土木工程CAD技術(shù)基礎(chǔ)人機(jī)交互技術(shù)

土木工程CAD技術(shù)基礎(chǔ)人機(jī)交互技術(shù)第1頁/共72頁2第6章 人機(jī)交互技術(shù) 6.1概述

6.2交互輸入技術(shù)

6.3交互控制技術(shù)

6.4圖形拾取技術(shù)

6.5交互式圖形用戶界面設(shè)計(jì)第2頁/共72頁36.1概述6.1.1人機(jī)交互的概念人和計(jì)算機(jī)之間利用數(shù)據(jù)、文字、圖形以及聲音等相互進(jìn)行信息傳遞“人機(jī)對話”（HumanComputerInteraction）針對：CAD系統(tǒng)第3頁/共72頁4例：在CAD中畫線段第4頁/共72頁56.1.2人機(jī)交互的目的在CAD系統(tǒng)中對于需要人介入的步驟提供人機(jī)交互操作功能從而適應(yīng)設(shè)計(jì)需求改善軟件系統(tǒng)的易操作性第5頁/共72頁66.1.3人機(jī)交互的任務(wù)包括：基本交互任務(wù)、組合～、三維～基本～選擇定位定路徑定向定量輸文本選擇命令、操作數(shù)、屬性確定位置坐標(biāo)確定形體方向確定取值一系列定位、定向和定量任務(wù)的結(jié)合輸入字符串拾取拾取圖形第6頁/共72頁7組合～對話框構(gòu)造控制在信息表中指定多個(gè)項(xiàng)一次產(chǎn)生多個(gè)形體重新確定已有形體三維～三維選擇三維定位旋轉(zhuǎn)在三維空間中選擇在三維空間中定位旋轉(zhuǎn)已有形體第7頁/共72頁86.1.4人機(jī)交互設(shè)備包括：邏輯設(shè)備、物理～邏輯～選擇器定位器行程器拾取器定值器成串器用于對顯示在屏幕上的圖形進(jìn)行選取用于在屏幕上確定位置坐標(biāo)用于在屏幕上獲取一系列光標(biāo)位置用于輸入字符串第8頁/共72頁9物理～鍵盤鼠標(biāo)器數(shù)字化儀光筆刻度盤智能板邏輯～和物理～的關(guān)系

每一類邏輯設(shè)備對應(yīng)一種特定的物理設(shè)備通過模擬，可使邏輯～功能由多種物理～來實(shí)現(xiàn)電位計(jì)第9頁/共72頁10例：設(shè)備模擬選擇器～拾取器～定值器～定位器～用鍵盤控制光標(biāo)鍵入定位用數(shù)字化儀輸入用鍵盤選擇菜單鍵入命令用鼠標(biāo)器光標(biāo)拾取鍵入名字鍵入數(shù)值用刻度盤輸入第10頁/共72頁116.1.5人機(jī)交互技術(shù)（HumanComputerInteractionTechnology）用以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)分為3類1.

交互輸入技術(shù) 用于輸入命令、參數(shù)等2.

交互控制技術(shù) 用于控制圖形的生成3.

圖形拾取技術(shù) 用于拾取圖形第11頁/共72頁126.2交互輸入技術(shù)6.2.1主要交互輸入方式

包括兩種1.命令語言方式2.菜單選擇～第12頁/共72頁136.2.2命令語言方式人機(jī)通過文字方式對話關(guān)鍵問題： 如何讓計(jì)算機(jī)理解人的語言?

