CG第3章電子教案

1、第3章 交互式技術提出問題提出問題 如何設計一個好的用戶接口 為什么要定義邏輯輸入設備 交互式繪圖技術有哪些？3.1 用戶接口設計用戶接口設計用戶接口用戶接口確定用戶與計算機用戶與計算機如何進行信息交換。包括用戶通過什么途徑與圖形系統(tǒng)進行聯(lián)系，通過什么手段來操作系統(tǒng)的功能實現(xiàn)等。要點：高效；友好；方便3.1.1 用戶模型用戶模型 用戶模型（用戶模型（User Mode）是用戶接口設計的基礎，它提供給用戶有關他所處理的對象以及作用于這些對象的處理過程的一個概念性模型。3.1.2 顯示屏幕的有效利用顯示屏幕的有效利用1. 信息顯示的布局合理性1. 用戶工作區(qū)2. 菜單區(qū)3. 顯示提示幾反饋信息區(qū)一

2、類應用圖符（application icons）25 %25 %50 %50 %25 %25 %-?2. 充分而又正確地使用圖符一類控制圖符（control icons）3.恰當?shù)厥褂酶鞣N表示方法進行選擇性信息顯示。? ?STOPSTOPSkyscraperHospitalParkFire station一些常見圖符：如 加框 ，加亮，閃爍，動畫，變色等3.1.3 反饋反饋反饋：反饋：就是動態(tài)地顯示系統(tǒng)運行中所發(fā)生的一些變化，以便更有效地進行交互作用。 簡潔，清晰 快速3.1.4 一致性原則一致性原則 一致性原則一致性原則是指在設計系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)時，應遵從統(tǒng)一的、簡單的規(guī)則，保證不出現(xiàn)例外和特

3、殊的情況。 按用戶認為最正常、最合乎邏輯的方式去做按用戶認為最正常、最合乎邏輯的方式去做3.1.5 減少記憶量減少記憶量重要的是喚醒用戶的識別而不是記憶喚醒用戶的識別而不是記憶。3.1.6 回退和出錯處理回退和出錯處理 回退（回退（undo）機制機制 取消（取消（Cancel）機制機制 確認機制確認機制 設計好的診斷程序診斷程序 提供出錯消息提供出錯消息 對可能導致錯誤的一些動作進行預測預測 約束機制約束機制：動作與對象相一致 3.1.7 聯(lián)機幫助聯(lián)機幫助為用戶提供聯(lián)機幫助聯(lián)機幫助(On-Line Help)措施，能在用戶操作過程中的任何時刻提供請求幫助。3.1.8 視覺效果設計視覺效果設計色

4、彩的使用色彩的使用: 選擇色彩對比時以色調對比為主。 就色調而言，最容易引起視覺疲勞的是蘭色蘭色和紫色紫色，其次是紅色紅色和橙色橙色；而黃色黃色、綠色綠色、藍綠色藍綠色和淡青色淡青色等色調不容易引起視覺疲勞。 為減輕視覺疲勞，應在視野范圍內保持均勻的色彩的明亮度。3.1.8 適應不同的用戶適應不同的用戶: : 提供多種方法使軟件能適應不同熟練程度的用戶。名稱名稱基本功能基本功能定位設備(Locator)指定一個點的坐標位置(x,y)筆劃設備(Stroke)指定一系列點的坐標數(shù)值設備(Valuator)輸入一個整數(shù)或實數(shù)字符串設備(String)輸入一串字符選擇設備(Choice)選擇某個菜單項

5、拾取設備(Pick)選擇顯示著的圖形的組成部分3.2 邏輯輸入設備與輸入處理邏輯輸入設備與輸入處理3.2.1 邏輯輸入設備邏輯輸入設備 PHIGS和GKS將各種圖形輸入設備從邏輯上分為六種: 定位設備定位設備（Locator）典型方法是定位屏幕光標。定位設備有鼠標器、操縱桿、跟蹤球、空間球、數(shù)字化儀的觸筆或手動光標等。定位定位：定位設備位移 屏幕光標位移 鼠標定位設備分為三類： 直接設備直接設備和間接設備間接設備 （ToutchScreen） 絕對坐標設備絕對坐標設備和相對坐標設備相對坐標設備 （Digitizer） 連續(xù)設備連續(xù)設備和離散設備離散設備 （KeyBoard）手柄操縱桿定位方法：

6、定位是確定平面一點(x, y)或空間一點(x, y, z)的坐標。直接定位直接定位是用定位設備直接指定某個點的位置,如鍵盤輸入。直接定位方法可以準確地給點定位.間接定位間接定位指通過定位設備的運動控制屏幕上的光標進行定位。如在移動鼠標時，根據(jù)鼠標移動的相對距離去控制屏幕上光標的移動。指點桿手寫平板電腦 另外，使用數(shù)字化儀不僅可像鼠標那樣產生輸入點的相對坐標，還可輸入點的絕對坐標。l如果我們要輸入一張圖紙，用數(shù)字化儀輸入圖上各點的絕對坐標是最合適的方法。數(shù)字化儀 筆劃筆劃設備設備輸入: 多次調用定位設備，產生一系列的坐標值，根據(jù)產生的坐標值可產生多邊形和曲線等。許多用于產生定位輸入的物理設備均可

