交互技术与用户接口-计算机图形学-课件-北京工业大学-03

第三章

交互技术与用户接口

Interactiontechniques&userinterface

1名词解释用户接口(Userinterface)：能够使用户动态地完成输入位置坐标、指定选择功能、拾取操作对象、设置变换参数等图形交互任务的界面环境交互技术(Interactiontechniques)：开发用户接口、完成交互任务的技术2本章内容逻辑输入设备交互任务及交互技术交互式用户接口的构造3交互任务的逻辑分类定位任务（语义方式、语法方式）选择任务拾取任务文本任务定路径任务定量任务4交互设备的逻辑分类GKS和PHIGS把各种输入设备分为相应的逻辑设备六种逻辑输入设备定位设备：完成定位任务笔画设备：完成定路径任务字符串设备：完成文本任务定值设备：完成定量任务选择设备：完成选择任务拾取设备：完成拾取任务5定位设备（1）交互地选择一个坐标位置的直观方法是用屏幕光标进行定位。可以通过键盘、鼠标、游戏杆、轨迹球、拇指轮、数字化仪的触笔操作光标以及其它光标定位设备来实现定位。当屏幕光标到达指定位置时，按下特定键将激活对该屏幕点坐标的存储操作。如果是触摸屏，则不需要其它移动光标的设备，用户可以直接指点屏幕本身进行定位。这种直接定位容易导致手臂疲劳，因此触摸屏大多安装在公共场合，供偶尔使用的公众使用。长时间使用计算机的用户习惯于间接定位设备的工作方式6通用键盘一般有四个控制键，控制光标向上、向下、向左和向右移动。增加特定的组合键，就可以将光标沿四个对角线方向移动。持续按下选择的光标键，可以实现光标的快速移动。光笔也用来输入坐标位置。定位设备（2）7笔划设备笔划输入设备用于输入顺序的一组点坐标。笔划设备的输入相当于多次调用定位设备。许多用于产生定位输入的物理设备如鼠标、轨迹球、游戏杆等均可以作为笔划输入设备。这些设备连续移动定位输入点，并将其转换为一组坐标位置值。8最常用的字符串输入的物理设备是键盘。输入的字符串通常作为图形的标记或注解。手写体识别输入也是一种极有前途的字符串输入方法。现在大多数的图形扫描仪程序附带有文字识别软件。字符串设备9定值设备在图形系统中用于输入数量值。设定各种图形参数，例如旋转角度、缩放系数等，还可以在物理机制的模拟图像生成中为特定物理参数如温度、电压等级、强度系数等设置具体的数值。任何一个带有一组数字键的键盘都可以作为定值设备。用户可以用浮点数的格式直接键入数值。也有直接提供定值输入的物理设备，如一组控制旋钮。定值设备10选择输入设备的功能是从一组由选项构成的表中输入一个选择项。图形软件使用莱单来选择程序设计选项、参数值和各种图标形状的选项。通常，选择输入设备由一组按钮构成，选择项大多数情况下通过光标定位设备指定。相应的光标定位设备可以是鼠标、跟踪球、键盘和触摸板等。键盘上的每个键都可以被应用程序定义为功能键，按下某个功能键即执行相应的功能。选择设备11选定屏幕上的图形对象，以便对它们进行变换或其它的编辑处理。用于选定图形对象的物理设备与处理菜单选择的物理设备相同，都是光标定位设备。用户可以先使用鼠标、键盘或游戏杆将光标定位在显示屏幕上的选择对象的图形上，并按下选择按键记录光标位置，这时系统会根据一定的拾取算法在存储所有图形对象的内部数据结构中找出选择的图形对象，并将它着重显示出来，让用户确认选定对象，然后对拾取对象作进一步的操作，如复制、删除、修改等。拾取设备12逻辑输入设备的控制模式请求模式由应用程序启动数据输入取样模式程序和设备同时工作，应用程序在需要时取得输入设备的当前值事件驱动模式输入设备启动数据输入并交给应用程序13请求模式由应用程序请求数据输入。例:以下是一段VisualBasic程序DimMessage，Title，Default，MyValueMessage=″输入线段长度，取值在1和3之间。″/设置提示信息Title=″请求输入数据″/设置标题Default=″1″/设置缺省值MyValue=InputBox(Message,Title,Default)′14取样模式程序和设备同时工作，应用程序在需要时取得输入设备的当前值15事件模式下，输入设备要求数据输入并交给应用程序，程序和输入设备是同时工作的，但是输入设备将数据放进一个输入队列中。所有输入数据均被存储起来，当程序需要一个新数据时，就从输入队列中取得。由于有多种不同的输入设备，并且是各自独立工作的，因此事件队列包含了按输入顺序混合的各类不同数据。事件队列也可能为空，即没有事件出现或所有的事件都处理完了。事件模式16在请求模式状态下，一个信号时间段内只能有一个设备可以提供数据输入。在取样模式和事件模式状态下，多个设备可以同时工作，也可以使一些设备处于取样模式状态，而另一些则处于事件模式状态。如在使用鼠标将一个选定的图形对象在屏幕上拖动的过程中，鼠标的位置可以在取样模式下获得，而按下按键的事件则送入到事件队列。当选定最终位置时，按下鼠标的一个按键可以结束图形对象的进一步移动。各种模式的并行使用及初始化17交互任务及交互技术基本图形拾取技术基本的定位、取值技术选择任务技术交互式构图技术18基本图形拾取技术（1）点的拾取

