土木工程CAD技术基础第6章人机交互技术ppt课件

本周上机1.上机内容AutoCAD三维建筑造型练习及辅导2.上机时间：周五（5月8日）晚上6:00-8:00第1组8:00-10:00第2组3.上机地点：院大机房要求全体参加,1,本课程的内容,土木工程CAD技术基础,CAD基础知识,CAD系统基本原理,土木工程CAD相关技术,土木工程CAD系统设计,第1章引言第2章CAD系统概论第3章计算机图形技术第4章AutoCAD应用技术第5章三维建筑造型第6章人机交互技术第7章工程分析与优化设计第8章工程数据处理与交换第9章土木工程CAD系统开发第10章现代CAD技术,参照“教学日历”,2,第6章人机交互技术,6.1概述6.2交互输入技术6.3交互控制技术6.4图形拾取技术6.5交互式图形用户界面设计,3,6.1概述,6.1.1人机交互的概念人和计算机之间利用数据、文字、图形以及声音等相互进行信息传递“人机对话”（HumanComputerInteraction）针对：CAD系统,4,例：在CAD中画线段,5,6.1.2人机交互的目的在CAD系统中对于需要人介入的步骤提供人机交互操作功能从而适应设计需求改善软件系统的易操作性,6,6.1.3人机交互的任务包括：基本交互任务、组合、三维,基本,选择,定位,定路径,定向,定量,输文本,选择命令、操作数、属性,确定位置坐标,确定形体方向,确定取值,一系列定位、定向和定量任务的结合,输入字符串,拾取,拾取图形,7,组合,对话框,构造,控制,在信息表中指定多个项,一次产生多个形体,重新确定已有形体,三维,三维选择,三维定位,旋转,在三维空间中选择,在三维空间中定位,旋转已有形体,8,6.1.4人机交互设备包括：逻辑设备、物理,逻辑,选择器,定位器,行程器,拾取器,定值器,成串器,用于对显示在屏幕上的图形进行选取,用于在屏幕上确定位置坐标,用于在屏幕上获取一系列光标位置,用于输入字符串,9,物理,键盘,鼠标器,数字化仪,光笔,刻度盘,智能板,逻辑和物理的关系每一类逻辑设备对应一种特定的物理设备通过模拟，可使逻辑功能由多种物理来实现,电位计,10,例：设备模拟,选择器,拾取器,定值器,定位器,用键盘控制光标键入定位用数字化仪输入,用键盘选择菜单键入命令,用鼠标器光标拾取键入名字,键入数值用刻度盘输入,11,6.1.5人机交互技术（HumanComputerInteractionTechnology）用以实现人机交互的计算机软件技术分为3类1.交互输入技术用于输入命令、参数等2.交互控制技术用于控制图形的生成3.图形拾取技术用于拾取图形,12,6.2交互输入技术,6.2.1主要交互输入方式包括两种1.命令语言方式2.菜单选择,13,6.2.2命令语言方式人机通过文字方式对话关键问题：如何让计算机理解人的语言?如何让它根据理解的内容作出反馈？命令语言由一系列规则和约定组成，分两种：用户引导的命令语言系统引导的命令语言,14,6.2.2.1用户引导的命令语言由一组相互独立的命令组成命令语言约定了命令的各类词和操作数用户可以根据当前任务需要随意选择命令,e.g.DELETE1TO100/清除第1至100个对象,修饰词，指明怎样操作对象,动词，规定了应采取的动作,操作数，规定了动词作用的对象,思考：在AutoCAD中命令语言是如何约定的？,15,6.2.2.2系统引导的命令语言以计算机为主的命令语言被组织在一个可执行的程序内命令之间相互联系：顺序关系，或是层次关系系统对用户的每一步操作都有严格规定用户不需熟记命令，只需按照系统提示输入e.g.自动设计系统,16,17,6.2.3菜单选择方式（MenuSelection）,文本菜单,台板菜单,屏幕菜单,固定菜单,下拉式菜单,光标菜单,图象菜单,18,19,20,6.2.3.1台板菜单（TabletMenu）在数字化仪上布置菜单项，通过指示器选择,实现思路用代码表示菜单将选择点坐标换算成代码，根据代码判断处理菜单项的表示可用文字、符号或图形,1,2,4,5,6,7,8,9,10,21,实现的基本步骤1.生成台板菜单（初始化）1.1在数字化仪上拾取菜单区范围左下角坐标：Pmin(Xmin,Ymin)右上角坐标：Pmax(Xmax,Ymax)1.2输入X和Y方向的菜单项数Nx和Ny1.3计算相应的菜单代码for(i=1;iNy;i+)for(j=1;jNx;j+)IPij=j+(i1)*Nx;,22,2.