if @move_x.abs > @move_y.abs
    @move_x.positive? ? "right" : "left"
  else
    @move_y.positive? ? "down" : "up"
  end
end

这段代码来自swipe_detector.rb的Direction内部类，通过比较X和Y方向移动量的绝对值，判断手势是水平滑动还是垂直滑动，再根据正负值确定具体方向。

移动距离计算

滑动距离通过Quantity类计算，取X和Y方向移动量的最大值：

# 简化自SwipeDetector::Quantity类
def calc
  (@x > @y) ? @x.abs : @y.abs
end

为避免误判，系统设置了移动阈值检测：

def moved?(repeat_quantity)
  repeat_quantity > 0.3
end

只有当移动量超过0.3单位时，才判定为有效滑动。

捏合手势检测算法

捏合手势（Pinch）用于实现缩放功能，通过检测两个手指间距离的变化来工作。

缩放方向判定

Fusuma通过比较当前距离与基准距离判断缩放方向：

# 简化自PinchDetector::Direction类
def calc
  if @target > @base
    "out"  # 放大
  else
    "in"   # 缩小
  end
end

其中@target是当前两指距离，@base是初始距离。

缩放比例计算

缩放比例通过当前距离与基准距离的比值计算：

# 简化自PinchDetector::Quantity类
def calc
  if @target > @base
    @target / @base  # 放大比例
  else
    @base / @target  # 缩小比例
  end
end

系统默认基础阈值为1.3（BASE_THRESHOLD = 1.3），当缩放比例超过该值时触发缩放事件。

旋转手势检测算法

旋转手势通过检测手指旋转的角度变化来实现，核心是计算旋转方向和角度。

旋转方向判定

Fusuma根据旋转角度的正负值判断方向：

# 简化自RotateDetector::Direction类
def calc
  if @angle.positive?
    "clockwise"         # 顺时针
  else
    "counterclockwise"  # 逆时针
  end
end

旋转角度计算

旋转角度直接取原始数据的绝对值：

# 简化自RotateDetector::Quantity类
def initialize(angle:)
  @angle = angle.abs
end

系统设置了最小旋转阈值（0.2度），避免微小移动触发误判：

def moved?(repeat_quantity)
  repeat_quantity > 0.2
end

长按手势检测算法

长按手势通过检测触摸持续时间来实现，需要与其他手势区分开。

时间阈值计算

长按检测的核心是判断触摸持续时间是否超过设定阈值：

# 简化自HoldDetector
def enough?(index:, holding_time:)
  holding_time > threshold(index: index)
end

系统默认基础阈值为0.7秒（BASE_THRESHOLD = 0.7），用户可通过配置文件调整。

防误触机制

为避免误判，长按检测结合了定时器和状态机：

when "begin"
  @timeout = nil
  if threshold(index: oneshot_index) < @timer.interval
    @timer.wake_early(Time.now + threshold(index: oneshot_index))
  end

这段代码来自hold_detector.rb，通过提前唤醒定时器，确保长按事件能被精准捕获。

阈值动态调整机制

所有手势检测都支持动态阈值调整，通过配置文件设置不同手势的敏感度：

def threshold(index:)
  @threshold ||= {}
  @threshold[index.cache_key] ||= begin
    keys_specific = Config::Index.new [*index.keys, "threshold"]
    keys_global = Config::Index.new ["threshold", type]
    config_value = Config.search(keys_specific) ||
                   Config.search(keys_global) || 1
    BASE_THRESHOLD * config_value
  end
end

这段通用代码实现了从配置文件读取阈值系数，与基础阈值相乘得到最终判断阈值，使系统能适应不同硬件和用户习惯。

总结与应用

Fusuma通过精妙的数学算法，将复杂的触摸动作转化为可量化的数值计算，实现了四种核心手势的精准识别。其设计亮点包括：

1. 模块化架构：每种手势由独立检测器处理，便于维护和扩展
2. 阈值动态调整：支持通过配置文件自定义敏感度
3. 防误触机制：多重判断确保手势识别的准确性
4. 统一接口设计：所有检测器遵循相同的调用流程

开发者可以通过修改config.yml文件调整各种手势的阈值参数，或参考检测器实现扩展新的手势类型。Fusuma的算法设计为Linux触摸板手势识别提供了高效可靠的解决方案，展现了数学原理在人机交互中的精彩应用。

要开始使用Fusuma，可通过以下命令克隆仓库：

git clone https://gitcode.com/gh_mirrors/fus/fusuma

然后按照项目文档进行安装和配置，体验强大的Linux多点触控手势功能。