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1、 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 第第9 9章章 交互技术交互技术 9.1 人机交互界面 9.2 交互技术 9.3 基于OpenGL的交互式绘图 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 人机交互界面可以由计算机硬件（如键盘、显示器等 ）和软件（如命令解释器、菜单系统等）组成。 人机交互界面由人、硬件、软件、环境结合构成的。 人机界面模型是人机界面软件的程序框架、它从理论 上和总体上描述了用户和计算机的交互活动。 9.1 人机交互界面 人机界面模型分为两大类：程序开发模型人机界面模型分为两大类：程序开发模型 用户交互用户交互 操作模型。操作模型。 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院
2、1 库函数（或用户程序包） 1）基本思想： 选择一种高级程序设计语言（如C等）作为主语言 ，用此主语言扩展一系列的过程调用，以实现有关的设计 分析和图形处理。 用户接口常用形式：库函数、专用语言和交互命令用户接口常用形式：库函数、专用语言和交互命令 2）用户程序包分：主语言语句、过程词调用语句。 编辑源程序编 译装配连接运行输出 修改源程序 9.1.1 用户接口模型 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 专用语言功能与用户程序包的功能类似。 分为解释型和编译型 2 专用语言 解释型：即扫扫描每一条语句，解释并执行； 编译型：把程序的源代码，经编译、装配连接，生成的目 标代码； 执行分三步：词
3、法分析、语法分析和生成数据表格。 专用语言内容包括： 包括高级语言的功能； 面向应用的专门语句。 目前，国内外功能很强的图形专用语言比较少。 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 3 交互命令 交互反映人与计算机运行的程序之间传递信息的形式 ，而程序包中每个子程序的功能以及专用语言中的有关 语句都可以按照命令方式提供用户使用。 交互式用户接口基于一定的模型，实现用户所需要 的删、增，改等操作。 1）用户接口模型 要求两方面： 从用户角度，模型尽量接近于现实，非形式化；。 从开发角度，模型有严格的形式化描述，便于实现。 目前，普遍接受和采用的模型是Seeheim模型。 计算机图形学 * 计算机
4、科学与技术学院 19831983年国际信息处理联合会年国际信息处理联合会(IFIP)(IFIP)工作小组在西德工作小组在西德 SeeheimSeeheim提出的。提出的。 模型如下：模型如下： 2 2）应用程序与用户接口的关系应用程序与用户接口的关系 3 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 应用程序对输入设备和数据操作： (1) 指定设备类型 (2) 输入控制方式 常用控制方式： 9.1.2 信息输入控制方式 程序初始化输入设备 程序和设备同时工作 设备初始化输入数据 请求方式 (Request) 取样方式(Sample) 事件方式(Event) 三种控制的组合方式 计算机图形学 * 计算
5、机科学与技术学院 9.2 交互技术 交互技术是指使用输入设备完成交互任务的输入技术。 交互技术分类： 交互输入技术：主要完成基本的信息交互输入任务。 常用：定位、选择、定径、定量、文本等技术。 交互控制技术：主要完成交互过程中数据的准确输入 和形状的观察和控制。 常用：构造、对话框、拖动、目标捕捉等技术 。 图形拾取技术：主要完成图形库中实体图形的选择。 常用：指名选择、指点选择和窗口选择等技术。 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 交互任务 交互任务分为基本任务和交互控制任务 1 基本交互任务 分为分为六类 1）定位: 用于给应用程序指定位置坐标。 受到维数，分辨率、开环或闭环应馈的影响
6、。 2）选择：从选择集中选择命令或实体对象。 3）定向：在指定的坐标系中确定形体的方向。 由应用程序来确定反馈类型、角度和精度。 4）定径：是一系列定位和定向任务的结合。 与时间、空间有关。 5）定量：输人某一范围的数值或数字。 6）文本：输入文本。 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 2 交互控制任务：分为五类： 1）变形: 用户可改变物体的一个特殊点的属性 (如位置），而物体的其它属性保持不变。 2）徒手画图：提供用游标画出任意形状的图形。 3）动态控制：改变形体在观察空间的位置。 4）光滑外形：用户按照指定的要求和参数，改变形 体的外部形状等。 5) 组合数据输入控制：实现多种数据的
7、输入。 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 指使用交互设备进行输入的技术。 选择技术选择技术：是从选择集中挑选一个元素。是从选择集中挑选一个元素。 选择集有：命令选择集、操作数选择集、属性选择集、选择集有：命令选择集、操作数选择集、属性选择集、 对象选择集等。对象选择集等。 选择集根据元素数分为：选择集根据元素数分为： 定长定长( (固定固定) )选择集：命令选择集、属性选择集、对象类型选择集：命令选择集、属性选择集、对象类型 选择集等。选择集等。 变长变长( (可变可变) )选择集：对象选择集等。选择集：对象选择集等。 （1 1） 选择技术选择技术 9.2.1 交互输入技术 计算机图形学