7、以用作筆畫設備，如鼠標、軌跡球和圖形輸入板等。 筆畫方法：筆畫輸入用于輸入一組坐標點，相當于多次調用定位輸入.輸入的一組點常用于顯示折線或作為曲線的控制點。筆畫設備鼠標、軌跡球、游戲棒連續(xù)移 動的信號經轉換成為一組坐標值。圖形輸入板的連續(xù)模式可通過按 鍵激活。當光標在圖形輸入板表 面上移動時，就產生一組坐標值。手寫板 定值定值設備設備常用來輸入各種參數(shù)和數(shù)據(jù)。數(shù)字鍵盤，旋鈕，滑動電位器，刻度盤，等等旋鈕定值方法： 定值（或數(shù)值）輸入用于設置物體旋轉角度、縮放比例因子等。它是要在給定的數(shù)字范圍內輸入一個值?？捎面I盤鍵入數(shù)值.可用軟件的方法在屏幕上繪制一刻度尺或比例尺，用戶可用定位設備控制光標在尺

8、子上移動實現(xiàn)數(shù)值的輸入。用刻度盤實現(xiàn)數(shù)值輸入的原理也一樣，操作員控制從圓心出發(fā)的線段繞圓心旋轉，根據(jù)顯示的角度讀數(shù)或比例數(shù)據(jù)來定值.如果要輸入一個精確的數(shù)，最好還是用鍵盤輸入。定值的幾種方法 字符串字符串設備設備進行字符串輸入。 鍵盤數(shù)字化儀、光筆、聲音 識別儀、觸壓板等。光筆鍵盤字符串方法：鍵盤是目前輸入字符串最常用的設備.寫字板輸入字符曾經也很流行書寫時筆畫的次序可被系統(tǒng)記錄下來，因而比脫機掃描輸入識別具 有更多信息，具有更高的識別率。語音輸入也是字符串輸入以及功能選擇的一種輸入方法.語音輸入需要使用語音識別技術。 手寫板語音輸入 選擇選擇設備設備用來選擇菜單選項、屬性選項和用于構圖的對象

9、形狀等。 包括光筆、觸摸屏、數(shù)字化儀、鼠標、操縱桿、跟蹤球,字符串輸入設備、編程功能鍵、聲音識別儀等。 選擇方法：選擇是在某選擇集中選出一個元素，它可以用于指定命令，確定操作對象或選定屬性等。選擇功能可用功能鍵.可用鼠標移動光標到要選圖 元附近的位置，按下鼠標的 按鈕，通過軟件選擇距光標 最近的圖元。畫圖中的選項菜單功能使用最普遍，也是非常重要的一種交互方法。使用菜單可改善應用系統(tǒng)用戶接口的友好性。 對話框和鍵盤上的按鍵也可提供選擇功能。l對話框的內容極豐富，在對話框中通常用于選擇功能的是選擇開關及radio按鈕（單選按鈕，以小圓框打點表示被選中）。l鍵盤選擇也極為簡單，如擊數(shù)字鍵“1”表示使

10、用綠色繪制，“2”表示使用藍色繪制等 . 拾取的功能是選擇圖形對象，用于選擇場景中即將進行變換或編輯的部分。 拾取一個對象的方法有：指定名稱法:通過指定欲拾取對象的名稱實現(xiàn).特征點法:選擇時讓圖形的特征點（如線段的端點，圓心等）以強光醒目顯示,來拾取對象.邊界盒法:對每一個子圖預先求一個邊界盒或比邊界盒大一點的邊界盒。分類法:分別將點,折線,弧等在有關按鍵的控制下進行拾取。 拾取對象的幾種方法 拾取拾取設備設備解決方法： 在圖形對象生成時就對每一個對象確定其拾取優(yōu)先級 采用依次對拾取圖形設立標志的辦法。 找距離最近的對象優(yōu)先拾取。 P圖3-5 拾取距離最近的線段(CD)ABCD(1) 利用定位

11、設備圖3-4 拾取的不確定情況BAECDP拾取沖突問題拾取沖突問題：ABE?ABCDE?AB?計算點P0(x0,y0)到以點(x1,y1)和點(x2,y2)為端點的線段距離：22122121211210210212)()()()()()(yyxxyxxxyyyxxxyydP圖3-5 拾取距離最近的線段(CD)ABCD(2)指定拾取窗口指定拾取窗口拾取窗口拾取窗口是以光標位置為中心的一個矩形窗口P圖3-6 拾取窗口只與線段CD相交ABCD(3)矩形包圍矩形包圍(4)直接鍵入結構名字直接鍵入結構名字 交互性較差，速度慢圖3-7 矩形包圍拾?。ㄊ叭BE）BAECD拾取排斥設備的評價 三個層次：設備

