第15講 人機交互繪圖技術

1、 圖形化人機交互系統(tǒng)以其外型美觀、使用方便等特點越來越受到人們的青睞。 Windows系統(tǒng)是一個典型的例子，它把桌面排版、網(wǎng)絡應用、圖像處理、繪圖、音樂處理和多媒體技術集為一體，成為集成化的系統(tǒng)軟件。 交互式系統(tǒng)設計的技術是人機交互技術或人機接口技術HCI（Human Computer Interaction），它不僅反映了計算機技術從初始到高級的發(fā)展過程，也體現(xiàn)了計算機圖形學在計算機軟、硬件發(fā)展過程中的推動作用和發(fā)展歷程。第15講 交互技術是指用戶與計算機系統(tǒng)之間的通信，它是人與計算機之間各種和的。兩種交互設備 人機交互技術通常是以WIMP為特征的圖形用戶界面 W（Window，窗口） 用戶

2、可以隨意在屏幕上創(chuàng)建、移動和縮放窗口，在不同的窗口中可以執(zhí)行不同的任務。 I（Icon，圖標） 它形象化地標示一個對象或功能。 M（Menu，菜單） 提供選項功能，避免命令記憶之苦。 P（Pointing Devices，指點設備） 便于用戶對屏幕對象進行直接操作。 交互技術設計原則 實用性 可靠性 一致性 簡單性 開放性 交互式圖形系統(tǒng)主要是給設計人員提供一個良好的圖形支撐環(huán)境，它負責對設計過程中大量的圖形進行顯示、修改和繪制處理等。 功能性廣泛收集各類用戶對圖形處理方面的需求。研究、總結、提練其中共性的需求，提供圖形的定義、描述、輸入、修改、操作、輸出、管理等各方面的功能。 易使用性界面必

3、須相當靈活，以適應各類用戶。滿足初學者至專家各種層次的用戶要求。要求界面必須與人的理解、記憶、通訊和解決問題的方式相容，使系統(tǒng)易于學習，便于理解。 可靠性是用戶對系統(tǒng)最基本的要求。 它要求系統(tǒng)在一切正常時對用戶輸入應作出一個適當?shù)捻憫?。一旦系統(tǒng)的某些部分發(fā)生錯誤，系統(tǒng)能盡最大的可能支持連續(xù)的和一致的用戶響應。 當用戶執(zhí)行不符合系統(tǒng)的操作或提出不正確的要求時，系統(tǒng)必須繼續(xù)執(zhí)行下去并與用戶進行通訊。 因而，系統(tǒng)具有容錯性。 系統(tǒng)內部各個部分應以相同的風格與用戶通訊，用戶界面要體現(xiàn)出與用戶交互的一個統(tǒng)一的觀點。 系統(tǒng)與外部關系的一致性。一個交互系統(tǒng)的輸入、輸出等往往與設備有關，因此，系統(tǒng)設計中對設備

4、獨立性的考慮就顯得相當重要。 菜單總是放在相同的關聯(lián)位置使用戶不必去尋找特定的選擇。 一個復雜的、不一致的模型不僅難于被用戶理解，而且工作效率低。 提供的對象和操作應設計成一個最小的和一致的集合以便使該系統(tǒng)容易學習，但不能過于簡化以致于難于使用。 人們通常僅能同時記住57個事件，因而界面應對大量的細節(jié)進行抽象處理，對用戶隱藏盡可能多的信息。 在需要時可給有經(jīng)驗的用戶提供了解和操作某些細節(jié)的能力 在交互方式時，所要求的用戶輸入和系統(tǒng)的輸出應盡量簡單，以減少用戶短暫記憶的負擔。 人的認識是不斷發(fā)展的，設計的系統(tǒng)也需要不斷發(fā)展。因此，在進行系統(tǒng)設計時就要考慮到今后的發(fā)展，留下足夠的擴展余地，不斷擴展

5、功能。 如何吸取用戶的知識和經(jīng)驗是涉及系統(tǒng)生命力的重大問題。 眾口難調，苛求一個通用交互式圖形系統(tǒng)去迎合個別用戶的全部需求是不現(xiàn)實的。 系統(tǒng)開放是圖形系統(tǒng)具有強大生命力的關鍵所在，使圖形系統(tǒng)能與用戶程序結合起來構造成一個統(tǒng)一的整體。 使應用系統(tǒng)既包含了原系統(tǒng)的功能，又包括了用戶的專業(yè)知識，從而能達到你中有我，我中有你，兩者構成一個統(tǒng)一的整體。 用戶程序和圖形系統(tǒng)任一方的修改和提高均能使應用系統(tǒng)得到修改。用于（如指定一個圓的圓心等）輸入方式包括或在屏幕上輸入,設置數(shù)值坐標等觸摸板鍵盤用于（如指定一條折線的頂點組、指定一條自由曲線的控制點等）輸入方式與定位設備的輸入方式一致。物理設備許多用于產生定

