最新计算机图形学第6章人机交互绘图技术
计算机图形学第6章-人机交互绘图技术
人机交互绘图技术提高了图形绘制的 效率和精度，降低了图形设计的难度 和成本，促进了计算机图形学及相关 领域的发展。
相关术语解析
人机交互
指人与计算机之间的信息交换和通信 过程，涉及输入、输出设备以及相应 的软件和技术。
图形用户界面（GUI）
一种基于图形的用户界面，通过窗口、 图标、菜单、指针等图形元素来实现 用户与计算机的交互。
语音交互技术
利用自然语言处理技术，使用户能够通过语音命令进行图形操作，提高交互的自然性和便捷性。
手势识别技术
通过计算机视觉技术识别用户手势，实现手势控制图形操作，提供更加直观自然的交互方式。
智能化、个性化发展趋势
智能化绘图技术
利用机器学习和深度学习技术，使计算机能够自动理解用户需求， 提供智能化的绘图建议和帮助。
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智能手表
通过手表上的触控屏幕和语音识 别技术，实现对手机的远程控制 和信息查看。
语音识别与手势识别
语音识别
通过麦克风接收用户语音输入，经过语音识别算法处理，将语音转换为计算机 可识别的文本或命令。
手势识别
通过摄像头捕捉用户手部动作和手势，经过图像处理和计算机视觉算法处理， 识别出用户的手势意图并转换为相应的计算机操作。
消隐处理
消除被遮挡的线和面，确保绘制的三维图形 具有真实感。
投影变换
采用正交投影或透视投影，将三维模型从世 界坐标系投影到二维屏幕坐标系。
光照和材质处理
模拟光线照射在物体表面的效果，增强三维 图形的立体感和真实感。
05
人机交互绘图技术
应用案例
CAD/CAM系统中的应用
机械设计
CAD系统允许设计师通过交互式绘图工具进行复杂机械零件的设计，如齿轮、轴承等，实现高精度、高效率的设计流 程。
人机交互课件
医疗健康
人机交互在医疗健康领域也有 重要作用，如远程医疗、智能 医疗设备等。
教育培训
人机交互在教育培训领域的应 用也越来越广泛，如在线教育
平台、虚拟现实教育等。
02 人机交02
03
简洁明了
界面设计应简洁、清晰， 避免过多的视觉元素和干 扰信息。
一致性
界面风格、色彩、字体等 应保持一致，以增强用户 对界面的认知和理解。
人机交互课件
目录
CONTENTS
• 人机交互概述 • 人机交互基础知识 • 人机交互技术实现 • 人机交互应用案例分析 • 人机交互未来发展趋势预测
01 人机交互概述
人机交互定义
定义
人机交互（Human-Computer Interaction，简称HCI）是一门研究 人与计算机之间交互方式的科学。
案例二：海尔U+智慧家庭
海尔U+智慧家庭还具有场景定制功能，可以根据用户 的习惯和需求定制不同的场景模式。
自动驾驶汽车案例
案例一：特斯拉自动驾驶汽车
特斯拉自动驾驶汽车是一款具有高度自主驾驶能力的汽车 ，它可以通过传感器和计算机视觉技术实现自动驾驶。
特斯拉自动驾驶汽车还具有语音控制功能，用户可以通过 语音控制汽车的各项功能。
详细描述
随着人工智能技术的不断发展，不同技术之间的融合越来越普遍，例如自然语言处理与机器学习的融合，计算机 视觉与深度学习的融合等。这种融合不仅可以提高单一技术的性能，还可以开发出更加复杂、高效的应用，如智 能客服、智能家居等。
虚拟现实技术普及应用
总结词
虚拟现实技术普及应用是指虚拟现实技术在各个领域得到广泛应用，成为人们日 常生活和工作的一部分。
语义理解
研究生计算机图形学_第6章
V
V E V
E： {V}
E E E
E
E： {E} F
E
F
E： {F}
E
V F V
F： {E} F F F F F： {F}
V
图 6.1.5 点、边、面间的连接方式
第6章 几 何造型 3. 欧拉公式
在几何造型过程中，为了保证每一步所产生的形体拓扑关
系都是正确的，需要用欧拉公式进行检验。对于正则形体，其 点(V)、边(E)和面(F)的个数应满足欧拉公式：
第6章 几 何造型
图 6.1.1 圆柱体的线框模型
第6章 几 何造型
Z V1 E1 V2 F5 E1 0 E5 F2 V6 X F3 E4 F1 E2 E9 V5 O E6 V7 E8 E3 V3 E1 1 F6 F4 E7 E1 2 V8 Y V4
图 6.1.2 立方体的线框模型
第6章 几 何造型
V-E+F=2
(6 - 1)
式(6 - 1)只适用于简单的多面体及拓扑同构体， 当多面体 上有通孔及面上有内环时，上述关系不成立。如果将三维空间 中的一个多面体分割成S个多面体，则其顶点、边、面和体的欧 拉公式将变为
V-E+F-S=1
第6章 几 何造型 在几何造型中， 需采用修改后的欧拉公式： V-E+F-R+2H-2S=0 (6-2)
编号如图 6.1.9(b)所示。依次检测八个分体，实体完全不占据的
分体为白结点，实体完全占据的分体为黑结点，实体部分占据 的分体为灰结点。对灰结点再作八等份分割，继续检测与再分 割， 直到达到精度要求的最小单位为止， 如图 6.1.9(c)所示。
