图形交互技术

1、2021-12-4聊城大学环境与规划学院1第4章 交互式技术提出问题提出问题 如何设计一个好的用户接口 为什么要定义逻辑输入设备 交互式绘图技术有哪些？2021-12-4聊城大学环境与规划学院24.1 用户接口设计用户接口设计用户接口用户接口确定用户与计算机如何进行信息交换。包括用户通过什么途径与图形系统进行联系，通过什么手段来操作系统的功能实现等。 最重要的就是高效率和对用户的友好性2021-12-4聊城大学环境与规划学院34.1.1 用户模型用户模型 用户模型（用户模型（User Mode）是用户接口设计的基础，它提供给用户有关他所处理的对象以及作用于这些对象的处理过程的一个概念性模型。2

2、021-12-4聊城大学环境与规划学院44.1.2 显示屏幕的有效利用显示屏幕的有效利用考虑如下几个问题：1. 信息显示的布局合理性。2021-12-4聊城大学环境与规划学院52. 充分而又正确地使用图符一类应用图符（application icons）一类控制图符（control icons）25 %25 %50 %50 %25 %25 %-?2021-12-4聊城大学环境与规划学院63. 恰当地使用各种表示方法进行选择性信息显示。? ?STOPSTOPSkyscraperHospitalParkFire station2021-12-4聊城大学环境与规划学院74.1.3 反馈反馈反馈：反馈

3、：就是动态地显示系统运行中所发生的一些变化，以便更有效地进行交互作用。根据设计过程中的功能设计、顺序设计和联结设计的三个步骤，可以给出三级反馈。l最低级的反馈l二级反馈l功能级反馈2021-12-4聊城大学环境与规划学院84.1.4 一致性原则一致性原则 一致性原则一致性原则是指在设计系统的各个环节时，应遵从统一的、简单的规则，保证不出现例外和特殊的情况。 按用户认为最正常、最合乎逻辑的方式去做按用户认为最正常、最合乎逻辑的方式去做实现一致性的最好方法是自顶向下仔细地设计整个系统。实现一致性的最好方法是自顶向下仔细地设计整个系统。2021-12-4聊城大学环境与规划学院94.1.5 减少记忆量

4、减少记忆量重要的是唤醒用户的识别而不是记忆唤醒用户的识别而不是记忆。2021-12-4聊城大学环境与规划学院104.1.6 回退和出错处理回退和出错处理 回退（回退（undo）机制机制 取消机制取消机制 确认机制确认机制 设计好的诊断程序诊断程序 提供出错消息提供出错消息 对可能导致错误的一些动作进行预测预测 约束机制约束机制：动作与对象相一致 2021-12-4聊城大学环境与规划学院114.1.7 联机帮助联机帮助为用户提供联机帮助联机帮助(On-Line Help)措施，能在用户操作过程中的任何时刻提供请求帮助。2021-12-4聊城大学环境与规划学院124.1.8 视觉效果设计视觉效果设

5、计这里强调的是色彩的使用这里强调的是色彩的使用。 选择色彩对比时以色调对比为主。 就色调而言，最容易引起视觉疲劳的是蓝色和紫色蓝色和紫色，其次是红色和橙色红色和橙色；而黄色、绿色、蓝绿色和淡青黄色、绿色、蓝绿色和淡青色色等色调不容易引起视觉疲劳。 为减轻视觉疲劳，应在视野范围内保持均匀的色彩的明亮度。2021-12-4聊城大学环境与规划学院134.1.9 适应不同的用户适应不同的用户提供多种方法使软件能适应不同熟练程度的用户。4.2 逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备与输入处理4.2.1 逻辑输入设备逻辑输入设备GKS和和PHIGS将各种图形输入设备从逻辑上分为六种：将各种图形输入设备从逻辑上

