第15讲 人机交互绘图技术

1、 图形化人机交互系统以其外型美观、使用方便等特点越来越受到人们的青睐。 Windows系统是一个典型的例子，它把桌面排版、网络应用、图像处理、绘图、音乐处理和多媒体技术集为一体，成为集成化的系统软件。 交互式系统设计的技术是人机交互技术或人机接口技术HCI（Human Computer Interaction），它不仅反映了计算机技术从初始到高级的发展过程，也体现了计算机图形学在计算机软、硬件发展过程中的推动作用和发展历程。第15讲 交互技术是指用户与计算机系统之间的通信，它是人与计算机之间各种和的。两种交互设备 人机交互技术通常是以WIMP为特征的图形用户界面 W（Window，窗口） 用户

2、可以随意在屏幕上创建、移动和缩放窗口，在不同的窗口中可以执行不同的任务。 I（Icon，图标） 它形象化地标示一个对象或功能。 M（Menu，菜单） 提供选项功能，避免命令记忆之苦。 P（Pointing Devices，指点设备） 便于用户对屏幕对象进行直接操作。 交互技术设计原则 实用性 可靠性 一致性 简单性 开放性 交互式图形系统主要是给设计人员提供一个良好的图形支撑环境，它负责对设计过程中大量的图形进行显示、修改和绘制处理等。 功能性广泛收集各类用户对图形处理方面的需求。研究、总结、提练其中共性的需求，提供图形的定义、描述、输入、修改、操作、输出、管理等各方面的功能。 易使用性界面必

3、须相当灵活，以适应各类用户。满足初学者至专家各种层次的用户要求。要求界面必须与人的理解、记忆、通讯和解决问题的方式相容，使系统易于学习，便于理解。 可靠性是用户对系统最基本的要求。 它要求系统在一切正常时对用户输入应作出一个适当的响应。一旦系统的某些部分发生错误，系统能尽最大的可能支持连续的和一致的用户响应。 当用户执行不符合系统的操作或提出不正确的要求时，系统必须继续执行下去并与用户进行通讯。 因而，系统具有容错性。 系统内部各个部分应以相同的风格与用户通讯，用户界面要体现出与用户交互的一个统一的观点。 系统与外部关系的一致性。一个交互系统的输入、输出等往往与设备有关，因此，系统设计中对设备

4、独立性的考虑就显得相当重要。 菜单总是放在相同的关联位置使用户不必去寻找特定的选择。 一个复杂的、不一致的模型不仅难于被用户理解，而且工作效率低。 提供的对象和操作应设计成一个最小的和一致的集合以便使该系统容易学习，但不能过于简化以致于难于使用。 人们通常仅能同时记住57个事件，因而界面应对大量的细节进行抽象处理，对用户隐藏尽可能多的信息。 在需要时可给有经验的用户提供了解和操作某些细节的能力 在交互方式时，所要求的用户输入和系统的输出应尽量简单，以减少用户短暂记忆的负担。 人的认识是不断发展的，设计的系统也需要不断发展。因此，在进行系统设计时就要考虑到今后的发展，留下足够的扩展余地，不断扩展

5、功能。 如何吸取用户的知识和经验是涉及系统生命力的重大问题。 众口难调，苛求一个通用交互式图形系统去迎合个别用户的全部需求是不现实的。 系统开放是图形系统具有强大生命力的关键所在，使图形系统能与用户程序结合起来构造成一个统一的整体。 使应用系统既包含了原系统的功能，又包括了用户的专业知识，从而能达到你中有我，我中有你，两者构成一个统一的整体。 用户程序和图形系统任一方的修改和提高均能使应用系统得到修改。用于（如指定一个圆的圆心等）输入方式包括或在屏幕上输入,设置数值坐标等触摸板键盘用于（如指定一条折线的顶点组、指定一条自由曲线的控制点等）输入方式与定位设备的输入方式一致。物理设备许多用于产生定

6、位输入的物理设备均可以用作笔画设备，如鼠标、轨迹球和图形输入板等。 轨迹球用于（如在旋转某一对象时输入一个旋转角度、缩放对象时输入一个比例因子以及输入文字高度、字体大小比例因子等）输入方式直接输入数值通过字符串取值通过比例尺输入执行上下记数控制命令物理设备包括旋钮、键盘、数字化仪、鼠标、方向键、编程功能键等 旋钮用于（如选择功能或图形元素等）输入方式包括直接或间接在屏幕上进行选择字符串选择时间扫描手写输入声音输入等物理设备包括光笔、触摸屏、数字化仪、鼠标、操纵杆、跟踪球,字符串输入设备、编程功能键、声音识别仪等。 触摸屏用于输入方式:直接在屏幕上选取时间扫描字符串选取物理设备包括各种定位设备、

