计算机图形学第6章-人机交互绘图技术

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1、人机交互与人机界面人机交互与人机界面人机交互与人机界面人机交互与人机界面人机交互与人机交互与 人机界面人机界面基本基本图图形形输输 入入设备设备定位定位设备设备 笔画笔画设备设备 定制定制设备设备选择设备选择设备 拾取拾取设备设备 字符串字符串设备设备基本交互任基本交互任务务定位定位 笔画笔画 定定值值选择选择 拾取拾取 字符串字符串人机交互人机交互输输入入 模式模式请请求模式求模式 样样本模式本模式 事件模式事件模式常常见见的的辅辅助助 交互技交互技术术 几何几何约约束束 拖拽拖拽 三三维输维输 入入 新的交互技新的交互技术术人机交互的定义人机交互的定义 人机交互（人机交互（human co

2、mputer interactionhuman computer interaction） 是指用户与计算机系统之间的通信，它是人与计算机之间各种符号符号和 动作动作的双向信息交换双向信息交换。两种交互设备基本的图形输入设备基本的图形输入设备1.1. 定位设备（定位设备（LocatorLocator）2.2. 笔画设备（笔画设备（StrokeStroke）3. 3.定值设备定值设备（ValuatorValuator）4. 4.选择设备（选择设备（ChoiceChoice）5. 5.拾取设备拾取设备（PickPick）6. 6.字符串设备字符串设备（StringString）1. 1. 1. 1

3、. 定位设备定位设备定位设备定位设备( ( ( (LocatorLocatorLocatorLocator) ) ) )用于指定用户空间的一个位置指定用户空间的一个位置（如指定一个圆的圆心等）输入方式包括直接直接或间接间接在屏幕上输入,设置数值坐标等触摸板键盘2. 2. 2. 2. 笔画设备（笔画设备（笔画设备（笔画设备（StrokeStrokeStrokeStroke）用于指定用户空间中一组有序点的位置指定用户空间中一组有序点的位置（如指定一条折 线的顶点组、指定一条自由曲线的控制点等）输入方式与定位设备的输入方式一致。物理设备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

4、球和图形输入板等。 轨迹球3. 3. 3. 3. 定值设备（定值设备（定值设备（定值设备（ValuatorValuatorValuatorValuator）用于为应用程序输入一个值为应用程序输入一个值（如在旋转某一对象时输入一个 旋转角度、缩放对象时输入一个比例因子以及输入文字高 度、字体大小比例因子等）输入方式直接输入数值通过字符串取值通过比例尺输入执行上下记数控制命令物理设备包括旋钮、键盘、数字化仪、鼠标、方向键、编程功能键等 旋钮4. 4. 4. 4. 选择设备（选择设备（选择设备（选择设备（ChoiceChoiceChoiceChoice） 用于为应用程序在多个选项中选定一项为应用程序

5、在多个选项中选定一项（如选择功能或图 形元素等）输入方式包括直接或间接在屏幕上进行选择字符串选择时间扫描手写输入声音输入等物理设备包括光笔、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。 触摸屏5 5 5 5拾取设备（拾取设备（拾取设备（拾取设备（PickPickPickPick）用于在处理的模型中选取一个对象，从而为应用型操作在处理的模型中选取一个对象，从而为应用型操作确定目标确定目标输入方式:直接在屏幕上选取时间扫描字符串选取物理设备包括各种定位设备、编程功能键、字符串输入设备等笔型字符识别器6 6 6 6字符串设备（字符串设备（字符串设备（字符串设备

6、（StringStringStringString) ) ) )用于向应用程序输入字符串向应用程序输入字符串（如为某对象确定名字、 为某图纸输入加注文字等）输入方式:键盘输入手写输入声音输入菜单输入物理设备字母键盘、数字化仪、光笔、声音 识别仪、触压板等基本交互任务基本交互任务1. 1.定位定位2. 2.笔画笔画3. 3.定值定值4. 4.选择选择 5. 5.拾取拾取6. 6.字符串字符串1. 1. 1. 1. 定位定位定位定位 定位是确定平面一点确定平面一点( (x x, , y y) )或空间一点或空间一点( (x x, , y y, , z z) )的坐标的坐标。直接定位是用定位设备直接