第6章 几 何造型
5 1 3 Z O (a) Y X (b) 2 4
《人机交互技术》课程实验指导书
《人机交互技术》课程实验指导书山东大学计算机科学技术学院软件学院《人机交互技术》课程实验教学大纲课程名称：人机交互技术英文名称：Human-computer Interaction Technology课程编号：课程负责人：王璐大纲主撰人：王璐课程总学时：32 实验学时： 16课程总学分：3适用专业及年级: 计算机科学与技术/软件工程系/数字媒体，三年级本科生一．实验教学的目的通过《人机交互技术》实验课程的实践，使学生了解《人机交互技术》与计算机图形、程序设计、认知心理学以及计算机硬件的发展等领域密切相关，并加深学生对人机交互知识的理解，增强学生的实际运用能力和开发高可用性的交互界面的能力。
二．实验教学的任务通过案例学习，让学生了解不同的人机交互模型设计类型，以及成功与失败案例所带来的启示。
通过原型设计使学生了解原型的作用，并了解用户需求对设计一个良好人机交互界面的重要性。
通过原型和界面评估，使学生掌握针对交互系统的评估方法。
三．具体实验题目名称和学时分配、适用专业及实验性质（设计性、综合性、验证性）一个具有语音提示功能的界面，要求设计交互模型，根据实际应用情况来确定是否要用语音。
技术/软件工程SpeechSDK，在公共PC机房，要求配有语音卡、耳麦、扬声器等多媒体设备2 人机交互系统的评估4计算机科学技术/软件工程/数字媒体综合性选开提交所评估的系统评估报告3 （1）基于三维运动捕捉设备的人体骨架信息的获得与处理（2）基于三维运动捕捉设备采集三维运动数据4 数字媒体演示性必开数字媒体专业实验室4 基于Web3D的虚拟漫游交互学习系统：利用Web3D构建一个如图所示的虚拟场景，结合某个主题创建一个知识学习体系，丰富场景中多媒体展示形式，支持多用户漫6计算机科学技术/软件工程/数字媒体综合性必开在普通PC机房进行，要求环游和虚拟环境中的人人交互、人物交互等。
境，建模工具Maya，游戏引擎Web3D，游戏开发环境AptanaStudio5 设计人机交互课程PC端及移动设备上的自定制网页界面。
人机交互
1.1什么是人机交互（HCI）是指关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，并围绕相关的主要现象进行研究的学科。
狭义地讲，人机交互技术主要是研究人与计算机之间的信息交换。
人到计算机的信息交换是用手、脚、声音、姿势或身体的动作、视线甚至脑电波等像计算机传递信息，计算机到人的信息交换是用输出或显示设备向人们提供可理解的信息。
1.2人机交互的研究内容1.人机交互界面表示模型与设计方法2.可用性分析与评估3.多通道交互技术4.认知与只能用户界面5.群件6.Web设计7.移动界面设计1.3人机交互的发展历史1.命令行界面交互阶段2.图形用户界面交互阶段 *3.自然和谐的人机交互阶段2.1人的感知：1.视觉 2.听觉 3.触觉2.2影响认知的因素：1）情感（积极的情感会使人的思想更有创造性、解决复杂问题的能力更强，而消极的情感使人的思考更加片面，还会影响其他方面的感知和认知能力）2）人的个性差异2.3对概念模型的认知：1.思维模型 2.信息处理模型3.外部认知模型3.1输入设备1.文本输入设备（键盘、手写输入设备）2.图像输入设备（二维扫描仪、数码摄像头）3.三维信息输入设备（三维扫描仪、动作捕捉器）4.指点输入设备（鼠标、光笔、控件杆、触摸板、触摸屏）3.2输出设备：显示器、打印机、语音交互设备*3.3显示器的工作原理：显示器是计算机的重要输出设备，是人机对话的重要工具。
它的主要功能是接受主机发出的信息，经过一系列的变换，最后以光的形式将文字和图形显示出来。
3.4显示器的类型阴极射线管显示器、液晶显示器、等离子显示器阴极射线管显示器原理：主要由阴极、电平控制器、聚焦系统、加速系统、偏转系统和阳极荧光粉涂层（前四个组成电子枪）组成。
CRT显示终端的工作原理就是将显像管内部的电子枪阴极发出的电子束，经强度控制、聚焦和加速后变成细小的电子流，再经过偏转线圈的作用向正确的目标偏离，穿越荫罩的小孔或栅栏，轰击到荧光屏上的荧光粉发出光。
人机交互技术课件(完整版)
人机交互技术课件第一部分：引言人机交互技术，顾名思义，就是指人与计算机之间的交互方式。
这种交互方式包括我们日常生活中使用的计算机、手机、平板电脑等各种设备。
随着科技的发展，人机交互技术也在不断地进步，使得我们与计算机之间的交互变得更加自然、便捷。
人机交互技术的发展历程人机交互技术的发展历程可以追溯到20世纪60年代。
当时，计算机主要用于科学计算，用户通过键盘输入数据和命令，计算机输出结果。
这种交互方式被称为命令行界面（CLI）。
随着计算机技术的不断发展，图形用户界面（GUI）逐渐取代了CLI，使得用户可以通过鼠标和键盘与计算机进行交互。
随后，触摸屏、语音识别、手势识别等技术不断涌现，使得人机交互变得更加多样化和自然。
