【教學(xué)】第3章-交互技術(shù)與用戶接口

交互技術(shù)與用戶接口用戶接口的常用形式子程序庫GKS，OpenGL等使用方便，但需要用戶熟悉某種通用程序設(shè)計(jì)語言專用語言一般為解釋性的語言PostScript，VRML等交互命令圖形界面或命令行方式，進(jìn)行人機(jī)交互常用操作：增、刪、改操作（常用三表結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)）2023/4/62.交互設(shè)備與交互任務(wù)定位（Locator）筆畫（Stroke）定值（Valuator）選擇（Choice）拾?。≒ick）字符串（String）2023/4/63.定位定位是確定平面一點(diǎn)(x,y)或空間一點(diǎn)(x,y,z)的坐標(biāo)。直接定位：用定位設(shè)備直接指定某個點(diǎn)的位置,如鍵盤輸入。直接定位方法可以準(zhǔn)確地給點(diǎn)定位間接定位：通過定位設(shè)備的運(yùn)動控制屏幕上的光標(biāo)進(jìn)行定位。如在移動鼠標(biāo)時，根據(jù)鼠標(biāo)移動的相對距離去控制屏幕上光標(biāo)的移動指點(diǎn)桿手寫平板電腦2023/4/64.直接輸入設(shè)備光筆、觸摸屏鼠標(biāo)手柄操縱桿光筆間接輸入設(shè)備:最普通的定位設(shè)備:鼠標(biāo)及屏幕上的光標(biāo)操縱桿、數(shù)字化儀及按鍵盤上的方向鍵也可以控制光標(biāo)的移動2023/4/65.另外，使用數(shù)字化儀不僅可像鼠標(biāo)那樣產(chǎn)生輸入點(diǎn)的相對坐標(biāo)，還可輸入點(diǎn)的絕對坐標(biāo)。如果我們要輸入一張圖紙，用數(shù)字化儀輸入圖上各點(diǎn)的絕對坐標(biāo)是最合適的方法。數(shù)字化儀2023/4/66.筆畫筆畫輸入用于輸入一組坐標(biāo)點(diǎn)，相當(dāng)于多次調(diào)用定位輸入。如指定一條折線的頂點(diǎn)組、指定一條自由曲線的控制點(diǎn)等。筆畫設(shè)備鼠標(biāo)、軌跡球、游戲棒連續(xù)移動的信號經(jīng)轉(zhuǎn)換成為一組坐標(biāo)值。圖形輸入板的連續(xù)模式可通過按鍵激活。當(dāng)光標(biāo)在圖形輸入板表面上移動時，就產(chǎn)生一組坐標(biāo)值。2023/4/67.輸入方式與定位設(shè)備的輸入方式一致。常用設(shè)備軌跡球手寫板2023/4/68.定值定值設(shè)備為應(yīng)用程序輸入一個值.如在旋轉(zhuǎn)某一對象時輸入一個旋轉(zhuǎn)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)控制命令等。物理設(shè)備包括旋鈕、鍵盤、數(shù)字化儀、鼠標(biāo)、方向鍵、編程功能鍵等旋鈕2023/4/69.常用的定值任務(wù)實(shí)現(xiàn)方法可用鍵盤鍵入數(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(shè)備控制光標(biāo)在尺子上移動實(shí)現(xiàn)數(shù)值的輸入用刻度盤實(shí)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(zhuǎn)，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2023/4/610.選擇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(biāo)移動光標(biāo)到要選圖元附近的位置，按下鼠標(biāo)的按鈕，通過軟件選擇距光標(biāo)最近的圖元畫圖中的選項(xiàng)2023/4/611.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(yīng)用系統(tǒng)用戶接口的友好性分級菜單選擇2023/4/612.對話框和鍵盤上的按鍵也可提供選擇功能。對話框的內(nèi)容極豐富，在對話框中通常用于選擇功能的是選擇開關(guān)及radio按鈕（單選按鈕，以小圓框打點(diǎn)表示被選中）鍵盤選擇也極為簡單，如擊數(shù)字鍵“1”表示使用綠色繪制，“2”表示使用藍(lán)色繪制等