(a)点的圆形拾取域;(b)点的正方形拾取域19基本图形拾取技术（2）线段的拾取 20具体的判定方法如下：(1)当P0

Pl平行于x轴则y0=y1，且图中矩形的四条边所在的直线分别为：x=x0，x=x1，y=y0-r,y=y0+r光标点Pl(xl,yl)位于图中矩形上的判别条件是：min{x0，x1}≤xl≤max{x0,x1},|yl-y0|≤r(2)当直线段P0

Pl平行于y轴，则x0=x1，且图中矩形的四条边所在的直线分别为：x=x0-r,x=x0+r,y=y0,y=y1

光标点Pl(xl，yl)位于图中矩形上的判别条件是|xl-x0|≤r,min{y0,y1}≤y1≤max{y0,y1}

PlP0OP1yxPlP0OP1yx21(3)当P0

Pl和两条坐标轴都不平行则图中矩形的两条与直线段P0P1垂直的边所在的直线平行于向量(y1-y0,-(x1-x0))。平行于向量(y1-y0,-(x1-x0))的所有直线的方程可表示成如下形式：(xl-x0)x+(y1-y0)y=c

分别将直线的两个端点及光标点的坐标代入这个直线的表达式可得 (x1-x0)x0+(y1-y0)y0=c0 (x1-x0)x1+(y1-y0)y1=c1 (x1-x0)xl+(y1-y0)yl=cl22光标点Pl(xl，yl)位于过直线段两端点处的两条直线之间的条件为min{c0,c1}≤cl≤max{c0,c1}光标点Pl(xl，yl)到线段P0P1的垂直距离应不超过r，即满足≤r23基本图形拾取技术（3）多边形的拾取射线判别法示意图如果交点个数为奇数，则点Pl(xl,yl)在多边形内部（见图中上面的射线）；如果交点个数为偶数（包括0），则点在多边形外部（见图中下面的射线)24按键拾取光标拾取的替代方法：使用按键输入来高亮度显示屏幕上待选的图形对象，再用另外一个按键在高亮度显示所需对象后停止这一过程。使用键盘来键入图形对象的名称或序号是一种直接的但交互性较差的拾取选择方法。

通常比在屏幕上交互地拾取处理得要慢，用户需要提示来回忆各种图形对象的名字。从键盘上拾取图形对象的一部分比在屏幕上拾取更加困难。

基本图形拾取技术（4）25基本的定位方法定位输入所提供的坐标值经常与定位方法结合在一起来指定显示一个对象或一个字符串的位置。可以使用一个定位点设备来交互式地选择坐标点。取值任务取值任务是指在给定的范围内，如某个最小值与最大值之间，指定一个数值。取值任务与指定一个点的定位任务类似，因此也有许多类似的技术方法。基本的定位、取值技术26方法1--标尺、刻度盘、按钮在屏幕上模拟显示出刻度盘、标尺、按钮等辅助工具，再配合定位设备，可从鼠标、游戏杆、空间球或其它设备获得定位输入，确定显示器上的一个坐标位置。几种可能的模拟尺度表示及其数值反馈27方法2--约束给出的这一类约束，它们对于形成网络布局是很有用的。例：水平约束。28垂直线约束29网格约束画线方法3--网格30例：直线段的引力场区域，在阴影区内任意的选择点均被移至线段上的某一位置。围绕一直线段的引力场方法4--引力场31选择任务及技术选择任务是指从一个可供选择的对象集合中挑选出一个处理对象。常见的选择集如交互图形设计的命令、属性、对象类型和对象实例。根据选择集中的选择对象数目是否常数分为:相对固定（relativelyfixedsized）选择集可变（varyingsized）选择集两类32直接键入被选对象的名字以选择该对象。该技术在下列情况下是仅有的有效方法:如果用户知道对象的名字，此时按名字选择比按位置选择更快，特别是在用户需要滚动作图区才能找出所需图形对象时更是如此。如果显示的内容杂乱无章，或者图形对象太小又无法放大，此时很难按位置选择，按名字选择可能是惟一的方法。方法1--按名字选择33按照名字进行选择时，软件应提供如下所述的一些辅助性措施帮助用户操作：及时反馈。及时校正。命名规则。34方法2--按位置选择房屋及其层次结构例:35方法3:包围盒方法对图形对象的包围盒作拾取检测。36菜单选择主要适合于相对固定选择集的选择技术，是以图形界面为基础的程序设计中非常普遍的做法。设计菜单时需要考虑以下几个方面：菜单的层次。菜单项的顺序。菜单的放置。当前被选项。方法4:菜单选择37方法5:对话框用户有时需要从一个选择集中选择多个对象，38交互式构图技术（1）橡皮筋方法39绘制矩形的橡皮筋方法绘制圆的橡皮筋方法40交互式构图技术（2）拖动先选择一个对象，然后将光标向所需移动的方向移动，选择的对象就会跟着光标实时移动。光标拖动对象方法41操作柄技术编辑图形对象交互式构图技术（3）(a)缩放图形对象操作柄;(b)修改图形对象操作柄42增、删、改的实现三表结构单表结构交互式构图技术（4）43交互式用户接口的构造主要目标加速系统学习过程提高系统使用速度降低系统错误率加速反馈提高对潜在用户的吸引力关键因素界面视觉设计界面风格(WYSIWYG)人机对话框(User-ComputerDialogues)的形式与内容若干重要的设计考虑(designconsideration)44User-computerdialogues内容概念设计功能设计(语法设计)形式序列设计(句法设计)关联(Binding)设计(词法设计)45例:人机对话序列设计M：MenuP：Please…I：InputL：Long