7、编程功能键、字符串输入设备等笔型字符识别器用于（如为某对象确定名字、为某图纸输入加注文字等）输入方式:键盘输入手写输入声音输入菜单输入物理设备字母键盘、数字化仪、光笔、声音 识别仪、触压板等 定位是。直接定位是间接定位是指点杆手写平板电脑笔画输入，相当于。输入的一组点常用于显示折线或作为曲线的控制点。笔画设备鼠标、轨迹球、游戏棒连续移 动的信号经转换成为一组坐标值。图形输入板的连续模式可通过按 键激活。当光标在图形输入板表 面上移动时，就产生一组坐标值。手写板定值输入用于等。它是要在给定的数字范围内输入一个值 可用键盘键入数值. 可用软件的方法在屏幕上绘制一刻度尺或比例尺，用户可用定位设备控制

8、光标在尺子上移动实现数值的输入。 用刻度盘实现数值输入的原理也一样，操作员控制从圆心出发的线段绕圆心旋转，根据显示的角度读数或比例数据来定值. 如果要输入一个精确的数，最好还是用键盘输入。定值的几种方法选择是，它可以用于等选择功能可用功能键可用鼠标移动光标到要选图 元附近的位置，按下鼠标的 按钮，通过软件选择距光标 最近的图元画图中的选项使用最普遍，也是非常重要的一种交互方法。使用菜单可改善应用系统用户接口的友好性。和也可提供选择功能。对话框的内容极丰富，在对话框中通常用于选择功能的是选择开关及radio按钮（单选按钮，以小圆框打点表示被选中）键盘选择也极为简单，如击数字键“1”表示使用绿色绘

9、制，“2”表示使用蓝色绘制等 拾取的功能是。拾取一个对象的方法有：:通过指定欲拾取对象的名称实现.:选择时让图形的特征点（如线段的端点，圆心等）以强光醒目显示,来拾取对象.:对每一个子图预先求一个边界盒或比边界盒大一点的边界盒。:分别将点,折线,弧等在有关按键的控制下进行拾取。 拾取对象的几种方法键盘是目前输入字符串最常用的设备.写字板输入字符曾经也很流行书写时笔画的次序可被系统记录下来，因而比脱机扫描输入识别具有更多信息，具有更高的识别率。语音输入也是字符串输入以及功能选择的一种输入方法.语音输入需要使用语音识别技术。 手写板语音输入现在最常用的三种基本交互模式 请求模式现代的计算机图形输入

10、系统往往不是单一地使用一种输入方式，而是多种输入方式的混合使用，即一个应用程序可以使用多种控制方式,使用几种不同的输入设备。应用程序和输入设备交替工作当程序运行时，输入设备处于等待状态，等待程序的请求；当程序运行到request语句时就向输入设备提出输入请求，同时程序停止运行，等待输入设备输入数据；输入设备立即进入工作状态，直到请求满足之后，程序才继续运行；输入设备重新处于等待状态；程序工作，输入设备等待程序请求程序工作，输入设备等待程序请求遇到请求指令（遇到请求指令（request)输入设备工作，程序等待接收数据输入设备工作，程序等待接收数据请求满足请求满足应用程序和输入设备同时工作输入设备

11、不断地产生数据，并把数据输入数据缓存区，数据缓存区的内容不断刷新。程序在运行时若遇到采样语句，就到数据缓存区中读取数据。程序所取得的就是最新的数据优点对连续的信息流输入比较方便可同时处理多个输入设备的输入信息缺点可能会失掉某些输入信息输入设备工作数据采样数据产生数据缓冲区程序工作输入设备和程序同时工作。所有被设置成事件方式的输入数据（或事件）都被存放在一个事件队列中，队列以事件发生的次序排列。当用户在输入设备上完成一个输入动作便产生一个事件，输入的信息及该设备的编号等便被存放到事件队列中。不同的应用程序可到队列中来查询和提取与之有关的事件。程序运行到事件处理语句时，就从事件队列中取出队首事件进

12、行处理。如果事件队列为空，程序则等待一定的时间片，等待事件的发生。检查事件调用过程模块处理类型1事件过程处理类型2事件过程处理类型n事件过程.事件队列应用程序事件几何约束拖拽三维输入定位约束 在屏幕上定义一个可见或不可见的网格.网格线是等间距的水平线和垂直线，其交点为网格点。 在使用网格时，任何方式输入的点都将被定位到离该点最近的网格点上。定位约束的示例方向约束 用于绘制水平或垂直的线段。 若终点和起点的连线与水平线的夹角小于45，则绘出一条水平线,否则绘制垂直线。 避免人眼或定位设备带来的误差，可以应用于印刷线路板或大规模集成电路的设计。方向约束示例移动移动光标光标按下按按下按钮开关钮开关引力场 在每条线段的周围假想有一个区域，光标中心落在这个区域内时，就自动地被直线上离光标最近的一点所代替，如同一个质点进入直线周围的引力场后，被吸引到这条直线上去一样。 注意引力场区域大小的选择要适当。 要把一个对象放到新的位置。选择拖动功能后，先在作图区用定位设备拾取某个要拖动的物体，再按住键移动光标，则这个被拾取的物体将随着光标的移动而移动，就像光标在拖动物体一样，放开键，物体就固定下来，再移动光标对这个物体就不起作用了。拖拽图元到新的位置 光标选择图元拖动图元到目的地按下按钮