人机交互技术的应用领域人机交互技术已经广泛应用于各个领域，如智能家居、虚拟现实、智能交通、医疗健康等。
在智能家居领域，用户可以通过语音控制家中的电器设备，如灯光、空调、电视等。
在虚拟现实领域，用户可以通过头戴设备与虚拟世界进行交互，体验更加真实的虚拟现实体验。
在智能交通领域，人机交互技术可以用于自动驾驶汽车的导航和驾驶控制。
在医疗健康领域，人机交互技术可以用于医疗设备的操作和监控。
人机交互技术的未来展望人机交互技术是计算机科学中一个重要的研究领域，它的发展和应用已经深刻地改变了我们的生活方式。
随着科技的不断进步，人机交互技术将继续发展，为我们的生活带来更多的便利和乐趣。
人机交互技术的发展趋势1. 自然语言处理：自然语言处理（NLP）技术的发展将使得计算机能够更好地理解和处理人类语言。
这将使得用户与计算机之间的交互更加自然和流畅，用户可以通过语音与计算机进行交流，无需使用键盘和鼠标。
2. 机器学习：机器学习技术的发展将使得计算机能够更好地学习和适应用户的需求。
通过分析用户的行为和偏好，计算机可以提供更加个性化的服务和推荐。
3. 增强现实和虚拟现实：增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术的发展将使得用户能够与虚拟世界进行更加沉浸式的交互。
第6章 机器人视觉PPT课件
第六章 机器人视觉
概念一
•
“机器人视觉(computer vision)”这个学
科所研究的问题领域十分广阔，不仅包括通用技
术，而且也包括为数众多的专用技术——如字符
识别、相片解释、脸谱识别、指纹识别和机器人
控制等等。
• 机器人视觉的困难主要来源于难以控制的照明、 影像和复杂而难以描述的物体，如那些室外场景 中的物体、非刚性物体或啮合其他物体的物体。 其中有些困难在人造环境中（如建筑物的室内景 观）可得以减轻，而且在这种环境中研究计算机 视觉往往更成功。
有很多把场景特性与线条画的元素相结合的策略。这 样的结合称为“解释(interpreting)”线条画。
一种解释线条画的策略
在这种策略中，已知场景仅包含平面，从而使相交于一 点的平面不超过三个(这种平面组合体称为“三面体顶点多 面体(trihedral vertex polyhedral)”)。
典型例子：它是一个由边界墙、地板、 天花板和一地板上的正方体组成的室 内场景。在这样的场景中，由两个相 交平面组成的场景的边缘只有三种。 一种边缘的两个相交平面的其中一个 遮住了另一个(即在场景中只能看见 其中的一个平面)，这种边缘称为 “occlude”。箭头沿边缘的指向使 得遮住另一个平面的平面位于箭头的 右边。另两种边缘的两个相交平面在 场景中均可见。其中形成的凸边称为 “刀刃(blade)”，图中的标记为加 号(十)；形成的凹边称为“折痕 (fold)”，图中的标记为减号(—)。
1)一个区域由类似的成分组成。常用的同质特性 (homogeneity property)如下：
(a)在这个区域中，像素的亮度值之间的差别不超过某 个ε。
(b)k次多项式(k的值比较低且事先指定)的表面可与此 区域内像素的亮度值以小于ε的最大误差(即表面与区域亮 度值之间的误差)拟合。
什么是计算机人机交互请解释几种常见的人机交互技术
什么是计算机人机交互请解释几种常见的人机交互技术计算机人机交互（Human-Computer Interaction，缩写为HCI）是指通过计算机科学、心理学和设计原则等学科的综合应用，改善和优化人与计算机之间的交互方式和体验的研究领域。
其主要目标是使计算机系统能够更好地适应人类的认知、行为和需求，以提供更好的用户体验和效果。
人机交互技术是实现计算机人机交互的具体手段和方法，下面我们将介绍几种常见的人机交互技术。
1. 图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）图形用户界面是一种使用图形元素（如窗口、按钮、菜单等）来呈现计算机应用程序的用户界面。
它使用户能够通过点击、拖拽等直观的方式与计算机进行交互。
GUI已成为当前计算机系统中的主流用户界面技术，用户可以通过操作可视化的图形元素来完成各种任务。
2. 触摸界面技术（Touch Interface）触摸界面技术是利用触摸屏设备和手指触摸等方式来实现人机交互。
触摸界面技术的应用广泛，如智能手机、平板电脑、触摸屏计算机等设备都广泛采用该技术，用户可以通过触摸、滑动和捏合等手势来控制计算机系统。
3. 语音交互技术（Voice Interface）语音交互技术是利用语音识别与合成技术来实现人机交互。
用户可以通过语音指令来控制计算机系统，例如语音助手、语音搜索和语音识别输入等。
语音交互技术在智能家居、智能音箱、汽车导航等领域得到广泛应用。
4. 虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）虚拟现实技术是一种通过计算机生成的模拟环境，用户可以通过佩戴虚拟现实头盔和手柄等设备来与虚拟环境进行交互。
