接口与交互技术

交互的作用
用户动态输入位置坐标、选择功能、拾 取操作对象、设置参数等； 拉近计算机和人的距离，提高工作效率， 介绍错误。
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。
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。 最重要的就是高效率和对用户的友好性
用户接口的形式
产品模型数据转换标准STEP
为了克服IGES的缺陷，扩大CAD/CAM 中几何和拓扑数据的范围而开发的； 1.STEP的产品模型数据 包括进行设计、分析、制造、测试，检验 几何、拓扑、公差、关系、属性、性能 等数据； 2. STEP的概念模型
产品模型数据转换标准STEP
采用形状特征信息模型，强调产品模型的 完整表示，模型信息分为应用层、逻辑 层和物理层;； 概念模式包括形状模型、显示和绘图、 形状特征和公差等； 3. STEP中的特征定义 显式特征和隐式特征；
输入一串字符
选择设备(Choice)
拾取设备(Pick)
选择某个菜单项
选择显示着的图形的组 成部分
设备的评价可以从三个层次上来看：
⒈设备层
⒉任务层
⒊对话层
具体如下 ⒈ 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 绝对坐标设备和相对坐标设备 连续设备和离散设备
CGI （计算机图形接口)
输入和应答功能集 : 输入象素阵列，并将输出结果应答在CGI虚拟 设备上； 光栅功能集 : 产生、检索、修改和显示象素数据的功能；
CGM（计算机图形元文件)
-- 与设备无关的语义、词法定义的图形文件格式,包 括功能规格说明和编码； -- 规定了生成、存储、传送图形信息的格式。
GL(图形程序包)
图形程序库， UNIX下运行， OpenGL—微机， 分类：基本图素；坐标变换；设置属性 和显示方式；I/O 处理；真实图形显示。
GL(图形程序包)
功能分类： 1.基本图素：如点、线、多边形、三角形、 三角网格、矩形、圆和圆弧、字符、曲 线、曲面、读写象素等； 2.坐标转换； 3.属性和显示方式设置； 4.输入输出； 5.真实图形显示；
计算机图形参考标准CGRM
五个层次定义计算机图形； 1.CGRM的外部关系 操作员接口、应用接口、获取数据元文件 接口； 2.环境模型 构造、虚拟、观察、逻辑、物理等五个环 境组成的抽象层；
计算机图形参考标准CGRM
3．CGRM的数据元素 六种数据元素： 构图： 集合存储器： 标志存储器： 聚集存储器： 环境状态： 处理元素：
GKSM（图形核心系统元文件标准）
-- GKSM生成：GKSM定义了一个明文编码 方案，是可以被大多数系统和设备应用的与 系统无关的元文件。它提供了可向上兼容的 文件格式，其结构是一个逻辑数据项目的序 列。 --一个GKSM的生成是在GKS运行中，通过一 个GKSM输出工作站的“打开”—“启 用”— “停用”—“关闭”整个过程后实现的。
PHIGS（ISO IS9592）
-- 向应用程序员提供的控制图形设备的图形系统接口；
-- 图形数据按层次结构组织；
-- 提供动态修改和绘制显示图形数据的手段。是一个 高度动态化和交互式图形系统。
PHIGS（ISO IS9592）
--特点：高效，快速；
--PHIGS结构：通过层次调用发生关系，结构元素不 能在结构之外存在，每个结构有一个给定的标示名；
面向应用软件的标准：
程序员层次交互式图形系统（PHIGS）,GL (图形 程序包) （三维）图形核心系统（3D-)GKS
面向图形应用系统中工程和产品数据模型及其 文件格式：
基本图形转换规范（IGES） 产品数据转换规范（STEP）
CGI（计算机图形接口)
-- 提供控制图形硬件的一种与设备无关的方法。 -- 也可看作图形设备驱动程序的一种标准。 -- 在用户程序和虚拟设备之间，以一种独立于 设备的方式提供图形信息的描述和通信。
窗口系统
流行的图形用户接口 1）OpenLook 在X窗口系统的基础上建立的GUI环境； 2）Motif 基于X窗口，由工具箱、用户界面语言、 窗口管理系统、风格指南文档等； 3)OpenGL
交互式技术与用户接口
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？
2）专用语言 解释型和编译型等两种；
用户接口的形式
1）解释型 首先检查关键字，其次拼参数，最后调用处理程序产生 数据或图形； 2）编译型 词法分析： 识别关键字、标识符、常数、界符等； 语法分析： 判断语法的正确性； 数据生成： 产生相应的数据或图形；
用户接口的形式
3）交互命令 基于模型，实现用户所需要的输入、选择、 拾取、编辑等操作；
(1)利用定位设备
冲突问题：
P B E A
C
D
图3-4 拾取的不确定情况