拾取菜单2.1在数字化仪上拾取拟选菜单项的位置坐标x,y2.2将x,y换算成相对的坐标Rx，RyRxx-XminRy=y-Ymin2.3计算相应的代码Dx=(XmaxXmin)NxDy=(YmaxYmin)NyCol=(int)(RxDx)+1Row=(int)(RyDy)+1Num=IPRowCol,23,2.4结束处理若x,y超出菜单区，即：x超出Xmin，Xmax；或y超出Ymin，Ymax则提示，并令Num=13.执行功能处理根据代码Num进行逻辑判断转到相应的功能子程序处理思考：你能写出这个程序的框架吗？,24,6.2.3.2屏幕菜单在图形屏幕上显示菜单项，用指示器和键盘来选择特点菜单项体现为图形屏幕的图形和字符实现步骤参考台板菜单,25,6.2.4AutoCAD用户菜单AutoCAD菜单类型下面以下拉菜单为例进行介绍,按来源分1.标准菜单2.用户菜单,按形式分1.下拉菜单2.光标菜单3.屏幕菜单4.图象菜单5.台板菜单,26,演示1在AutoCAD中创建下拉菜单项使用CUI命令1.菜单项的建立2.命令的建立3.将命令加入到菜单项,27,6.3交互控制技术,6.3.1主要交互控制方法包括如下7种方法1.定位法（PositioningMethod）2.强制法（EnforcingMethod）3.网格法（GridMethod）4.引力场法（GravityFieldMethod）5.橡皮带法（RubberBandMethod）6.拖拉法（DragingMethod）7.草图法（SchetchMethod）,28,6.3.2定位法用定位设备在屏幕上输入一个点，可显示以这一点为基准的图、符号或字符串等的方法在AutoCAD中粘贴：Pasteclip命令,(Px,Py),1,2,3,a,b,29,30,6.3.2定位法用定位设备在屏幕上输入一个点，可显示以这一点为基准的图、符号或字符串等的方法在AutoCAD中粘贴：Pasteclip命令,(Px,Py),1,2,3,a,b,31,(Px,Py),1,2,3,a,b,AcDbObjectIddrawRectangle(AcGePointpt,inta,intb)voidpositioning(intid)ads_pointpt;inta,b;acedGetPoint(NULL,“nBasepoint:”,pt);switch(id)case1:acedGetDist(pt,“nWidth”,case2:,32,6.3.3强制法使用部分预先规定的坐标值来替换所输入的坐标，使图形满足某种精度要求的方法在AutoCAD中捕捉：Snap正交方式：Ortho对象捕捉：Osnap,1,2,3,45,o,P1,P2,P3,P4,P2,P4,33,1,2,3,45,o,P1,P2,P3,P4,P2,P4,AcDbObjectIddrawLine(AcGePointpt1,AcGePointpt2)voidconstraint(intid)ads_pointpt1,pt2;acedGetPoint(NULL,“nStartpoint:”,pt1);acedGetPoint(NULL,“nEndpoint:”,pt2);switch(id)case1:pt2Y=pt1Y;case2:drawLine(asPnt3d(pt1),asPnt3d(pt2);,34,6.3.4网格法当用户在网格上作图时，使所拾取的点均为网格交叉点的方法在AutoCAD中网格：Grid捕捉：Snap,(Xmin,Ymin),(Xmin,Ymin),Ny,Nx,P(x,y),35,(Xmin,Ymin),(Xmax,Ymax),Ny,Nx,voidgrid(intPx,intPy)intAx100100;intAy100100;intNx,Ny,Xmin,Ymin;intXmax,Ymax,X1,Y1;for(i=0;i=Ny;i+)X1=Xmin;Y1=Ymin+i*(Ymax-Ymin)/Ny;for(j=0;j=Nx;j+)Axij=X1+j*(Xmax-Xmin)/Nx;Ayij=Y1eps=1;/系统设置的精度,P(x,y),1/2,36,for(i=0;i=Ny;i+)for(j=0;j=Nx;j+)Vex=abs(Axij-Px);Vey=abs(Ayij-Py);if(VexEpsNext：,(Xmin,Ymin),(Xmin,Ymin),Ny,Nx,P(x,y),2/2,37,6.3.5引力场法围绕某一点、一直线或一图形，设置一个区域，一旦光标进入这个区域，就被吸引到这一点、直线或图形上的方法,1,2,3,38,6.3.6橡皮带法作图时记录光标经过的轨迹的方法在AutoCAD中徒手作图：Sketch命令,39,40,6.3.7拖拉法对屏幕上显示的物体或图形直接进行位移或各种变换,41,42,6.3.8草图法由用户徒手在屏幕上画出图形的轮廓，然后由计算机对它进行加工，以满足一定的规格要求的方法,43,6.4图形拾取技术,6.4.1主要图形拾取方法包含以下2种方法1.