2023/4/613.物理設(shè)備包括光筆、觸摸屏、數(shù)字化儀、鼠標(biāo)、操縱桿、跟蹤球,字符串輸入設(shè)備、編程功能鍵、聲音識別儀等。輸入方式包括直接或間接在屏幕上進(jìn)行選擇字符串選擇時間掃描手寫輸入、聲音輸入等。觸摸屏2023/4/614.拾取拾取的功能是選擇圖形對象，用于選擇場景中即將進(jìn)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(shí)現(xiàn)特征點(diǎn)法:選擇時讓圖形的特征點(diǎn)（如線段的端點(diǎn)，圓心等）以強(qiáng)光醒目顯示,來拾取對象邊界盒法:對每一個子圖預(yù)先求一個邊界盒或比邊界盒大一點(diǎn)的ε邊界盒分類法:分別將點(diǎn),折線,弧等在有關(guān)按鍵的控制下進(jìn)行拾取拾取對象的幾種方法2023/4/615.物理設(shè)備包括各種定位設(shè)備、編程功能鍵、字符串輸入設(shè)備等。筆型字符識別器2023/4/616.字符串鍵盤是目前輸入字符串最常用的設(shè)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(jī)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(shù)手寫板語音輸入2023/4/617.物理設(shè)備:字母鍵盤、數(shù)字化儀、光筆、聲音識別儀、觸壓板等。2023/4/618.三維交互設(shè)備方便三維空間定位、拾取等操作三維目標(biāo)定位裝置、數(shù)據(jù)手套、頭戴顯示器等

三維交互設(shè)備2023/4/619.交互技術(shù)

幾何約束拖拽三維輸入新技術(shù)2023/4/620.幾何約束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(diǎn)為網(wǎng)格點(diǎn)。在使用網(wǎng)格時，任何方式輸入的點(diǎn)都將被定位到離該點(diǎn)最近的網(wǎng)格點(diǎn)上。假設(shè)定義網(wǎng)格單元的寬、高分別為a、b，輸入點(diǎn)的坐標(biāo)為（x,y），則離它最近的網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)為：

(a(int((x+a/2)/a),b(int((y+b/2)/b)))定位約束的示例2023/4/621.方向約束示例方向約束用于繪制水平或垂直的線段。繪制時,若終點(diǎn)和起點(diǎn)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(shè)備帶來的誤差，可以應(yīng)用于印刷線路板或大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)。2023/4/622.引力場引力場可以看做是一種定位約束，用光標(biāo)進(jìn)行選圖操作時，為了使光標(biāo)可以較容易地定位選擇區(qū)域中的圖形，可以將圖形的選擇區(qū)域適當(dāng)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(biāo)中心落在這個區(qū)域內(nèi)時，就自動地被直線上離光標(biāo)最近的一點(diǎn)所代替，如同一個質(zhì)點(diǎn)進(jìn)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(dāng)。2023/4/623.拖拽

要把一個對象放到新的位置.如果光標(biāo)移動的同時,對象也跟著光標(biāo)移動.會使用戶感覺更直觀，從而使得對象的定位更為精確。拖拽圖元到新的位置2023/4/624.拖拽技術(shù)是當(dāng)前人機(jī)交互中普遍使用的技術(shù)，它可以使用戶的操作更直觀，定位更精確。拖動有時耗費(fèi)很大，尤其當(dāng)圖像很大或圖形很復(fù)雜時，拖拽可能變的很慢?！跋鹌そ睢奔夹g(shù)拖拽的另一種形式。不同的只是拖動對象的形狀隨著光標(biāo)位置的不同而變化。橡皮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(fù)雜的圖形。2023/4/625.三維輸入