解决方法： • 在图形对象生成时就对每一个对象确定其拾取
IGES基本单元 几何实体：如点、线、B样条曲线、曲面等； 描述实体：尺寸标注、绘图说明等； 结构实体：组合项、图组、特性等；
IGES（基本图形转换规范）
文件结构 原则： 是IGES的定义可改变复杂结构及其关系； 是IGES文件格式便于各CAD/CAM系统处理； 文件格式： ASCII码，80个字符的顺序文件； 实体信息存在目录入口（ DE ）和参数（ PD ） 中； 数据原始信息和文件本身信息存在整体节和 结束节中； 定义信息存在开始节；
GKSM （图形核心系统元文件标准）
--GKSM功能：在GKS中，用图段来存储 GKS运行过程中的信息。在GKS关闭后， 图段不存在，信息自动丢失。为了解决 此问题，我们采用GKS元文件GKSM— —保存信息的一种机制。 -- GKS的实现系统在实现其接口的功能时， 必须依赖于元文件的内容和格式。
CGI （计算机图形接口)
包括控制功能集、图形对象输出功能集、图段 功能集、输入和应答功能集、光栅功能集等. 控制功能集 : 虚拟设备管理、虚拟设备坐标系 和设备坐标系的坐标空间转换、出错控制、系 统控制、询问功能等； 输出功能集 :涉及图元、属性、对象构成及控 制和询问； 图段功能集 :图形对象组合、统
特点 :定义简洁，界面清晰，目标明确， 实现紧凑，功能齐全，使用方便; 几种常用的窗口系统 1） Smalltalk 集编程、调试、运行和输出为一体的环境； 2） Macintosh 操作系统基于窗口和图标，具有工具库， 图符化；
窗口系统
3） NeWS 基于 UNIX，支持网络，具有与设备无关的图形系 统，特殊的成象模型和页面描述语言； 4） X窗口系统 X11的特点； 基本概念； 5） Windows 特点； 窗口组成； 建立Windows应用程序的步骤；
1．4)编辑操作的实现
1） 三表结构 在用户数据表、显示数据表、用户/显示数据对照表中实现； 用户数据表存放用户坐标系下的数据； 显示数据表存放设备坐标系下的数据； 由于用户/显示数据对照表的存在，实现了间接的一对多的映象关 系； 从用户坐标系到设备坐标系的编辑通过标识符进行的，且整体操 作； 从设备坐标系到用户坐标系，对屏幕显示的图形，通过拾取实现 局部的编辑操作； 2） 单表结构 没有显示数据表和用户/显示数据对照表，直接对用户数据表进行 的编辑操作； 基于显示数据，利用用户坐标系和设备坐标系之间的转换和逆转 换实现的；
逻辑输入设备与输入处理
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 名称
图形输入设备的逻辑分类 基本功能
指定一个点的坐标位置 (x,y)
定位设备(Locator) 笔划设备(Stroke)
指定一系列点的坐标
定值设备(Valuator) 输入一个整数或实数 字符串设备(String)
子程序库、专用语言、交互命令 1）子程序库 用某种高级语言来扩展一系列的过程 （函数），实现有关的图形设计和处理； 常用的子程序库包括： GKS，GKS3D，PHIGS，GL，OPENGL 等；
功能包括：
用户接口的形式
1）基本图素 如点、线、矩形、多边形、圆、字符、曲线、曲面等； 2）坐标转换 平移、旋转、比例、对称、视图和投影变换、裁剪等； 3）图形属性和显示方式的设定 线形、线宽、颜色等； 4）输入输出 输入输出设备的驱动等； 5）真实图形的处理 线、面的消隐，光照模型，等； 6）用户界面设计 菜单、对话框、命令行、出错信息等；
1）用户模型
用户模型（User Mode）是用户接口设计的基 础，它提供给用户有关他所处理的对象以及作 用于这些对象的处理过程的一个概念性模型。 用户接口模型对于用户，模型要尽量接近现实， 对开发者，模型要具有严格的形式化描述；
2)交互命令执行过程
接受用户命令，检验是否有误，调用相应模块，输出结果； 1．3)编辑操作 增操作： 设定位点、选择输出结果、输入参数等； 删操作： 拾取和确认删除对象、删除对象、修改对象等； 改操作： 拾取和确认修改对象、输入参数、输出结果等；
--结构编辑： 打开、关闭、查询、复制、执行、删除 元素和结构等结构编辑命令；
PHIGS（ISO IS9592）
-- GKS-3D和PHIGS的比较 其差别表现在： 数据结构，可修改性，属性存储，输出流水线等 五种坐标系： 造型坐标系，用户坐标系，观察坐标系，投影坐标 系，设备坐标系； -- PHIGS+ 包含了PHIGS的功能，增加了曲线、曲面、光源与光 线、真实图形等功能；
DXF数据接口
DXF是AutoCAD系统的图形数据文件 ； DXF是具有专门格式的ASCII码文本文 件，易于被其他程序处理，主要用于高 级语言编写的程序与AutoCAD系统间的 连接，或其他CAD系统与AutoCAD系统 间交换图形文件。