6、分为六种：教材p85:计算机图形核心系统计算机图形核心系统和程序员层次交互式图形系统程序员层次交互式图形系统。2021-12-4聊城大学环境与规划学院14 表1 图形输入设备的逻辑分类名称名称基本功能基本功能定位设备(Locator)指定一个点的坐标位置(x,y)描画（笔划）设备(Stroke)指定一系列点的坐标定值（数值）设备(Valuator)输入一个整数或实数字符串设备(String)输入一串字符选择设备(Choice)选择某个菜单项拾取设备(Pick)选择显示着的图形的组成部分2021-12-4聊城大学环境与规划学院15具体如下 定位设备定位设备典型方法是定位屏幕光标。定位设备有鼠标器

7、鼠标器、操纵杆、跟踪球、空间球、数字化仪的触笔或手动光标等。 2021-12-4聊城大学环境与规划学院16 描画设备（笔划设备）描画设备（笔划设备） 笔划设备的输入等于多次调用定位设备，产生一系列的坐标值，根据产生的坐标值可产生多边形和曲线等。 定值设备（数值设备）定值设备（数值设备）定值设备常用来输入各种参数和数据。2021-12-4聊城大学环境与规划学院17 字符串设备字符串设备即进行字符串输入 选择设备选择设备选择设备选择设备用来选择菜单选项、属性选项和用于构图的对象形状等。2021-12-4聊城大学环境与规划学院18 拾取设备拾取设备用拾取技术拾取一个图形对象：四种方式(1)利用定位设

8、备冲突问题冲突问题：图3-4 拾取的不确定情况BAECDP拾取的不确定情况拾取的不确定情况2021-12-4聊城大学环境与规划学院19解决方法： 在图形对象生成时就对每一个对象确定其拾取优先级 采用依次对拾取图形设立标志的办法。 找距离最近的对象优先拾取。 P图3-5 拾取距离最近的线段(CD)ABCD拾取距离最近的线段（CD）2021-12-4聊城大学环境与规划学院20对一条以点(x1,y1)和点(x2,y2)为端点的线段来说，从点P0(x0,y0)到该线段距离的平方由下式来计算：22122121211210210212)()()()()()(yyxxyxxxyyyxxxyydP图3-5 拾

9、取距离最近的线段(CD)ABCD拾取距离最近的线段（CD）2021-12-4聊城大学环境与规划学院21(2)指定拾取窗口指定拾取窗口拾取窗口拾取窗口是以光标位置为中心的一个矩形窗口P图3-6 拾取窗口只与线段CD相交ABCD拾取窗口只与线段拾取窗口只与线段CDCD相交相交2021-12-4聊城大学环境与规划学院22(3)矩形包围矩形包围(4)直接键入结构名字直接键入结构名字 设备演示设备演示 图3-7 矩形包围拾取（拾取ABE）BAECD矩形包围拾取（拾取矩形包围拾取（拾取ABEABE）2021-12-4聊城大学环境与规划学院234.2.2 输入模式输入模式输入模式输入模式即如何管理、控制多种

10、输入设备进行工作 常用的输入模式(或者控制方式或者控制方式)有请求（request）、采样（sample）、事件（event）及其组合形式等几种。2021-12-4聊城大学环境与规划学院241. 请求方式（请求方式（request mode）输入设备在应用程序的控制下工作，程序在输入请求发出后一直被置于等待状态直到数据输入。例如：lrequest_locator(ws, device_code, x, y)l 该命令把定位器置成请求输入控制方式，其中该命令把定位器置成请求输入控制方式，其中x、y 用来存储一个点的坐标值。用来存储一个点的坐标值。lrequest_stroke(ws, devic

11、e_code, n, xa, ya)l 请求方式下的笔划输入命令请求方式下的笔划输入命令, 输入的输入的n个点的坐标存放个点的坐标存放在数组在数组xa和和ya中。中。lrequest_pick(ws, device_code, segment-id)l 应用程序中拾取到输入的图段应用程序中拾取到输入的图段 2021-12-4聊城大学环境与规划学院25请求方式的工作过程请求方式的工作过程2021-12-4聊城大学环境与规划学院262. 采样方式（采样方式（sample mode）此时，应用程序和输入设备同时工作，当输入设备工作时，存储输入数据，并不断地更新当前数据，当程序要求输入时，程序采用当前

