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1、第第3章章用户接口与交互式技术用户接口与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用户接口设计用户接口设计用户接口确定用户与计算机如何进行信息交换。用户接口确定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。过什么手段来操作系统的功能实现等。一个好的图形用户接口应该具有以下特点：一个好的图形用户接口应该具有以下特点：易于被用户理解并接受，迅速掌握系统特点。易于操作、使用，用户在使用时通过用户接口以最简单的方法提出自己的要求并能使用系
2、统的全部功能。高效率、可靠性和实用性。3.1.1用户模型用户模型用用户户模模型型UserMode）：是是用用户户接接口口设设计计的的基基础础，它它提提供供给给用用户户有有关关他他所所处处理理的的对对象象以以及及作作用用于于这这些些对对象象的的处处理理过过程程的的一一个个概概念念性模型。性模型。3.1.2显示屏幕的有效利用显示屏幕的有效利用考虑如下几个问题：1. 信息显示的布局合理性。2. 充分而又正确地使用图符一类应用图符application icons）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。3.1.3反响反响反反响响：就就是是动动态态地地显
3、显示示系系统统运运行行中中所所发发生生的的一一些些变变化化，以便更有效地进行交互作用。以便更有效地进行交互作用。3.1.4一致性原则一致性原则一一致致性性原原则则是是指指在在设设计计系系统统的的各各个个环环节节时时，应应遵遵从从统统一一的的、简简单单的的规规则则，保保证证不不出出现现例例外外和和特特殊殊的情况。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。3.1.6回退和出错处理回退和出错处理回退回退undo机制机制取消机制取消机制确认机制确认机制设计好的诊断程序设计好的诊断程序提供出错消息提
4、供出错消息对可能导致错误的一些动作进行预测对可能导致错误的一些动作进行预测约束机制：动作与对象相一致约束机制：动作与对象相一致3.1.7联机帮助联机帮助为用户提供联机帮助(On-Line 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视觉效果设计视觉效果设计这里强调的是色彩的使用。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色和紫色，其次是红色和橙色；而黄色、绿色、蓝绿色和淡青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。3.1.9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。3.2逻辑输
5、入设备与输入控制逻辑输入设备与输入控制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：表2-1 图形输入设备的逻辑分类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对设备的评价可以从三个层次上来看：对设备的评价可以从三个层次上来看：设备层：关注硬件的性能。设备层：关注硬件的性能。任任务务层层：相相同同的的任任务务用
6、用不不同同的的设设备备来来比比较较交交互互效效果果对对话话层层：对对一一系系列列的的任任务务进进行行比比较较，例例如如明明显显使使用用鼠鼠标标比比使使用用键键盘盘定定位位更更快快，但但是是如如果果用用户户的的手手在在键键盘盘上上，而而且且定定位位后后还还要要输输入入信信息息，此此时时键盘比鼠标好使。键盘比鼠标好使。由由此此可可见见，要要针针对对交交互互设设备备的的不不同同特特点点对对交交互互设设备备进行控制、使用。进行控制、使用。具体如下 定位设备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。 定位设备分为三类：直接设备和间接设备绝对坐标设备和相