如何讓它根據(jù)理解的內(nèi)容作出反饋？命令語言由一系列規(guī)則和約定組成，分兩種： 用戶引導(dǎo)的命令語言 系統(tǒng)引導(dǎo)的命令語言第13頁/共72頁146.2.2.1用戶引導(dǎo)的命令語言由一組相互獨(dú)立的命令組成命令語言約定了命令的各類詞和操作數(shù)用戶可以根據(jù)當(dāng)前任務(wù)需要隨意選擇命令e.g.DELETE1TO100 //清除第1至100個(gè)對象修飾詞，指明怎樣操作對象動詞，規(guī)定了應(yīng)采取的動作操作數(shù)，規(guī)定了動詞作用的對象思考：在AutoCAD中命令語言是如何約定的？第14頁/共72頁156.2.2.2系統(tǒng)引導(dǎo)的命令語言以計(jì)算機(jī)為主的命令語言被組織在一個(gè)可執(zhí)行的程序內(nèi)命令之間相互聯(lián)系：順序關(guān)系，或是層次關(guān)系系統(tǒng)對用戶的每一步操作都有嚴(yán)格規(guī)定用戶不需熟記命令，只需按照系統(tǒng)提示輸入e.g.

自動設(shè)計(jì)系統(tǒng)第15頁/共72頁16第16頁/共72頁176.2.3菜單選擇方式（MenuSelection）文本菜單臺板菜單屏幕菜單固定菜單下拉式菜單光標(biāo)菜單圖象菜單第17頁/共72頁18第18頁/共72頁19第19頁/共72頁206.2.3.1臺板菜單（TabletMenu）在數(shù)字化儀上布置菜單項(xiàng)，通過指示器選擇實(shí)現(xiàn)思路用代碼表示菜單將選擇點(diǎn)坐標(biāo)換算成代碼，根據(jù)代碼判斷處理菜單項(xiàng)的表示可用文字、符號或圖形1245678910第20頁/共72頁21實(shí)現(xiàn)的基本步驟1.生成臺板菜單（初始化）1.1在數(shù)字化儀上拾取菜單區(qū)范圍 左下角坐標(biāo)：Pmin(Xmin,Ymin)

右上角坐標(biāo)：Pmax(Xmax,Ymax)1.2輸入X和Y方向的菜單項(xiàng)數(shù)Nx和Ny1.3計(jì)算相應(yīng)的菜單代碼

for(i=1;i＜＝Ny;i++){for(j=1;j＜＝Nx;j++){IP[i][j]=j+(i－1)*Nx; }}第21頁/共72頁222.拾取菜單2.1在數(shù)字化儀上拾取擬選菜單項(xiàng)的位置坐標(biāo)x,y2.2將x,y

換算成相對的坐標(biāo)Rx，Ry

Rx＝x-Xmin Ry=│y-Ymin│2.3計(jì)算相應(yīng)的代碼

Dx=(Xmax－Xmin)∕Nx Dy=(Ymax－Ymin)∕Ny Col=(int)(Rx∕Dx)+1 Row=(int)(Ry∕Dy)+1 Num=IP[Row][Col]第22頁/共72頁232.4結(jié)束處理

若x,y超出菜單區(qū)，即：

x超出Xmin，Xmax；或

y超出Ymin，Ymax

則提示，并令Num=－13.執(zhí)行功能處理根據(jù)代碼Num進(jìn)行邏輯判斷轉(zhuǎn)到相應(yīng)的功能子程序處理思考：你能寫出這個(gè)程序的框架嗎？

第23頁/共72頁246.2.3.2屏幕菜單在圖形屏幕上顯示菜單項(xiàng)，用指示器和鍵盤來選擇特點(diǎn)菜單項(xiàng)體現(xiàn)為圖形屏幕的圖形和字符實(shí)現(xiàn)步驟

參考臺板菜單第24頁/共72頁256.2.4AutoCAD用戶菜單

AutoCAD菜單類型

下面以下拉菜單為例進(jìn)行介紹按來源分1.標(biāo)準(zhǔn)菜單2.用戶菜單按形式分1.下拉菜單2.光標(biāo)菜單3.屏幕菜單4.圖象菜單5.臺板菜單第25頁/共72頁演示1在AutoCAD中創(chuàng)建下拉菜單項(xiàng)

使用CUI命令 1.菜單項(xiàng)的建立 2.命令的建立 3.將命令加入到菜單項(xiàng)26第26頁/共72頁276.3交互控制技術(shù)6.3.1主要交互控制方法 包括如下7種方法

1.