輸入一個立體圖時，常常是將點(diǎn)、線、面單獨(dú)輸入的。而對一個點(diǎn)、一條線或一個面來說，只要在三視圖上給出足夠的信息，總是可以唯一地確定它在三維空間中的對應(yīng)圖形。例如輸入一個點(diǎn)時，只要在任意兩個視圖中確定點(diǎn)的位置,便可唯一地確定三維空間中的一個點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y，z）。在三視圖上作三維輸入2023/4/626.在三視圖上輸入直線段上兩端點(diǎn)便確定了三維空間的一條直線.把一個面上的各頂點(diǎn)在三視圖上輸入后，就唯一地確定了三維空間中的一個面。如果把一個多面體的各面均用上述方法輸入，也就在三維空間中輸入了一個多面體。用三視圖來輸入立體圖是目前一種主要的輸入手段.2023/4/627.用三視圖輸入三維圖形yzyABCA’B’C’

A’’B’’C’’xzx2023/4/628.3DMAX中的三維建模2023/4/629.新的交互技術(shù)視線跟蹤手勢識別語音識別依據(jù)手的運(yùn)動識別數(shù)字的手機(jī)2023/4/630.表情識別自然語言理解手寫識別2023/4/631.

多媒體技術(shù)的支持目前廣泛使用的是字符和圖形用戶界面，通過用戶輸入字符串或點(diǎn)擊圖標(biāo)等向計(jì)算機(jī)送入數(shù)據(jù)或命令，計(jì)算機(jī)也通過輸出字符串或圖形告訴用戶計(jì)算結(jié)果和其他信息。多媒體技術(shù)計(jì)算機(jī)所表現(xiàn)的信息除了文字、圖形外，還包括聲音、靜止圖像、動態(tài)圖像、動畫等。多媒體技術(shù)是將正文、聲音、圖形、靜止圖像、動態(tài)圖像等與計(jì)算集成在一起的技術(shù)。多媒體技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將使人們得到更直觀的信息，從而簡化用戶的操作，擴(kuò)展應(yīng)用范圍。2023/4/632.多通道交互同一時刻用戶可以采用多個通道與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，以提高人機(jī)交互的效率和自然性?？梢岳酶鞣N通道、設(shè)備和交互方式的互補(bǔ)性，整合來自多個通道的信息，提高對用戶輸入的識別率，從而提高交互的自然性、靈活性和準(zhǔn)確性，使人機(jī)交互方式向人與人交互方式靠攏。當(dāng)一個通道由于設(shè)備故障或環(huán)境限制等原因不能使用時，用戶可以選擇其他通道，使交互繼續(xù)下去。多通道交互2023/4/633.自然語言接口基于自然語言知識的人機(jī)交互系統(tǒng)。自然語言接口能理解用戶用自然語言表達(dá)的請求，將其映射為相應(yīng)軟件的操作命令，并提交軟件執(zhí)行，最后軟件產(chǎn)生的結(jié)果以用戶可理解的方式反饋給用戶。自然語言的理解2023/4/634.計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作（CSCW,ComputerSupportedCooperativeWork）很好地適應(yīng)了社會信息化、經(jīng)濟(jì)全球化和知識經(jīng)濟(jì)時代的特點(diǎn)以及諸如交互性、分布性和協(xié)同性等要求。CSCW示例2023/4/635.拾取圖形交互接口中的重要任務(wù)，圖形的增、刪、改中都會用到。圖形是否被拾取要有適當(dāng)?shù)姆答?。在NDC中實(shí)現(xiàn)。內(nèi)容：點(diǎn)拾取，直線段的拾取，字符串的拾取，折線、曲線、多邊形的拾取，重疊圖形的拾取，提高拾取效率的方法等2023/4/636.點(diǎn)的拾取設(shè)點(diǎn)P1（x1,y1）,0.0≤x1,y1≤1.0，則該點(diǎn)的顯示領(lǐng)域是一個以r為半徑的圓。如果拾取點(diǎn)P0(x0,y0)符合:(x1-x0)2+(y1-y0)2≤r2

