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第3章 交互式技术提出问题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？3.1 3.1 用户接口设计用户接口设计用户接口用户接口确定用户与计算机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。要点：高效；友好；方便3.1.1 3.1.1 用户模型用户模型 用用户户模模型型（User User ModeMode）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。3.1.2 3.1.2 显示屏幕的有效利用显示屏幕的有效利用1.信息显示的布局合理性1.用户工作区2.菜单区3.显示提示几反馈信息区一 类 应 用 图 符（application icons）2.充分而又正确地使用图符一 类 控 制 图 符（control icons）3.恰当地使用各种表示方法进行选择性信息显示。一些常见图符：如 加框，加亮，闪烁，动画，变色等3.1.3 3.1.3 反馈反馈反反馈馈：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。简洁，清晰快速3.1.4 3.1.4 一致性原则一致性原则 一一致致性性原原则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按用户认为最正常、最合乎逻辑的方式去做3.1.5 3.1.5 减少记忆量减少记忆量重要的是唤醒用户的识别而不是记忆唤醒用户的识别而不是记忆。3.1.6 3.1.6 回退和出错处理回退和出错处理回退（回退（undoundo）机制机制取消（取消（CancelCancel）机制机制确认机制确认机制设计好的诊断程序诊断程序提供出错消息提供出错消息对可能导致错误的一些动作进行预测预测约束机制约束机制：动作与对象相一致 3.1.7 3.1.7 联机帮助联机帮助为用户提供联联机机帮帮助助(On-Line On-Line Help)Help)措施，能在用户操作过程中的任何时刻提供请求帮助。3.1.8 3.1.8 视觉效果设计视觉效果设计色彩的使用色彩的使用: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兰兰色色和紫紫色色，其次是红红色色和橙橙色色；而黄黄色色、绿绿色色、蓝蓝绿绿色色和淡淡青青色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。3.1.8 3.1.8 适应不同的用户适应不同的用户:提供多种方法使软件能适应不同熟练程度的用户。名称名称基本功能基本功能定位设备(Locator)指定一个点的坐标位置(x,y)笔划设备(Stroke)指定一系列点的坐标数值设备(Valuator)输入一个整数或实数字符串设备(String)输入一串字符选择设备(Choice)选择某个菜单项拾取设备(Pick)选择显示着的图形的组成部分3.2 3.2 逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备与输入处理3.2.1 3.2.1 逻辑输入设备逻辑输入设备 PHIGS和GKS将各种图形输入设备从逻辑上分为六种:定位设备定位设备（LocatorLocator）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。定位定位：定位设备位移 屏幕光标位移 鼠标定位设备分为三类：直接设备直接设备和间接设备间接设备 （ToutchScreen）绝绝 对对 坐坐 标标 设设 备备 和 相相 对对 坐坐 标标 设设 备备 （Digitizer）连续设备连续设备和离散设备离散设备（KeyBoard）手柄操纵杆定位方法：定位是确定平面一点(x,y)或空间一点(x,y,z)的坐标。直接定位直接定位是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.间接定位间接定位指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。指点杆手写平板电脑 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。l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合适的方法。数字化仪 笔划笔划设备设备输入: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。许多用于产生定位输入的物理设备均可以用作笔画设备，如鼠标、轨迹球和图形输入板等。笔画方法：笔画输入用于输入一组坐标点，相当于多次调用定位输入.输入的一组点常用于显示折线或作为曲线的控制点。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表 面上移动时，就产生一组坐标值。手写板 定值定值设备设备常用来输入各种参数和数据。数字键盘，旋钮，滑动电位器，刻度盘，等等旋钮定值方法：定值（或数值）输入用于设置物体旋转角度、缩放比例因子等。它是要在给定的数字范围内输入一个值。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 字符串字符串设备设备进行字符串输入。键盘数字化仪、光笔、声音 识别仪、触压板等。光笔键盘字符串方法：键盘是目前输入字符串最常用的设备.写字板输入字符曾经也很流行书写时笔画的次序可被系统记录下来，因而比脱机扫描输入识别具 有更多信息，具有更高的识别率。语音输入也是字符串输入以及功能选择的一种输入方法.语音输入需要使用语音识别技术。手写板语音输入 选择选择设备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。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。选择方法：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。