第3章-交互技術(shù)與用戶接口

1、交互技術(shù)與用戶接口,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,2,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)實現(xiàn)）,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,3,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）,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,4,定 位,定位是確定平面一點(diǎn)(x

2、, 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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,5,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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,6,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

3、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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,7,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。,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,8,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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,9,定值,定值設(shè)備為應(yīng)用程序輸入一個值.

4、 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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,10,常用的定值任務(wù)實現(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(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

5、幾種方法,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,11,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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,12,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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,13,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

6、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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,14,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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,15,拾 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,

7、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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,16,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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,17,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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和

8、應(yīng)用,2021/4/15,18,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。,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,19,三維交互設(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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,20,交互技術(shù),幾何約束 拖拽 三維輸入 新技術(shù),圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,21,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

9、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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,22,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。,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,23,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

10、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)。,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,24,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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,25,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。 “橡

11、皮筋”技術(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。,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,26,三維輸入,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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,27,在三視圖上輸入直線段上兩端點(diǎn)便確定了三維空

12、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.,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,28,用三視圖輸入三維圖形,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,29,3D MAX中的三維建模,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,30,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),圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,31,表情識別,自然語言理解,手寫識別,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15

13、,32,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)等向計算機(jī)送入數(shù)據(jù)或命令，計算機(jī)也通過輸出字符串或圖形告訴用戶計算結(jié)果和其他信息。,多媒體技術(shù),計算機(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)圖像等與計算集成在一起的技術(shù)。 多媒體技術(shù)應(yīng)用于計算機(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。,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,33,多通道交互 同一時刻用戶可以采用多個通道與計算機(jī)進(jìn)行交互，以提高人機(jī)交互的效率和自然性。 可以利用各種通道、設(shè)備和交互方

14、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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,34,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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,35,計算機(jī)支持協(xié)同工作 （ CSCW,Computer Suppo

15、rted Cooperative Work） 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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,36,拾取圖形,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)姆答仭?在NDC中實現(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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,37,點(diǎn)的拾取,設(shè)點(diǎn)P1（x1,y1）,0.0 x1,y11.0，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

16、合: (x1-x0)2+(y1-y0)2 r2 則說明對P1點(diǎn)拾取成功。,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,38,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)實現(xiàn)。,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,39,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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)

17、用,2021/4/15,40,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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,41,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 硬件實現(xiàn) 利用硬件實現(xiàn)點(diǎn)、直線等的拾取運(yùn)算,區(qū)域粗判,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,42,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

18、用,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,43,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）,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,44,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)

19、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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,45,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,圖形設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用,2021/4/15,46,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