則說明對P1點(diǎn)拾取成功。P1r2023/4/637.直線段的拾取設(shè)直線兩端點(diǎn)為P1(x1,y1)、P2(x2,y2)，則該線段的顯示領(lǐng)域是一個以2r寬的矩形(參見下圖)。如果拾取點(diǎn)P0(x0,y0)符合:則說明對線段P1P2拾取成功。折線、曲線、多邊形的拾取可采用直線拾取的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。P1P2r2023/4/638.字符串的拾取依次判斷每個字符的顯示領(lǐng)域是否包含拾取點(diǎn)。字符的拾取判斷可用字符的外接凸多邊形是否包含拾取點(diǎn)的方法進(jìn)行判斷。規(guī)則方式顯示的字符可進(jìn)一步簡化拾取方法YOX2023/4/639.顯示領(lǐng)域重疊優(yōu)先級控制優(yōu)先級高的被拾取逐個圖形反饋閃爍或改變顏色進(jìn)行反饋用戶確認(rèn)后當(dāng)前反饋的圖形被拾取通過距離進(jìn)行判斷距拾取點(diǎn)較近的圖形被拾取YOX2023/4/640.加速圖形拾取的措施過濾器法圖形加標(biāo)記：可拾取和不可拾取對不可拾取的圖形忽略拾取運(yùn)算區(qū)域粗判法先判斷拾取點(diǎn)是否在圖形的外包圍盒中硬件實(shí)現(xiàn)利用硬件實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、直線等的拾取運(yùn)算YOXp0區(qū)域粗判2023/4/641.輸入控制請求方式(程序初始化設(shè)備)取樣方式(程序和設(shè)備同時工作)事件方式(設(shè)備初始化程序)控制方式的混合使用2023/4/642.請求方式

在請求方式下，輸入設(shè)備的初始化是在應(yīng)用程序中設(shè)置的。即通過輸入設(shè)置命令（或語句），對相應(yīng)的設(shè)備設(shè)置所需要的輸入模式后，該設(shè)備才能作相應(yīng)的輸入處理。（在請求命令中要指定是哪個應(yīng)用程序調(diào)用的和調(diào)用的是哪個輸入設(shè)備）2023/4/643.當(dāng)程序運(yùn)行時，輸入設(shè)備處于等待狀態(tài)，等待程序的請求.當(dāng)程序運(yùn)行到request語句時就向輸入設(shè)備提出輸入請求，同時程序停止運(yùn)行，等待輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù)。輸入設(shè)備立即進(jìn)入工作狀態(tài)，直到請求滿足之后，程序才繼續(xù)運(yùn)行。輸入設(shè)備重新處于等待狀態(tài)。因此，在請求方式下，程序和輸入設(shè)備輪流處于工作狀態(tài)和等待狀態(tài)，由程序支配輸入設(shè)備的啟動。請求方式的工作過程請求模式的工作過程程序工作輸入設(shè)備等待程序請求請求滿足遇到請求指令（request）輸入設(shè)備工作程序等待接收數(shù)據(jù)2023/4/644.當(dāng)把一臺或多臺輸入設(shè)備定義為樣本模式后，這些設(shè)備會連續(xù)不斷地把信息輸入進(jìn)來，而不必等待應(yīng)用程序的輸入語句，即信息的輸入和應(yīng)用程序中的輸入命令無關(guān)。當(dāng)應(yīng)用程序遇到取樣命令時，就把相應(yīng)物理設(shè)備此時的值作為取樣數(shù)值。優(yōu)點(diǎn)該模式不像請求模式那樣要求用戶有一明顯的動作，它對連續(xù)的信息流輸入比較方便，也可同時處理多個輸入設(shè)備的輸入信息。缺點(diǎn)當(dāng)處理某一種輸入耗費(fèi)的時間較長時，可能會失掉某些輸入信息。取樣方式2023/4/645.在取樣輸入模式的工作過程中，程序和輸入設(shè)備同時運(yùn)行。輸入設(shè)備不斷地產(chǎn)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(nèi)容不斷刷新。程序在運(yùn)行時若遇到采