画图中的选项THANK YOUSUCCESS2024/2/28 周三26可编辑可编辑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。对话框和键盘上的按键也可提供选择功能。l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（单选按钮，以小圆框打点表示被选中）。l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.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部分。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。拾取对象的几种方法 拾取拾取设备设备解决方法：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。(1)利用定位设备拾取冲突问题拾取冲突问题：ABE?ABCDE?AB?计算点P0(x0,y0)到以点(x1,y1)和点(x2,y2)为端点的线段距离：(2)指定拾取窗口指定拾取窗口拾取窗口拾取窗口是以光标位置为中心的一个矩形窗口(3)矩形包围矩形包围(4)直接键入结构名字直接键入结构名字 交互性较差，速度慢拾取排斥设备的评价 三个层次：设备层设备层:硬件性能最优化任务层：任务层：单任务：选择最佳的交互设备对话层：对话层：多任务：比较优劣3.2.2 3.2.2 输入模式输入模式输入模式：管理、控制多种输入设备进行工作输入模式：管理、控制多种输入设备进行工作常用输入模式：请求（request）采样（sample）事件（event）上述模式的组合形式1.请求模式（请求模式（request moderequest mode）输入设备在应用程序的控制下工作：程序工作，输入设备程序工作，输入设备等待程序请求等待程序请求遇到请求指令遇到请求指令（requestrequest）输入设备工作，输入设备工作，程序等待接收数据程序等待接收数据请求满足请求满足程序和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活动。2.取样模式（取样模式（sample modesample mode）应用程序和输入设备同时工作：输入设备连续不断地产生数据，并送入数据缓冲区，数据缓存区的内容不断刷新；当程序遇到采样语句要求输入时，从数据缓冲区中读取数据。程序工作程序工作数据采样数据采样输入设备工作输入设备工作数据生成数据生成数据缓冲区数据缓冲区3.3.事件模式（事件模式（event modeevent mode）程序和被置成事件方式的设备分别独立工作。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等待程序的处理。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。程序遇到事件处理语句时，就按照先进先出的原则从事件队列中取出队首事件予以处理。如果事件队列为空，程序则等待一定的时间片，等待事件的发生。事件队列输入设备工作输入设备工作数据输入数据输入程序工作程序工作事件处理事件处理 事件模式的工作过程事件模式的工作过程4.4.输入方式的组合使用输入方式的组合使用现代的计算机图形输入系统往往不是单一地使用一种输入方式，而是多种输入方式的混合使用，即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。3.3 3.3 交互式绘图技术交互式绘图技术3.3.1 3.3.1 基本交互绘图技术基本交互绘图技术 回显图3-8 选择图符的回显回显约束拖拽引力场。选择菜单的回显 约束在图形绘制过程中对图形的方向、对齐方式等进行规定和校准。技术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。定位约束的示例定位约束：定位约束：该技术用于绘制水平或垂直的线段。绘制时,若终点和起点的连线与水平线的夹角小于45，则绘出一条水平线（如下图）,否则绘制垂直线。避免人眼或定位设备带来的误差，常应用于印刷线路板、大规模集成电路等设计。方向约束：方向约束示例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。引力场 引力场：3.拖 拽 把一个对象放到新的位置。光标移动的同时,对象也跟着光标移动，会使用户感觉直观，从而使得对象的定位更为精确。到目的地后松开按钮拖动图元光标选择图元拖拽图元到新的位置拖拽图元到新的位置 拖拽的另一种形式：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。不同的只是拖动对象的形状随着光标位置的不同而变化。比较容易找到通过一点和一个圆相切的直线的位置。橡筋的形状可以是任意的，可以是矩形、圆、圆弧、自由曲线，也可以是更复杂的图形。“橡皮筋”技术拖拽技术是当前人机交互中普遍使用的技术，它可以使用户的操作更直观，定位更精确.拖动有时耗费很大，尤其当图像很大或图形很复杂时，拖拽可能变的很慢。4.草拟技术草拟技术用以实现用户任意画图的要求。两种保存方式：点阵式；线段拟合两种采样方式：距离；时间5.旋转旋转中心；旋转角度6.6.形变形变包括局部形变3.3.2 3.3.2 三维交互技术三维交互技术三维输入，三维定位，三维选择，三维旋转以及组合功能三维交互的困难：三维交互的困难：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。2024/2/28 周三49课后作业：课后作业：习题三（习题三（p80p80）3.2 什么是用户模型？设计一个好的用户接口要涉及到哪些因素？3.3 GKS包括哪六种逻辑设备？简述其逻辑分类方法。3.8 在交互输入过程中，常用的管理设备方式有哪些？试分别进行说明。2024/2/28 周三50编程练习：编程练习：绘制分形图：树方法：先按某一方向画一条直线，然后在此线段上找到一系列节点，在每一节点处向左右偏转60各画一条分枝。节点位置和节点处所画分枝的长度的比值各按0.618分割。编程要点：1.递归调用 grow(x,y,length,fai)2.结束条件：最短树枝 3.树枝数10THANK YOUSUCCESS2024/2/28 周三51可编辑可编辑