定位法 （PositioningMethod）

2.

強(qiáng)制法（EnforcingMethod）

3.

網(wǎng)格法（GridMethod）

4.

引力場法（GravityFieldMethod）

5.

橡皮帶法（RubberBandMethod）

6.

拖拉法（DragingMethod）

7.

草圖法（SchetchMethod）第27頁/共72頁286.3.2定位法 用定位設(shè)備在屏幕上輸入一個(gè)點(diǎn)，可顯示以這一點(diǎn)為基準(zhǔn)的圖、符號或字符串等的方法

在AutoCAD中 粘貼：

Pasteclip命令 (Px,Py)123ab第28頁/共72頁29第29頁/共72頁306.3.2定位法 用定位設(shè)備在屏幕上輸入一個(gè)點(diǎn)，可顯示以這一點(diǎn)為基準(zhǔn)的圖、符號或字符串等的方法

在AutoCAD中 粘貼：

Pasteclip命令 (Px,Py)123ab第30頁/共72頁31(Px,Py)123abAcDbObjectIddrawRectangle(AcGePointpt,inta,intb){…}voidpositioning(intid){ads_pointpt;inta,b;acedGetPoint(NULL,“\nBasepoint:”,pt);switch(id){case1:

acedGetDist(pt,“\nWidth”,

&a);acedGetDist(pt,“\nHeight”,

&b);drawRectangle(asPnt3d(pt),a,b);case2:…}}第31頁/共72頁326.3.3強(qiáng)制法 使用部分預(yù)先規(guī)定的坐標(biāo)值來替換所輸入的坐標(biāo)，使圖形滿足某種精度要求的方法 在AutoCAD中 捕捉：Snap

正交方式：Ortho

對象捕捉：Osnap12345oP1P2P3P4P2’P4’··第32頁/共72頁3312345oP1P2P3P4P2’P4’··AcDbObjectIddrawLine(AcGePointpt1,AcGePointpt2){…}voidconstraint(intid){ads_pointpt1,pt2;

acedGetPoint(NULL,“\nStartpoint:”,pt1);acedGetPoint(NULL,“\nEndpoint:”,pt2);switch(id){case1:pt2[Y]=pt1[Y];case2:…}

drawLine(asPnt3d(pt1),asPnt3d(pt2));}第33頁/共72頁346.3.4網(wǎng)格法 當(dāng)用戶在網(wǎng)格上作圖時(shí)，使所拾取的點(diǎn)均為網(wǎng)格交叉點(diǎn)的方法

在AutoCAD中 網(wǎng)格：Grid

捕捉：Snap(Xmin,Ymin)(Xmin,Ymin)NyNx·P(x,y)第34頁/共72頁35(Xmin,Ymin)(Xmax,Ymax)NyNxvoidgrid(intPx,intPy){intAx[100][100];intAy[100][100];intNx,Ny,Xmin,Ymin;intXmax,Ymax,X1,Y1;…for(i=0;i＜=Ny;i++){X1=Xmin;Y1=Ymin+i*(Ymax-Ymin)/Ny;for(j=0;j＜=Nx;j++){Ax[i][j]=X1+j*(Xmax-Xmin)/Nx;Ay[i][j]=Y1}}…eps=1;