8、 * 计算机科学与技术学院 定长选择集操作有四种技术定长选择集操作有四种技术: : 指名指名 功能键功能键 菜单菜单 模式识别模式识别 变长选择集操作有两种技术变长选择集操作有两种技术: : 指名技术指名技术 指点技术指点技术（拾取图形或对象拾取图形或对象 ) ) 1 1）菜单技术菜单技术 常用于指定命令、确定操作对象、选定属性等多选一常用于指定命令、确定操作对象、选定属性等多选一 的场合，形象直观，操作方便。的场合，形象直观，操作方便。 菜单种类：屏幕菜单、下拉菜单、光标菜单、图标菜单种类：屏幕菜单、下拉菜单、光标菜单、图标 菜单等。菜单等。 菜单层次：采用分层分页结构。菜单层次：采用分层分
9、页结构。 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 菜单的位置：右侧菜单的位置：右侧（屏幕菜单屏幕菜单）、）、顶部顶部（下拉菜单下拉菜单）、）、 随机随机（光标菜单光标菜单）。）。 菜单的形式：长条状、圆饼状、指针状等。菜单的形式：长条状、圆饼状、指针状等。 菜单的表示：文字式、图形符号、图象方式等。菜单的表示：文字式、图形符号、图象方式等。 菜单的显示控制：固定式和弹出式。菜单的显示控制：固定式和弹出式。 菜单的选择：选择方式有：菜单的选择：选择方式有： a)a)指点设备直接选择 指点设备直接选择 b)b)使用方向键顺序循环使用方向键顺序循环 c)c)使用数字键指定选择 使用数字键指定选择 d
10、)d)功能键或热键对应选择功能键或热键对应选择 菜单项选定：菜单项选定： 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 2)命令选择组织：单层或多层方式 排列：字母顺序或使用频率排列：字母顺序或使用频率 方式：图形或文字方式：图形或文字 输入形式：动态或静态输入形式：动态或静态（弹出式、移动式弹出式、移动式） （2 2） 定位技术：四个要点定位技术：四个要点: : 坐标系坐标系( (用户、设备、实体用户、设备、实体) ) 光标的形状光标的形状（箭头、矩形等箭头、矩形等）特征特征（闪烁、颜色闪烁、颜色） 控制显示比例：控制显示比例： 控制显示比率控制显示比率=手的移动量手的移动量/ /光标的移动量光标
11、的移动量 定位方式：绝对定位定位方式：绝对定位（数字化仪等数字化仪等） 相对定位相对定位（鼠标等鼠标等） 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 有三种技术：有三种技术： 用定位设备控制光标定位用定位设备控制光标定位 用键盘输入定位坐标用键盘输入定位坐标 用其它方式定位用其它方式定位 （3 3）定向技术：定向技术： 三个要点：三个要点：确定坐标系的维数确定坐标系的维数 分辨率、精度分辨率、精度 输入设备的管理输入设备的管理( (设备：数值器、定位器设备：数值器、定位器) ) 两种技术：两种技术： 用刻度盘或操纵杆控制方向角用刻度盘或操纵杆控制方向角 键盘输入角度值键盘输入角度值 计算机图形学
12、* 计算机科学与技术学院 （6 6）文本技术：确定字符集、字符串的长度）文本技术：确定字符集、字符串的长度 三种技术：三种技术： 键盘输入键盘输入 菜单选择字符菜单选择字符 语音识别语音识别 （4 4）定径技术：在一定的时间或一定的空间内，确定一）定径技术：在一定的时间或一定的空间内，确定一 系列定位点和方向角。系列定位点和方向角。 （5 5）定量技术：确定输入值的大小和精度。）定量技术：确定输入值的大小和精度。 键盘输入值键盘输入值 定位设备（鼠标等）输入定位设备（鼠标等）输入 数模转换卡等输入设备数模转换卡等输入设备 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 9.2.2 交互控制技术 技术：
13、技术：1 1）构造技术）构造技术 2 2）对话框技术）对话框技术 3 3）拖动技术）拖动技术 4 4）定位技术）定位技术 （1 1）构造技术）构造技术 构造技术：橡皮筋技术、方向约束技术、引力场技术等构造技术：橡皮筋技术、方向约束技术、引力场技术等 1).1).橡皮筋技术橡皮筋技术 体现动态变形体现动态变形( (或构造或构造) )过程。过程。 有：直线、矩形、圆弧、曲有：直线、矩形、圆弧、曲 线橡皮筋等。线橡皮筋等。 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 2 2）方向约束技术）方向约束技术 方向约束技术：在橡皮筋中限制画线的方向。方向约束技术：在橡皮筋中限制画线的方向。 如图如图a)a)：当
14、当|x2-x1|y2-y1|x2-x1|y2-y1|， 构造构造P2P2： (x2,y1)(x2,y1)，画出画出P1 P2P1 P2直线段直线段 如图如图b)b)：当当|x2-x1|y2-y1|x2-x1|y2-y1|， 构造构造P2P2： (x1,y2)(x1,y2)，画出画出P1 P2P1 P2直线段直线段 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 2. 2. 对话框技术对话框技术 1) 从一个选择集中集中选择多个元素； 1) 1) 动态放大图形动态放大图形 在处理图形的过程中可以随时放大或缩小图形。在处理图形的过程中可以随时放大或缩小图形。 无级放大无级放大 窗口放大窗口放大 全图放大全
15、图放大 2) 从多个选择集中选择一组元素； 3. 动态控制动态控制技术 2 2）动态拖动图形动态拖动图形 在处理图形的过程中可以任意拖动图形在处理图形的过程中可以任意拖动图形 拖动全图拖动全图 拖动局部图形拖动局部图形 旋转图形旋转图形 计算机图形学 * 计算机科学与技术学院 9.2.3 9.2.3 图形拾取技术图形拾取技术 操作 1）改变图形对象的颜色、闪烁、增亮 2）获取图形数据结构中该图形数据的地址或内容 （1 1）拾取图形的条件：拾取图形的条件： 1)1)图形在设备上显示；图形在设备上显示； 2 2）图形显示区域已经包含拾取点坐标图形显示区域已经包含拾取点坐标; ; 3 3）当前图形名集与可拾取图形名集的交集不为空当前图形名集与可拾取图形名集的交集不为空
