第3章-交互技术与用户接口

用户接口的常用形式子程序库GKS，OpenGL等使用方便，但需要用户熟悉某种通用程序设计语言专用语言一般为解释性的语言PostScript，VRML等交互命令图形界面或命令行方式，进行人机交互常用操作：增、删、改操作〔常用三表结构实现〕*2交互设备与交互任务定位〔Locator〕笔画〔Stroke〕定值〔Valuator〕选择〔Choice〕拾取〔Pick〕字符串〔String〕*3定位定位是确定平面一点(x,y)或空间一点(x,y,z)的坐标。直接定位：用定位设备直接指定某个点的位置,如键盘输入。直接定位方法可以准确地给点定位间接定位：通过定位设备的运动控制屏幕上的光标进行定位。如在移动鼠标时，根据鼠标移动的相对距离去控制屏幕上光标的移动*4指点杆手写平板电脑*5直接输入设备光笔、触摸屏鼠标手柄操纵杆光笔间接输入设备:最普通的定位设备:鼠标及屏幕上的光标操纵杆、数字化仪及按键盘上的方向键也可以控制光标的移动另外，使用数字化仪不仅可像鼠标那样产生输入点的相对坐标，还可输入点的绝对坐标。如果我们要输入一张图纸，用数字化仪输入图上各点的绝对坐标是最适宜的方法。*6数字化仪笔画笔画输入用于输入一组坐标点，相当于屡次调用定位输入。如指定一条折线的顶点组、指定一条自由曲线的控制点等。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外表上移动时，就产生一组坐标值。*7输入方式与定位设备的输入方式一致。常用设备*8轨迹球手写板定值定值设备为应用程序输入一个值.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等。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*9旋钮常用的定值任务实现方法*10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选择是在某选择集中选出一个元素，它可以用于指定命令，确定操作对象或选定属性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*11画图中的选项*12菜单功能使用最普遍，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分级菜单项选择择对话框和键盘上的按键也可提供选择功能。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〔单项选择按钮，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〞表示使用绿色绘制，“2〞表示使用蓝色绘制等*13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。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。*14触摸屏拾取拾取的功能是选择图形对象，用于选择场景中即将进行变换或编辑的局部。拾取一个对象的方法有：指定名称法:通过指定欲拾取对象的名称实现特征点法: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,来拾取对象边界盒法:对每一个子图预先求一个边界盒或比边界盒大一点的ε边界盒分类法:分别将点,折线,弧等在有关按键的控制下进行拾取*15拾取对象的几种方法物理设备包括各种定位设备、编程功能键、字符串输入设备等。*16笔型字符识别器字符串*17手写板语音输入物理设备:字母键盘、数字化仪、光笔、声音识别仪、触压板等。*18三维交互设备方便三维空间定位、拾取等操作三维目标定位装置、数据手套、头戴显示器等

*19三维交互设备*20几何约束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。假设定义网格单元的宽、高分别为a、b，输入点的坐标为〔x,y〕，那么离它最近的网格点的坐标为：(a(int((x+a/2)/a),b(int((y+b/2)/b)))*21定位约束的例如*22方向约束例如方向约束用于绘制水平或垂直的线段。绘制时,假设终点和起点的连线与水平线的夹角小于45°，那么绘出一条水平线〔如以下图〕,否那么绘制垂直线。防止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。*23引力场引力场可以看做是一种定位约束，用光标进行选图操作时，为了使光标可以较容易地定位选择区域中的图形，可以将图形的选择区域适当变大，这就是引力场方法。例如，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。拖拽

要把一个对象放到新的位置.如果光标移动的同时,对象也跟着光标移动.会使用户感觉更直观，从而使得对象的定位更为精确。*24拖拽图元到新的位置*25三维输入

输入一个立体图时，常常是将点、线、面单独输入的。而对一个点、一条线或一个面来说，只要在三视图上给出足够的信息，总是可以唯一地确定它在三维空间中的对应图形。例如输入一个点时，只要在任意两个视图中确定点的位置,便可唯一地确定三维空间中的一个点的坐标〔x，y，z〕。*26在三视图上作三维输入在三视图上输入直线段上两端点便确定了三维空间的一条直线.把一个面上的各顶点在三视图上输入后，就唯一地确定了三维空间中的一个面。如果把一个多面体的各面均用上述方法输入，也就在三维空间中输入了一个多面体。用三视图来输入立体图是目前一种主要的输入手段.*27*28用三视图输入三维图形yzyABCA’B’C’

