第15讲 人机交互绘图技术汇总

• 可靠性是用户对系统最基本的要求。
• 它要求系统在一切正常时对用户输入应作出一个适当的响 应。一旦系统的某些部分发生错误，系统能尽最大的可能 支持连续的和一致的用户响应。
• 当用户执行不符合系统的操作或提出不正确的要求时，系 统必须继续执行下去并与用户进行通讯。
• 因而，系统具有容错性。
• 系统内部各个部分应以相同的风格与用户通讯，用户 界面要体现出与用户交互的一个统一的观点。
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)
➢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。
用于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
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
笔型字符识别器
➢ 包括各种定位设备、编程功能键、字符串输入设备等
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:
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。
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
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。
触摸板
键盘
用于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、轨迹球和图形输入板等。
轨迹球
用于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）
输入设备工作，程序等待接收数据 请求满足
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
➢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
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：
➢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
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
手
写
平
板
电
指点杆
脑
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
面上移动时，就产生一组坐标值。
手写板
定值输入用于设置物体旋转角度、缩放比例因子等。它
➢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
1. 定位 2. 笔画 3. 定值 4. 选择 5. 拾取 6. 字符串
• 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
• 用户程序和图形系统任一方的修改和提高均能使应用系统 得到修改。
人机交互与 人机界面
基本图形输入 设备
基本交互任务
人机交互输入 模式
常见的辅助交 互技术
定位设备 笔画设备 定制设备 选择设备 拾取设备 字符串设备
定位 笔画 定值 选择 拾取 字符串
请求模式 样本模式 事件模式
几何约束 拖拽
三维输入 新的交互技术
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
几何约束 拖拽 三维输入
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。
• 注意引力场区域大小的选择要适当。
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。
光标选择图元
拖动图元
拖拽图元到新的位置
• I（Icon，图标）
• 它形象化地标示一个对象或功能。
• M（Menu，菜单）
• 提供选项功能，避免命令记忆之苦。
• P（Po直接操作。
• 交互技术设计原则
• 实用性 • 可靠性 • 一致性 • 简单性 • 开放性
交互式图形系统主要是给设计人员提供一个良好的 图形支撑环境，它负责对设计过程中大量的图形进 行显示、修改和绘制处理等。
• 功能性
• 广泛收集各类用户对图形处理方面的需求。
• 研究、总结、提练其中共性的需求，提供图 形的定义、描述、输入、修改、操作、输出、 管理等各方面的功能。
• 易使用性
• 界面必须相当灵活，以适应各类用户。满足 初学者至专家各种层次的用户要求。
• 要求界面必须与人的理解、记忆、通讯和解 决问题的方式相容，使系统易于学习，便于 理解。
• 人们通常仅能同时记住5~7个事件，因而界面应对大量的 细节进行抽象处理，对用户隐藏尽可能多的信息。
• 在需要时可给有经验的用户提供了解和操作某些细节的能 力
• 在交互方式时，所要求的用户输入和系统的输出应尽量简 单，以减少用户短暂记忆的负担。
• 人的认识是不断发展的，设计的系统也需要不断发展。因 此，在进行系统设计时就要考虑到今后的发展，留下足够 的扩展余地，不断扩展功能。
1. 定位设备（Locator） 2. 笔画设备（Stroke） 3. 定值设备（Valuator） 4. 选择设备（Choice） 5. 拾取设备（Pick） 6. 字符串设备（String）
用于指定用户空间的一个位置（如指定一个圆的圆心等） 输入方式包括直接或间接在屏幕上输入,设置数值坐标等
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
旋钮
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
用于为应用程序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
触摸屏
程序工作
输入设备工作
数据采样
数据缓冲区
数据产生
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。
• 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
人机交互技术通常是以WIMP为特征的图形用户界面 • W（Window，窗口）
• 用户可以随意在屏幕上创建、移动和缩放窗口，在不同的 窗口中可以执行不同的任务。
第15讲 交互技术
• 图形化人机交互系统以其外型美观、使用方便等 特点越来越受到人们的青睐。
• Windows系统是一个典型的例子，它把桌面排版、 网络应用、图像处理、绘图、音乐处理和多媒体 技术集为一体，成为集成化的系统软件。
• 交互式系统设计的技术是人机交互技术或人机接 口技术HCI（Human Computer Interaction），它不 仅反映了计算机技术从初始到高级的发展过程， 也体现了计算机图形学在计算机软、硬件发展过 程中的推动作用和发展历程。
• 如何吸取用户的知识和经验是涉及系统生命力的重大问题。
• 众口难调，苛求一个通用交互式图形系统去迎合个别用户 的全部需求是不现实的。