7、对坐标设备连续设备和离散设备 笔划设备描画）笔划设备的输入等于多次调用定位设备(这样用作定位的设备都可用作笔划设备)，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 定值设备定值设备常用来输入各种参数和数据。 字符串设备即进行字符串输入。典型设备：键盘 选择设备选择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。 拾取设备用拾取技术拾取一个图形对象：(1)利用定位设备冲突问题：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。 对一条以点(x1,y1)和点(x2,y2)为端点的线段来说，从点P0(x0,y0)到该
8、线段距离的平方由下式来计算：(2)指定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(4)直接键入结构名字：例如VB图形设计的选择 逻辑输入设备演示逻辑输入设备演示3.2.2输入控制输入控制输入控制即如何管理、控制多种输入设备进行工作。输入控制即如何管理、控制多种输入设备进行工作。因因为为在在交交互互式式图图形形系系统统中中，用用于于输输入入的的设设备备是是多多种种多多样样的的，而而且且一一个个应应用用程程序序可可以以有有多多个个输输入入设设备备，这这就就产产生生了了如如何何管管理理控控制制这这些些设设备备的问题。的问题。目目前前常常用用的的控控制制方方式式有有请请求求requ
9、estrequest）、采采样样samplesample）、事事件件eventevent及其组合形式等几种。及其组合形式等几种。1. 请求方式request mode）在这种模式下，应用程序先以请求方式指定输入设备。所请求的设备指定后，可以向设备发出输入请求，当一个输入请求发出后，程序等待接收输入数据，此时，输入设备在应用程序的控制下工作，程序在输入请求发出后一直被置于等待状态直到数据输入。 工作过程如下图：程序工作，输入设备等待程序请求程序工作，输入设备等待程序请求遇到请求指令遇到请求指令输入设备工作，程序等待输入数据输入设备工作，程序等待输入数据请求满足请求满足请请求求方方式式工工作作过过
10、程程示示意意图图2.2.取样方式取样方式sample modesample mode）取样方式与请求方式不同的是，一旦对一台取样方式与请求方式不同的是，一旦对一台或多台设备设置了取样方式，立即就可进行数据或多台设备设置了取样方式，立即就可进行数据输入，而不必等待程序中的输入语句，应用程序输入，而不必等待程序中的输入语句，应用程序和输入设备同时工作，当输入设备工作时，存储和输入设备同时工作，当输入设备工作时，存储输入数据，并不断地更新当前数据，当程序要求输入数据，并不断地更新当前数据，当程序要求输入时，程序采用当前数据值。例如：鼠标被置输入时，程序采用当前数据值。例如：鼠标被置为取样方式下的设备
11、，则系统会立即存储鼠标的为取样方式下的设备，则系统会立即存储鼠标的当前位置坐标，并且当鼠标的位置变化时，会立当前位置坐标，并且当鼠标的位置变化时，会立即更新当前的位置坐标。即更新当前的位置坐标。取样方式的工作过程如下图：取样方式的工作过程如下图：程序工作程序工作数据采样数据采样数据缓存区数据缓存区数据生成数据生成输入设备工作输入设备工作取样方式的工作过程示意图取样方式的工作过程示意图3.事件方式事件方式eventmode）每每次次用用户户对对输输入入设设备备的的一一次次操操作作以以及及形形成成的的数数据据叫叫做一个事件做一个事件(Event)。思思想想：一一般般一一个个事事件件发发生生时时，往
12、往往往来来不不及及进进行行处处理理，于于是是，就就要要把把事事件件按按先先后后次次序序排排成成队队列列，以以便便先先进进先出，即先到的事件进入排队，先被取出进行处理。先出，即先到的事件进入排队，先被取出进行处理。当某设备被置成事件方式，程序和设备同时工作当某设备被置成事件方式，程序和设备同时工作程序工作程序工作事件处理事件处理数据输入数据输入输入设备工作输入设备工作事件队事件队事件方式的输入过程示意图事件方式的输入过程示意图4.输入方式的组合使用输入方式的组合使用一一个个应应用用程程序序同同时时可可在在几几种种输输入入模模式式方方式式下下应应用几个不同的输入设备来进行工作。用几个不同的输入设备
13、来进行工作。3.3交互式绘图技术交互式绘图技术3.2.1基本交互绘图技术基本交互绘图技术1.定定位位技技术术定定位位操操作作是是图图形形输输入入和和图图形形操操作作中中常常用用的的输输入入操操作作之之一一。定定位位有有直直接接定定位位和和间间接接定定位位两两种种方方式式。直直接接定定位位是是指指使使用用定定位位设设备备直直接接在在屏屏幕幕上上指指定定一一个个点点的的位位置置；间间接接定定位位是是指指通通过过定定位位设设备备的的运运动控制屏幕上的映射光标来进行定位。动控制屏幕上的映射光标来进行定位。 约束约束：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。拖曳技术 拖曳技术是将形体在空