6、位輸入的物理設備均可以用作筆畫設備，如鼠標、軌跡球和圖形輸入板等。 軌跡球用于（如在旋轉某一對象時輸入一個旋轉角度、縮放對象時輸入一個比例因子以及輸入文字高度、字體大小比例因子等）輸入方式直接輸入數(shù)值通過字符串取值通過比例尺輸入執(zhí)行上下記數(shù)控制命令物理設備包括旋鈕、鍵盤、數(shù)字化儀、鼠標、方向鍵、編程功能鍵等 旋鈕用于（如選擇功能或圖形元素等）輸入方式包括直接或間接在屏幕上進行選擇字符串選擇時間掃描手寫輸入聲音輸入等物理設備包括光筆、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。 觸摸屏用于輸入方式:直接在屏幕上選取時間掃描字符串選取物理設備包括各種定位設備、

7、編程功能鍵、字符串輸入設備等筆型字符識別器用于（如為某對象確定名字、為某圖紙輸入加注文字等）輸入方式:鍵盤輸入手寫輸入聲音輸入菜單輸入物理設備字母鍵盤、數(shù)字化儀、光筆、聲音 識別儀、觸壓板等 定位是。直接定位是間接定位是指點桿手寫平板電腦筆畫輸入，相當于。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(jīng)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。手寫板定值輸入用于等。它是要在給定的數(shù)字范圍內輸入一個值 可用鍵盤鍵入數(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

8、光標在尺子上移動實現(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。定值的幾種方法選擇是，它可以用于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。和也可提供選擇功能。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）鍵盤選擇也極為簡單，如擊數(shù)字鍵“1”表示使用綠色繪

9、制，“2”表示使用藍色繪制等 拾取的功能是。拾取一個對象的方法有：:通過指定欲拾取對象的名稱實現(xiàn).: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.: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(jīng)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。 手寫板語音輸入現(xiàn)在最常用的三種基本交互模式 請求模式現(xiàn)代的計算機圖形輸入

10、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，即一個應用程序可以使用多種控制方式,使用幾種不同的輸入設備。應用程序和輸入設備交替工作當程序運行時，輸入設備處于等待狀態(tài)，等待程序的請求；當程序運行到request語句時就向輸入設備提出輸入請求，同時程序停止運行，等待輸入設備輸入數(shù)據(jù)；輸入設備立即進入工作狀態(tài)，直到請求滿足之后，程序才繼續(xù)運行；輸入設備重新處于等待狀態(tài)；程序工作，輸入設備等待程序請求程序工作，輸入設備等待程序請求遇到請求指令（遇到請求指令（request)輸入設備工作，程序等待接收數(shù)據(jù)輸入設備工作，程序等待接收數(shù)據(jù)請求滿足請求滿足應用程序和輸入設備同時工作輸入設備

11、不斷地產生數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)緩存區(qū)，數(shù)據(jù)緩存區(qū)的內容不斷刷新。程序在運行時若遇到采樣語句，就到數(shù)據(jù)緩存區(qū)中讀取數(shù)據(jù)。程序所取得的就是最新的數(shù)據(jù)優(yōu)點對連續(xù)的信息流輸入比較方便可同時處理多個輸入設備的輸入信息缺點可能會失掉某些輸入信息輸入設備工作數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)產生數(shù)據(jù)緩沖區(qū)程序工作輸入設備和程序同時工作。所有被設置成事件方式的輸入數(shù)據(jù)（或事件）都被存放在一個事件隊列中，隊列以事件發(fā)生的次序排列。當用戶在輸入設備上完成一個輸入動作便產生一個事件，輸入的信息及該設備的編號等便被存放到事件隊列中。不同的應用程序可到隊列中來查詢和提取與之有關的事件。程序運行到事件處理語句時，就從事件隊列中取出隊首事件進

12、行處理。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。檢查事件調用過程模塊處理類型1事件過程處理類型2事件過程處理類型n事件過程.事件隊列應用程序事件幾何約束拖拽三維輸入定位約束 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。定位約束的示例方向約束 用于繪制水平或垂直的線段。 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,否則繪制垂直線。 避免人眼或定位設備帶來的誤差，可以應用于印刷線路板或大規(guī)模集成電路的設計。方向約束示例移動移動光標光標按下按按下按鈕開關鈕開關引力場 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。 要把一個對象放到新的位置。選擇拖動功能后，先在作圖區(qū)用定位設備拾取某個要拖動的物體，再按住鍵移動光標，則這個被拾取的物體將隨著光標的移動而移動，就像光標在拖動物體一樣，放開鍵，物體就固定下來，再移動光標對這個物體就不起作用了。拖拽圖元到新的位置 光標選擇圖元拖動圖元到目的地按下按鈕