12、数据值。设置定位设备为取样方式的命令是：设置定位设备为取样方式的命令是： sample_locator(wssample_locator(ws, , device_codedevice_code, x, y), x, y) 2021-12-4聊城大学环境与规划学院273. 事件方式（事件方式（event mode）每次用户对输入设备的一次操作以及形成的数据叫做一个事件事件(Event)。思想：一般一个事件发生时，往往来不及进行处理，于是，就要把事件按先后次序排成队列，以便先进先出，即先到的事件进入排队，先被取出进行处理。 当某设备被置成事件方式，程序和设备同时工作2021-12-4聊城大学环境

13、与规划学院283 事件方式事件方式 当某台设备被设置成事件方式，程序和设备将同时工作。当某台设备被设置成事件方式，程序和设备将同时工作。向设备输入的数据都可存放在一个事件队列或输入队列中。向设备输入的数据都可存放在一个事件队列或输入队列中。 在应用程序中，检索事件队列可用下述命令：在应用程序中，检索事件队列可用下述命令： await_event(time, device_class, ws, device_code) 当用当用await_event命令使某设备进入事件输入控制方式，命令使某设备进入事件输入控制方式，而且事件队列为非空时，队列中的第一个事件就被传送到当而且事件队列为非空时，队列中

14、的第一个事件就被传送到当前事件记录中。前事件记录中。 用户可用下述命令从当前事件记录中得到一个定位数据用户可用下述命令从当前事件记录中得到一个定位数据 get_locator(x, y)2021-12-4聊城大学环境与规划学院29 下述程序用下述程序用await_event、get_locator命令从命令从1号工作站的号工作站的图形输入板上输入一个点集，并用直线段连接这些点。图形输入板上输入一个点集，并用直线段连接这些点。 set_stroke_mode(1, 2, event); if(device_class=stroke) await_event(60, device_class, w

15、s, device_code); get_stroke(n, xa, ya); polyline(n, xa, ya); 在事件方式下，若只有这台图形输入板处于激活状态，在事件方式下，若只有这台图形输入板处于激活状态，那么这个那么这个if条件就不需要了。条件就不需要了。 2021-12-4聊城大学环境与规划学院30 在事件方式下，可同时应用多台输入设备以加快交互处在事件方式下，可同时应用多台输入设备以加快交互处理。下面的程序从键盘输入所需选择的属性并从图形输入板理。下面的程序从键盘输入所需选择的属性并从图形输入板输入数据画折线。输入数据画折线。set_polyline_index(1);set

16、_stroke_mode(1, 2, event);(把图形输入板设成笔划设备把图形输入板设成笔划设备)set_choice_mode(1, 7, event);(把键盘设成选择设备把键盘设成选择设备)do await_event(60, device_class, ws, device_code); if(device_class=choice) get_choice(option); et_polyline_index(option); else if(device_class=stroke) get_stroke(n, xa, ya); polyline(n, xa, ya); whil

17、e(device_class)2021-12-4聊城大学环境与规划学院31事件方式的工作过程事件方式的工作过程2021-12-4聊城大学环境与规划学院324. 输入方式的组合使用输入方式的组合使用一个应用程序同时可在几种输入模式方式下应用几个不同的输入设备来进行工作。 是要拖动一个形体在屏是要拖动一个形体在屏幕上运动，当达到最终位置时，可按幕上运动，当达到最终位置时，可按动特定键来终止这种拖动。光笔的位动特定键来终止这种拖动。光笔的位置是由取样方式得到的，按钮的输入置是由取样方式得到的，按钮的输入存放在事件队列中。存放在事件队列中。2021-12-4聊城大学环境与规划学院334.2图形输入控制