虚拟现实技术可以为用户提供身临其境的感觉，被广泛应用于游戏、培训、设计等领域。
5. 手势识别技术（Gesture Recognition）手势识别技术是利用摄像头或传感器等设备来识别和解释人的手势动作，从而实现人机交互。
用户通过手势动作来操作计算机系统，例如在无触摸屏设备上进行画图、控制音乐播放等。
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对话框和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. 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或编辑的部分。 拾取一个对象的方法有：
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 于印刷线路移光板动标或大规模集成按钮下开电按关 路的设计。
37度
方向约束示例
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的引力场后，被吸引到这条直线 上去一样。
手
写
平
板
电
指点杆
脑
2. 笔画
笔画输入用于输入一组坐标点，相当于多次调用定位输 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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
面上移动时，就产生一组坐标值。
手写板
3. 定值
输入设备工作，程序等待接收数据 请求满足
2. 样本模式
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
➢ 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
1. 定位 2. 笔画 3. 定值 4. 选择 5. 拾取 6. 字符串
1. 定位
• 定位是确定平面一点(x, y)或空间一点(x, y, z)的坐标。
直接定位是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
事件 事件队列
检查事件调用过 程模块
应用程序
...
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
常见辅助交互技术
几何约束 拖拽 三维输入
1. 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。
缺点
➢可能会失掉某些输入信息
程序工作
输入设备工作
数据采样
数据缓冲区
数据产生
3. 事件模式
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。
计算机图形学第6章人机交互 绘图技术
人机交互的定义
• 人机交互（human 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和 动作的双向信息交换。
两种交互设备
6．字符串设备（String)
用于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:
定值的几种方法
4. 选择
选择是在某选择集中选出一个元素，它可以用于指定命 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，通过软件选择距光标
最近的图元
画图中的选项
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。
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
现在最常用的三种基本交互模式
•请求模式（request mode） •样本模式（sample mode） •事件模式（event 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。
➢指定名称法:通过指定欲拾取对象的名称实现. ➢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:对每一个子图预先求一个边界盒或 比边界盒大一点的拾取ε对象边的几界种盒方法。
6. 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。
1.请求模式
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)
定值输入用于设置物体旋转角度、缩放比例因子等。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。
• 注意引力场区域大小的选择要适当。
2. 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。