//系統(tǒng)設(shè)置的精度·P(x,y)1/2第35頁/共72頁36…for(i=0;i＜=Ny;i++){for(j=0;j＜=Nx;j++){Vex=abs(Ax[i][j]-Px);Vey=abs(Ay[i][j]-Py);if(Vex<Eps&&Vey<Eps){Px=Ax[i][j];Py=Ay[i][j];gotoNext;}}}Next：……}(Xmin,Ymin)(Xmin,Ymin)NyNx·P(x,y)2/2第36頁/共72頁376.3.5引力場法 圍繞某一點(diǎn)、一直線或一圖形，設(shè)置一個(gè)區(qū)域，一旦光標(biāo)進(jìn)入這個(gè)區(qū)域，就被吸引到這一點(diǎn)、直線或圖形上的方法123○○第37頁/共72頁386.3.6橡皮帶法 作圖時(shí)記錄光標(biāo)經(jīng)過的軌跡的方法

在AutoCAD中 徒手作圖：

Sketch命令第38頁/共72頁39第39頁/共72頁406.3.7拖拉法 對屏幕上顯示的物體或圖形直接進(jìn)行位移或各種變換第40頁/共72頁41第41頁/共72頁426.3.8草圖法

由用戶徒手在屏幕上畫出圖形的輪廓，然后由計(jì)算機(jī)對它進(jìn)行加工，以滿足一定的規(guī)格要求的方法第42頁/共72頁436.4圖形拾取技術(shù)6.4.1主要圖形拾取方法 包含以下2種方法

1.拾取點(diǎn)定位法FetchingPointPositioningMethod

2.

圖形搜索法GraphicsSearchingMethod第43頁/共72頁446.4.2拾取點(diǎn)定位法

將人工控制的拾取點(diǎn)位置 定位到所要拾取的圖形上

3種主要形式

1.拾取窗形式

2.提示窗形式

3.試拾取形式第44頁/共72頁6.4.2.1拾取窗方式

用戶拾取一個(gè)圖形時(shí)，同時(shí)顯示以光標(biāo)點(diǎn)為中心的矩形區(qū)，系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)矩形區(qū)查找，區(qū)域內(nèi)的圖形被認(rèn)為是用戶拾取的圖形

適用情形

分布不密集的點(diǎn)

在AutoCAD中：靶框45·算法？第45頁/共72頁46第46頁/共72頁476.4.2.2提示窗方式

以待拾取圖形的某個(gè)代表點(diǎn)為中心，顯示一個(gè)矩形區(qū)，用戶將拾取點(diǎn)移入該窗，即可拾取該點(diǎn)

適用情形 圖形的代表點(diǎn)

在AutoCAD中 自動捕捉標(biāo)記·第47頁/共72頁48第48頁/共72頁496.4.2.3試拾取方式

不管拾取點(diǎn)定位的難度，任憑用戶拾取，每拾取一次，系統(tǒng)就給出反饋，問這個(gè)圖形是否是用戶所要拾取的點(diǎn)，用戶通過回應(yīng)確定拾取的圖形

適用情形

分布密集的點(diǎn)第49頁/共72頁506.4.3圖形搜索法

系統(tǒng)根據(jù)用戶拾取的一個(gè)點(diǎn)，去搜索、判別屏幕上哪一個(gè)圖形是所要拾取的圖形

3種主要形式

1.點(diǎn)的拾取

2.

直線段的拾取

3.

多邊形的拾取第50頁/共72頁516.4.3.1點(diǎn)的拾取

通過點(diǎn)之間的距離判定所拾取的點(diǎn)

設(shè)：P0(x0,y0)為用戶用手動方法輸入的拾取點(diǎn)

P

(x,y)為已存在的點(diǎn) 拾取判別式

(x-x0)2+(y-y0)2≤Eps

其中Eps是系統(tǒng)設(shè)置的精度

··P0(x0,y0)P(x,y)第51頁/共72頁526.4.3.2直線段的拾取

通過點(diǎn)與線段的距離及與兩端點(diǎn)相對位置來判斷 求該直線的直線方程

P1P2線段的直線方程：Ax+By+C=0

A=y1-y2B=x2-x1 C=Y1(x1-x2)－X1(y1-y2)