18、 -小结1. 请求方式：在应用程序的控制下工作。请求方式：在应用程序的控制下工作。2. 采样方式：允许输入设备和应用程序同时工作。采样方式：允许输入设备和应用程序同时工作。3. 事件方式：由输入设备来初始化数据输入，控制数据事件方式：由输入设备来初始化数据输入，控制数据处理进程，一旦有逻辑输入设备以及特定的物理设备处理进程，一旦有逻辑输入设备以及特定的物理设备被设成相应的方式，即可输入数据或命令。被设成相应的方式，即可输入数据或命令。4. 一般情况下，一个应用程序可同时在几种输入控制方一般情况下，一个应用程序可同时在几种输入控制方式下利用不同的输入设备进行工作。式下利用不同的输入设备进行工作。

19、2021-12-4聊城大学环境与规划学院344.3 交互式绘图技术交互式绘图技术4.3.1 基本交互绘图技术基本交互绘图技术 定位技术定位技术直接定位和间接定位：触摸屏上手指定一个点的的位置。光笔在屏幕上指定一个点。鼠标绘图的定位。特别是snap操作。2021-12-4聊城大学环境与规划学院35使用数字化仪和鼠标等定位设备进行定位操作的流程2021-12-4聊城大学环境与规划学院362.2. 橡皮条（筋）技术橡皮条（筋）技术橡皮条（筋）技术：橡皮条（筋）技术：针对输入要求，动态地、连续地将输入过程表现出来，直到产生用户满意的输入结果为止。2021-12-4聊城大学环境与规划学院373.托拽技术

20、托拽技术 将图形对象在空间移动的过程动态地、连续地表示出来，直到满足用户的位置要求为止。 拖曳技术被用于拼装定位和其他一些操作(如布局操作)中去，以便使工作变得直观、简便、高效。2021-12-4聊城大学环境与规划学院384. 菜单技术菜单技术用于指定命令、确定操作对象或选定属性。 菜单的层次结构。 菜单的表示：字符串方法，图符方法，图象方法。 菜单的显示控制 菜单的选择2021-12-4聊城大学环境与规划学院395.定值技术定值技术 定值技术输入用于设置物体旋转的角度，缩放的比例因子等。 设备可以是键盘，旋钮，鼠标，数字化仪。6.拾取技术拾取技术7.7.网络与吸附技术网络与吸附技术 网络化是

21、绘制整齐、精确图形的一种技术。通常用在用户坐标系统中，按用户坐标系统窗口到屏幕视窗变换将网格映射到屏幕上。 word技术演示技术演示2021-12-4聊城大学环境与规划学院414.3.2 三维交互技术三维交互技术教材举例p119 3D物体直接转变为物体直接转变为2D图象：图象：一种方法是使用3D扫描仪能直接扫描物体获取二维图象；另一种是使用数字照相机。 将将3 3D D物体手动转化为物体手动转化为3 3D D模型：模型：这类输入方式是通过手动的方法将3D物体的表面结构（线框）输入到计算机，形成计算机内的3D线框图模型，直接用于真实感显示。 将将3 3D D物体自动转化为物体自动转化为3 3D

22、D模型：模型：使用3D自动数字化仪自动地将3D物体的表面形状以及色彩的信息输入到计算机中。3 3D D扫描仪扫描仪 真正的3D扫描仪也不是我们市场上见到的有实物扫描能力的平板扫描仪，其结构原理也与传统的扫描仪完全不同，其生成的文件并不是我们常见的图像文件，而是能够精确描述物体三维结构的一系列坐标数据，输入3DMAX中即可完整的还原出物体的3D模型，由于只记录物体的外型，因此无彩色和黑白之分。 2021-12-4聊城大学环境与规划学院43 从结构来讲，这类扫描仪分为机械和激光两种，机械式是依靠一个机械臂触摸物体的表面，以获得物体的三维数据，而激光式代替机械臂完成这一工作。 三维数据比常见图像的二维数据庞大得多，因此扫描速度较慢，视物体大小和精度高低，扫描时间从几十分钟到几十个小时不等。2021-12-4聊城大学环境与规划学院44困难困难 用户难以区分屏幕上光标选