拾取点定位法FetchingPointPositioningMethod2.图形搜索法GraphicsSearchingMethod,44,6.4.2拾取点定位法将人工控制的拾取点位置定位到所要拾取的图形上3种主要形式1.拾取窗形式2.提示窗形式3.试拾取形式,45,6.4.2.1拾取窗方式用户拾取一个图形时，同时显示以光标点为中心的矩形区，系统根据这个矩形区查找，区域内的图形被认为是用户拾取的图形适用情形分布不密集的点在AutoCAD中：靶框,算法？,46,47,6.4.2.2提示窗方式以待拾取图形的某个代表点为中心，显示一个矩形区，用户将拾取点移入该窗，即可拾取该点适用情形图形的代表点在AutoCAD中自动捕捉标记,48,49,6.4.2.3试拾取方式不管拾取点定位的难度，任凭用户拾取，每拾取一次，系统就给出反馈，问这个图形是否是用户所要拾取的点，用户通过回应确定拾取的图形适用情形分布密集的点,50,6.4.3图形搜索法系统根据用户拾取的一个点，去搜索、判别屏幕上哪一个图形是所要拾取的图形3种主要形式1.点的拾取2.直线段的拾取3.多边形的拾取,51,6.4.3.1点的拾取通过点之间的距离判定所拾取的点设：P0(x0,y0)为用户用手动方法输入的拾取点P(x,y)为已存在的点拾取判别式(x-x0)2+(y-y0)2Eps其中Eps是系统设置的精度,P0(x0,y0),P(x,y),52,6.4.3.2直线段的拾取通过点与线段的距离及与两端点相对位置来判断求该直线的直线方程P1P2线段的直线方程：Ax+By+C=0A=y1-y2B=x2-x1C=Y1(x1-x2)X1(y1-y2)由方程求出拾取点到该直线距离d判别式：dEps其中Eps是系统设置的精度,P0(x0,y0),53,6.4.3.3多边形的拾取基于顶点坐标进行判别对每个多边形逐点比较顶点坐标，找出（Xmin,Xmax）（Ymin,Ymax）查找满足下式的多边形XminX0XmaxYminY0Ymax对找到的多边形进行逐边比较，用直线段的拾取方法找出最近边，该边所在的多边形即为所求,P0(x0,y0),54,6.5交互式图形用户界面设计,6.5.1图形用户界面的概念用户界面又称人机界面指向用户提供的操作计算机系统综合环境图形用户界面，又称GUI（GraphicUserInterface）支持以图形方式进行人机交互的用户界面可极大地降低计算机操作的复杂性已成为用户界面的主流,55,6.5.2图形用户界面的基本形式菜单驱动的窗口系统每个窗口都由标题、菜单、控制盒、滚动条、边框等元素组成。用户可方便地使用鼠标打开、关闭窗口，实现窗口的移动、尺寸改变和多窗口的布局。用户当前可使用的一切命令都以菜单的形式显示在屏幕上，以便用户根据需要选择。系统为用户提供了联机帮助功能。,56,系统菜单,工具栏,菜单栏,状态栏,水平滚动条,垂直滚动条,对话框,按钮,窗口,视图,下拉框,编辑框,控件,57,6.5.3CAD系统图形用户界面的基本特征1.用户通过鼠标或其他指示设备，用光标点取屏幕上的图形对象（如图标、窗口、菜单、按钮等）来完成对它们的直接操纵。2.用户通过操纵显示在屏幕上的图形对象来直接控制应用程序的运行。3.用户可对界面自身进行裁剪和定制，如放大、缩小和移动窗口，更改颜色、字体和鼠标键的设置等。,58,6.5.4CAD系统图形用户界面的设计主要内容包括1.用户模型（UserModel）2.屏幕布置（ScreenLayout）3.菜单组织（MenuOrganization）4.命令语言（CommandLanguge）5.信息反馈（InformationFeedback）,59,6.5.4.1用户模型计算机模型：设计对象的计算机表示用户模型：计算机模型中面向用户的部分e.g.结构施工图绘制的用户模型柱、墙、梁、板面向对象点、线、圆弧、尺寸标注面向图形数据文件是设计命令语言、菜单组织和信息反馈的基础,60,6.5.4.2屏幕布置形式：划分为菜单区、命令输入