A’’B’’C’’xzx*293DMAX中的三维建模视线跟踪*30手势识别语音识别依据手的运动识别数字的*31表情识别自然语言理解手写识别*32

*33多通道交互同一时刻用户可以采用多个通道与计算机进行交互，以提高人机交互的效率和自然性。可以利用各种通道、设备和交互方式的互补性，整合来自多个通道的信息，提高对用户输入的识别率，从而提高交互的自然性、灵活性和准确性，使人机交互方式向人与人交互方式靠拢。当一个通道由于设备故障或环境限制等原因不能使用时，用户可以选择其他通道，使交互继续下去。多通道交互*34自然语言接口基于自然语言知识的人机交互系统。自然语言接口能理解用户用自然语言表达的请求，将其映射为相应软件的操作命令，并提交软件执行，最后软件产生的结果以用户可理解的方式反响给用户。自然语言的理解*35计算机支持协同工作〔CSCW,ComputerSupportedCooperativeWork〕很好地适应了社会信息化、经济全球化和知识经济时代的特点以及诸如交互性、分布性和协同性等要求。CSCW例如拾取图形交互接口中的重要任务，图形的增、删、改中都会用到。图形是否被拾取要有适当的反响。在NDC中实现。内容：点拾取，直线段的拾取，字符串的拾取，折线、曲线、多边形的拾取，重叠图形的拾取，提高拾取效率的方法等*36点的拾取设点P1〔x1,y1〕,0.0≤x1,y1≤1.0，那么该点的显示领域是一个以r为半径的圆。如果拾取点P0(x0,y0)符合:(x1-x0)2+(y1-y0)2≤r2那么说明对P1点拾取成功。*37P1r直线段的拾取*38P1P2r字符串的拾取依次判断每个字符的显示领域是否包含拾取点。字符的拾取判断可用字符的外接凸多边形是否包含拾取点的方法进行判断。规那么方式显示的字符可进一步简化拾取方法*39YOX显示领域重叠优先级控制优先级高的被拾取逐个图形反响闪烁或改变颜色进行反响用户确认后当前反响的图形被拾取通过距离进行判断距拾取点较近的图形被拾取*40YOX加速图形拾取的措施过滤器法图形加标记：可拾取和不可拾取对不可拾取的图形忽略拾取运算区域粗判法先判断拾取点是否在图形的外包围盒中硬件实现利用硬件实现点、直线等的拾取运算*41YOXp0区域粗判输入控制请求方式(程序初始化设备)取样方式(程序和设备同时工作)事件方式(设备初始化程序)控制方式的混合使用*42请求方式在请求方式下，输入设备的初始化是在应用程序中设置的。即通过输入设置命令〔或语句〕，对相应的设备设置所需要的输入模式后，该设备才能作相应的输入处理。〔在请求命令中要指定是哪个应用程序调用的和调用的是哪个输入设备〕*43*44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。因此，在请求方式下，程序和输入设备轮流处于工作状态和等待状态，由程序支配输入设备的启动。请求方式的工作过程请求模式的工作过程程序工作输入设备等待程序请求请求满足遇到请求指令（request）输入设备工作程序等待接收数据*45当把一台或多台输入设备定义为样本模式后，这些设备会连续不断地把信息输入进来，而不必等待应用程序的输入语句，即信息的输入和应用程序中的输入命令无关。当应用程序遇到取样命令时，就把相应物理设备此时的值作为取样数值。优点该模式不像请求模式那样要求用户有一明显的动作，它对连续的信息流输入比较方便，也可同时处理多个输入设备的输入信息。缺点当处理某一种输入消耗的时间较长时，可能会失掉某些输入信息。取样方式*46在取样输入模式的工作过程中，程序和输入设备同时运行。输入设备不断地产生数据，并把数据输入数据缓存区，数据缓存区的内容不断刷新。程序在运行时假设遇到采样语句，就到数据缓存区中读取数据。这样，程序所取得的就是最新的数据。取样方式的工作过程取样方式的工作过程程序工作数据采样数据生成数据缓存区输入设备工作*47当设备设置成事件模式后，输入设备和程序并行工作。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，该队列是以事件发生的次序排列的。当用户在输入设备上完成一个输入动作(如按一下按钮)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。事件方式*48在事件模式下，输入设备和程序独立运行。输入设备所产生的数据被组织成事件节点，插入事件队列中等待程序的处理。程序运行到事件处理语句时，就从事