12、層設備層: 硬件性能最優(yōu)化任務層：任務層：單任務：選擇最佳的交互設備對話層：對話層：多任務：比較優(yōu)劣3.2.2 輸入模式輸入模式輸入模式：輸入模式：管理、控制多種輸入設備進行工作管理、控制多種輸入設備進行工作常用輸入模式： 請求（request） 采樣（sample） 事件（event） 上述模式的組合形式1. 請求模式（請求模式（request mode）輸入設備在應用程序的控制下工作： 程序工作，輸入設備程序工作，輸入設備等待程序請求等待程序請求遇到請求指令遇到請求指令（requestrequest）輸入設備工作，輸入設備工作，程序等待接收數(shù)據(jù)程序等待接收數(shù)據(jù)請求滿足請求滿足程序和設備輪流

13、處于工作狀態(tài)和等待狀態(tài)，由程序支配輸入設備的活動。2. 取樣模式（取樣模式（sample mode）應用程序和輸入設備同時工作： 輸入設備連續(xù)不斷地產生數(shù)據(jù)，并送入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)緩存區(qū)的內容不斷刷新； 當程序遇到采樣語句要求輸入時，從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)。程序工作程序工作數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)采樣輸入設備工作輸入設備工作數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)3. 事件模式（事件模式（event mode） 程序和被置成事件方式的設備分別獨立工作。 當用戶在輸入設備上完成一個輸入動作(如按一下按鈕)便產生一個事件，輸入的信息及該設備的編號等便被存放到事件隊列中等待程序的處理。不同的應用程序可到隊列中來查詢

14、和提取與之有關的事件。 程序遇到事件處理語句時，就按照先進先出的原則從事件隊列中取出隊首事件予以處理。如果事件隊列為空，程序則等待一定的時間片，等待事件的發(fā)生。事件隊列輸入設備工作輸入設備工作數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入程序工作程序工作事件處理事件處理 事件模式的工作過程事件模式的工作過程4. 輸入方式的組合使用輸入方式的組合使用現(xiàn)代的計算機圖形輸入系統(tǒng)往往不是單一地使用一種輸入方式，而是多種輸入方式的混合使用，即一個應用程序同時可在幾種輸入模式方式下應用幾個不同的輸入設備來進行工作。3.3 交互式繪圖技術交互式繪圖技術3.3.1 基本交互繪圖技術基本交互繪圖技術 回顯圖3-8 選擇圖符的回顯 回顯 約束

15、 拖拽 引力場 。選擇菜單的回顯 約束在圖形繪制過程中對圖形的方向、對齊方式等進行規(guī)定和校準。 技術在屏幕上定義一個可見或不可見的網(wǎng)格。網(wǎng)格線是等間距的水平線和垂直線，其交點為網(wǎng)格點。在使用網(wǎng)格時，任何方式輸入的點都將被定位到離該點最近的網(wǎng)格點上。定位約束的示例定位約束：定位約束：該技術用于繪制水平或垂直的線段。繪制時,若終點和起點的連線與水平線的夾角小于45，則繪出一條水平線（如下圖）,否則繪制垂直線。避免人眼或定位設備帶來的誤差，常應用于印刷線路板、大規(guī)模集成電路等設計。方向約束：方向約束示例可以看做是一種定位約束，用光標進行選圖操作時，為了使光標可以較容易地定位選擇區(qū)域中的圖形，可以將圖

16、形的選擇區(qū)域適當變大，這就是引力場方法。例如，在每條線段的周圍假想有一個區(qū)域，光標中心落在這個區(qū)域內時，就自動地被直線上離光標最近的一點所代替，如同一個質點進入直線周圍的引力場后，被吸引到這條直線上去一樣。注意引力場區(qū)域大小的選擇要適當。 引力場 引力場：3.拖 拽 把一個對象放到新的位置。光標移動的同時,對象也跟著光標移動，會使用戶感覺直觀，從而使得對象的定位更為精確。到目的地后松開按鈕拖動圖元光標選擇圖元拖拽圖元到新的位置拖拽圖元到新的位置 拖拽的另一種形式：針對輸入要求，動態(tài)地、連續(xù)地將輸入過程表現(xiàn)出來，直到產生用戶滿意的輸入結果為止。不同的只是拖動對象的形狀隨著光標位置的不同而變化。比

17、較容易找到通過一點和一個圓相切的直線的位置。橡筋的形狀可以是任意的，可以是矩形、圓、圓弧、自由曲線，也可以是更復雜的圖形?！跋鹌そ睢奔夹g拖拽技術是當前人機交互中普遍使用的技術，它可以使用戶的操作更直觀，定位更精確.拖動有時耗費很大，尤其當圖像很大或圖形很復雜時，拖拽可能變的很慢。 4. 草擬技術草擬技術用以實現(xiàn)用戶任意畫圖的要求。 兩種保存方式：點陣式；線段擬合 兩種采樣方式：距離；時間5. 旋轉旋轉中心；旋轉角度6.6. 形變形變包括局部形變3.3.2 三維交互技術三維交互技術三維輸入，三維定位，三維選擇，三維旋轉以及組合功能三維交互的困難：三維交互的困難： 用戶難以區(qū)分屏幕上光標選擇到對象的深度值和其他顯示對象的深度值。 鍵盤、鼠標、數(shù)字化儀等交互設備均為二維的，不能適應三維交互工作的需要。2022-4-1448課