7、指定某个点的位置用定位设备直接指定某个点的位置间接定位是通过定位设备的运动控制屏幕上的光标进行定位通过定位设备的运动控制屏幕上的光标进行定位指点杆手写平板电脑2. 2. 2. 2. 笔画笔画笔画笔画笔画输入用于输入一组坐标点用于输入一组坐标点，相当于多次调用定位输多次调用定位输入入。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3. 3. 3. 3. 定值定值定值定值定值输入用于设置物体旋转角度、缩放比例因子设置物体旋转角度、缩放比例因子

8、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4. 4. 4. 4. 选择选择选择选择选择是在某选择集中选出一个元素在某选择集中选出一个元素，它可以用于指定命指定命令，确定操作对象或选定属性令，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

9、距光标最近的图元画图中的选项菜单功能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。对话框对话框和键盘上的按键键盘上的按键也可提供选择功能。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）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 5. 5. 5. 5. 拾取拾取拾取拾取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 或编辑的部分或编辑的部分。拾取一个对象的方法有：指定名称法指定名称法:通过指定欲拾取对象的

10、名称实现.特征点法特征点法: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6. 6. 6. 6. 字符串字符串字符串字符串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。 手写板语音输入基本交互模式基本交互模式现在最常用的三种基本交

11、互模式 请求模式（request moderequest mode） 样本模式样本模式（sample modesample mode） 事件模式事件模式（event modeevent mode）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，即一个应用程序可 以使用多种控制方式,使用几种不同的输入设备。应用程序和输入设备交替工作 当程序运行时，输入设备处于等待状态，等待程序的请求； 当程序运行到request语句时就向输 入设备提出输入请求，同时程序停 止运行，等待输入设备输入数据； 输入设备立即进入工作状态，直到 请求满足之后，程序才继续运行； 输入设

12、备重新处于等待状态；程序工作，输入设备等待程序请求遇到请求指令（request)输入设备工作，程序等待接收数据请求满足1.1.1.1.请求模式请求模式请求模式请求模式应用程序和输入设备同时工作输入设备不断地产生数据，并把数据输入数据缓存区，数据缓存区的内 容不断刷新。程序在运行时若遇到采样语句，就到数据缓存区中读取数 据。程序所取得的就是最新的数据优点 对连续的信息流输入比较方便 可同时处理多个输入设备的输入信息缺点 可能会失掉某些输入信息2. 2. 2. 2. 样本模式样本模式样本模式样本模式输入设备工作数据采样数据产生数据缓冲区程序工作输入设备和程序同时工作。 所有被设置成事件方式的输入数

13、据（或事件）都被存放在一个事件 队列中，队列以事件发生的次序排列。当用户在输入设备上完成一 个输入动作便产生一个事件，输入的信息及该设备的编号等便被存 放到事件队列中。 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。程序运 行到事件处理语句时，就从事件队列中取出队首事件进行处理。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。3. 3. 3. 3. 事件模式事件模式事件模式事件模式检查事件调用过 程模块处理类型1事件过程处理类型2事件过程处理类型n事件过程.事件队列应用程序事件常见辅助交互技术常见辅助交互技术常见辅助交互技术常见辅助交互技术几何约束 拖拽 三维输入1. 1.

14、1. 1. 几何约束几何约束几何约束几何约束 定位约束 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。定位约束的示例方向约束 用于绘制水平或垂直的线段。 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,否则绘制垂直线。 避免人眼或定位设备带来的误差，可以应用于印刷线路 板或大规模集成电路的设计。方向约束示例3737度度移动 光标按下按 钮开关引力场 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

15、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。 2. 2. 2. 2. 拖拽拖拽拖拽拖拽 要把一个对象放到新的位置。选择拖动功能后，先在作图区 用定位设备拾取某个要拖动的物体，再按住键移动光标，则 这个被拾取的物体将随着光标的移动而移动，就像光标在拖 动物体一样，放开键，物体就固定下来，再移动光标对这个 物体就不起作用了。拖拽图元到新的位置 光标选择图元拖动图元到目的地按下按钮 开关“橡皮筋”技术 在起点确定后，光标移出去定终点时，在屏幕上始终显示 一条连接起点和光标中心的直线，这条直线随着光标中心 位置的变动而变动，它就像在起点和光标中心之间紧紧地 拉着一根橡皮筋； 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。4. 4. 4. 4. 新的交互技术新的交互技术新的交互技术新的交互技术 1. 视线跟踪 2. 手势识别3. 语音识别4. 表情识别5. 自然语言理解6. 手写识别