由方程求出拾取點(diǎn)到該直線距離d

判別式：d≤Eps其中Eps是系統(tǒng)設(shè)置的精度·P0(x0,y0)第52頁/共72頁536.4.3.3多邊形的拾取

基于頂點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行判別 對每個(gè)多邊形逐點(diǎn)比較頂點(diǎn)坐標(biāo)，找出（Xmin,Xmax）（Ymin,Ymax） 查找滿足下式的多邊形

Xmin≤X0≤Xmax Ymin≤Y0≤Ymax

對找到的多邊形進(jìn)行逐邊比較，用直線段的拾取方法找出最近邊，該邊所在的多邊形即為所求·P0(x0,y0)第53頁/共72頁546.5交互式圖形用戶界面設(shè)計(jì)6.5.1圖形用戶界面的概念用戶界面又稱人機(jī)界面指向用戶提供的操作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合環(huán)境圖形用戶界面，又稱GUI（GraphicUserInterface）支持以圖形方式進(jìn)行人機(jī)交互的用戶界面可極大地降低計(jì)算機(jī)操作的復(fù)雜性已成為用戶界面的主流第54頁/共72頁556.5.2圖形用戶界面的基本形式 菜單驅(qū)動的窗口系統(tǒng)

每個(gè)窗口都由標(biāo)題、菜單、控制盒、滾動條、邊框等元素組成。 用戶可方便地使用鼠標(biāo)打開、關(guān)閉窗口，實(shí)現(xiàn)窗口的移動、尺寸改變和多窗口的布局。 用戶當(dāng)前可使用的一切命令都以菜單的形式顯示在屏幕上，以便用戶根據(jù)需要選擇。 系統(tǒng)為用戶提供了聯(lián)機(jī)幫助功能。第55頁/共72頁56系統(tǒng)菜單工具欄菜單欄狀態(tài)欄水平滾動條垂直滾動條對話框按鈕窗口視圖下拉框編輯框控件第56頁/共72頁576.5.3CAD系統(tǒng)圖形用戶界面的基本特征

1.

用戶通過鼠標(biāo)或其他指示設(shè)備，用光標(biāo)點(diǎn)取屏

幕上的圖形對象（如圖標(biāo)、窗口、菜單、按鈕等）來完成對它們的直接操縱。

2.

用戶通過操縱顯示在屏幕上的圖形對象來直接控制應(yīng)用程序的運(yùn)行。

3.

用戶可對界面自身進(jìn)行裁剪和定制，如放大、縮小和移動窗口，更改顏色、字體和鼠標(biāo)鍵的設(shè)置等。第57頁/共72頁586.5.4CAD系統(tǒng)圖形用戶界面的設(shè)計(jì) 主要內(nèi)容包括

1.用戶模型（UserModel）

2.

屏幕布置（ScreenLayout）

3.

菜單組織（MenuOrganization）

4.

命令語言（CommandLanguge）

5.

信息反饋（InformationFeedback）第58頁/共72頁596.5.4.1用戶模型

計(jì)算機(jī)模型：設(shè)計(jì)對象的計(jì)算機(jī)表示

用戶模型：計(jì)算機(jī)模型中面向用戶的部分

e.g.結(jié)構(gòu)施工圖繪制的用戶模型 柱、墻、梁、板——面向?qū)ο? 點(diǎn)、線、圓弧、尺寸標(biāo)注——面向圖形 數(shù)據(jù)文件

是設(shè)計(jì)命令語言、菜單組織和信息反饋的基礎(chǔ)第59頁/共72頁606.5.4.2屏幕布置

形式：劃分為菜單區(qū)、命令輸入?yún)^(qū)、圖形區(qū)、 信息反饋區(qū)

設(shè)計(jì)原則

1.

盡可能節(jié)約每個(gè)區(qū)域的面積

2.

使圖形區(qū)面積為最大

3.

菜單要簡練

4.

提示簡明扼要

5.

注意色彩的協(xié)調(diào)第60頁/共72頁61AutoCAD主界面第61頁/共72頁62MicroStation主界面第