图形交互技术

1、2020/7/13,1,第4章 交互式技术,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？,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,2,4.1 用户接口设计,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,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,3,4.1.1 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。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,

2、4,4.1.2 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。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,5,2. 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）,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,6,3. 恰当地使用各种表示方法进行选择性信息显示。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,7,4.1.3 反馈,反馈：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。 最低级的反馈 二级反馈

3、功能级反馈,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,8,4.1.4 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 实现一致性的最好方法是自顶向下仔细地设计整个系统。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,9,4.1.5 减少记忆量,重要的是唤醒用户的识别而不是记忆。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,10,4.1.6 回退和出错处理,回退（undo）机制 取消机制 确认机制 设计好的诊断程序 提供出错消息 对可能导致错误的一些动作进行预测 约束机制：动作与对象相一致,2020

4、/7/13,聊城大学环境与规划学院,11,4.1.7 联机帮助,为用户提供联机帮助(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。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,12,4.1.8 视觉效果设计,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，其次是红色和橙色；而黄色、绿色、蓝绿色和淡青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。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,13,4.1.9 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

5、 逻辑输入设备与输入处理,4.2.1 逻辑输入设备,gks和phigs将各种图形输入设备从逻辑上分为六种：,教材p85:计算机图形核心系统和程序员层次交互式图形系统。,2020/7/13,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,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,15,具体如下 定位设备 典型方法是定位屏幕光标。 定位设备有鼠标器、操纵杆、跟踪球、空间球、数字化仪的触笔或手动光标等。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,16, 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

6、备） 定值设备常用来输入各种参数和数据。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,17, 字符串设备 即进行字符串输入 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。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,18, 拾取设备 用拾取技术拾取一个图形对象：四种方式 (1)利用定位设备 冲突问题：,拾取的不确定情况,2020/7/13,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。,拾取距离最近的线段（cd）,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,20,对一

7、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：,拾取距离最近的线段（cd）,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,21,(2)指定拾取窗口 拾取窗口是以光标位置为中心的一个矩形窗口,拾取窗口只与线段cd相交,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,22,(3)矩形包围,(4)直接键入结构名字 设备演示,矩形包围拾取（拾取abe）,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,23,4.2.2 输入模式,输入模式即如何管理、控制多种输入设备进行工作 常用的输入模式(或者控制方式)有请求（request）、采样（sample）

8、、事件（event）及其组合形式等几种。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,24,1. 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： request_locator(ws, device_code, x, y) 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。 request_stroke(ws, device_code, n, xa, ya) 请求方式下的笔划输入命令, 输入的n个点的坐标存放在数组xa和ya中。 request_pick(ws, device_code, s

9、egment-id) 应用程序中拾取到输入的图段,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,25,请求方式的工作过程,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,26,2. 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，程序采用当前数据值。,设置定位设备为取样方式的命令是： sample_locator(ws, device_code, x, y),2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,27,3. 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(ev

10、ent)。 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,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,28,3 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。 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： await_event(time, device_class, ws, device_code),当用await_event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

11、事件就被传送到当前事件记录中。,用户可用下述命令从当前事件记录中得到一个定位数据 get_locator(x, y),2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,29,下述程序用await_event、get_locator命令从1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。 set_stroke_mode(1, 2, event); if(device_class=stroke) await_event(60, device_class, ws, device_code); get_stroke(n, xa, ya); polyline(n, xa, ya);,在事件方式下，若

12、只有这台图形输入板处于激活状态， 那么这个if条件就不需要了。,2020/7/13,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 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。 set_polyline_index(1); set_stroke_mode(1, 2, event);(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) do await_event(60, device_class, ws, device_code); if(device_class=choice)

13、 get_choice(option); et_polyline_index(option); else if(device_class=stroke) get_stroke(n, xa, ya); polyline(n, xa, ya); while(device_class),2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,31,事件方式的工作过程,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,32,4. 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。,操作目的是要拖动一个形体在屏幕上运动，当达到最终位置时，可按动特定键来终止这种拖动。光笔的位置是由

14、取样方式得到的，按钮的输入存放在事件队列中。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,33,4.2图形输入控制 -小结,请求方式：在应用程序的控制下工作。 采样方式：允许输入设备和应用程序同时工作。 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被设成相应的方式，即可输入数据或命令。 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。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,34,4.3 交互式绘图技术,4.3.1 基本交互绘图技术, 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

15、个点。鼠标绘图的定位。特别是snap操作。,2020/7/13,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,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,36,2. 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。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,37,3.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。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,38,

16、4. 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,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,39,5.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,7.网络与吸附技术 网络化是绘制整齐、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,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,41,4.3.2 三维交互技术教材举例p119,3d物体直接转变为2d图象：一种

17、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3d物体手动转化为3d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3d物体自动转化为3d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。,3d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

18、，因此无彩色和黑白之分。,2020/7/13,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。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,44,困难 用户难以区分屏幕上光标选择到对象的深度值和其他显示对象的深度值。 键盘、鼠标、数字化仪等交互设备均为二维的，不能适应三维交互工作的需要。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,45,什么是用户接口？,用户接口是为方便用户使用计算机资源所建立的用户和计算机之间的联系。通常指软件接口，即在人机联系的硬设备接口基础上开发的软件。如建立和清除连接、发送和接收数据、发送中断信息、控制出错、生成状态报告表等。,2020/7/13,聊城大学环境与规划学院,46,用户接口可分为三个部分,1.命令接口:为了