14、间移动的过程动态地、连续地表示出来，直到用户满意的结果为止。这种技术常用于部件的装配、模拟现实生活中的实际过程。 4. 4. 橡皮筋技术橡皮筋技术橡橡皮皮筋筋技技术术：针针对对输输入入要要求求，动动态态地地、连连续续地地将将输输入入过过程程表现出来，直到产生用户满意的输入结果为止。表现出来，直到产生用户满意的输入结果为止。5.5.定定值值技技术术 定定值值技技术术在在交交互互过过程程中中应应用用很很多多，而而且且是是必必不不可可少少的的。例例如如物物体体旋旋转转的的角角度度、缩缩放放的的比比例例等等。用用户户经经常常需需要要输输入入一一个个数数值值，指指定定一一个个数数量量，完完成成这这种种任
15、任务务需需要要确确定定精精度度单单位位），需需要要的的设设备备是是键键盘盘或或电电位位计计。定定值值技技术术有有两种：键入数值、改变电位计阻值产生要求的数量。两种：键入数值、改变电位计阻值产生要求的数量。6.菜单技术 菜单是一种很重要的交互技术。它可用于指定命令、确定操作对象或选定属性等多中选一的场合。使用菜单可较好地改善应用系统的用户接口的友善性。包括以下几个方面：菜单的层次结构、菜单的表示、菜单的显示控制、菜单的选择。7.拾取技术拾取技术在图形系统交互作用的许多操在图形系统交互作用的许多操作中，常常要在一个分层的对象结构或作中，常常要在一个分层的对象结构或虽不分层但很复杂的对象结构中拾取一
16、虽不分层但很复杂的对象结构中拾取一个基本对象如最底层的对象或一个简个基本对象如最底层的对象或一个简单的部分或一些基本对象的集合如单的部分或一些基本对象的集合如非最底层的对象），然后对其施加某种非最底层的对象），然后对其施加某种操作。拾取一个基本的对象可以通过以操作。拾取一个基本的对象可以通过以下一些方法来实现：指定名称法、特征下一些方法来实现：指定名称法、特征点法、外接矩形法、分类法、直接法。点法、外接矩形法、分类法、直接法。8.网格网格网格化是帮助绘制整齐、精确图形网格化是帮助绘制整齐、精确图形的一种技术。网格化一般用在用户坐标的一种技术。网格化一般用在用户坐标系统中，按从用户坐标系统的窗口
17、到屏系统中，按从用户坐标系统的窗口到屏幕视口的变换映射到屏幕上去。网格一幕视口的变换映射到屏幕上去。网格一般是规则的，且覆盖整个显示区。应用般是规则的，且覆盖整个显示区。应用程序将定位器坐标舍入到最近的网格交程序将定位器坐标舍入到最近的网格交叉点上去，从而使绘制的图形规整、准叉点上去，从而使绘制的图形规整、准确。确。9.吸附吸附(引力域引力域)有时要从已有的某线段上有时要从已有的某线段上的点或它的顶点开始绘制另一条线段或的点或它的顶点开始绘制另一条线段或其他图形，直接使用定位设备来定位很其他图形，直接使用定位设备来定位很难保证其重合性。吸附技术则可克服上难保证其重合性。吸附技术则可克服上述困难
18、。述困难。10. 徒手画(草拟)技术草拟技术用以实现用户任意画图的要求。11.11.形变形变在在交交互互式式绘绘图图中中，往往往往还还需需要要使使图图形形发发生生形形变。变。3.2.2三维交互技术三维交互技术难点：难点：用用户户难难以以区区分分屏屏幕幕上上光光标标选选择择到到对对象象的的深深度度值值和和其其他他显示对象的深度值。显示对象的深度值。键键盘盘、鼠鼠标标、数数字字化化仪仪等等交交互互设设备备均均为为二二维维的的，不不能能适应三维交互工作的需要。适应三维交互工作的需要。3.2.3三维图形输入三维图形输入计算机图形设备发展的重要方向是输入设备的功能从二维发展为三维。直接依赖于三维物体输入
19、设备的三维图形输入有以下几类： 3D物体直接转变为2D图象：一种方法是使用3D扫描仪能直接扫描物体获取二维图象；另一种是使用数字照相机。 将3D物体手动转化为3D模型：这类输入方式是通过手动的方法将3D物体的表面结构线框输入到计算机，形成计算机内的3D线框图模型，直接用于真实感显示。 将3D物体自动转化为3D模型：使用3D自动数字化仪自动地将3D物体的表面形状以及色彩的信息输入到计算机中。 习题习题1 1、名词解释：。、名词解释：。2 2、设计一个好的用户接口要涉及到哪些因素、设计一个好的用户接口要涉及到哪些因素? ?3 3、逻辑输入设备分类？输入模式分类？、逻辑输入设备分类？输入模式分类？4 4、哪些交互技术？、哪些交互技术？
