第9章图形用户接口与交互技术

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9.5 设计人机交互及用户界面的一般原则
用户界面的一般风格
所见即所得 直接操作 图标
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9.5 设计人机交互及用户界面的一般原则
交互式图形系统的设计原则
1. 简单易学易用 2. 设计的一致性 (良好的用户界面 随着软件技术的发展, 人机交互越来越频繁, 界面也越加显得 重要. 现在人机界面已作为一个模块来设计, 且其所占的设计比 重已大大超过了计算机系统的功能部分.) 3. 提供反馈 应尽量减少用户等待计算机响应一个命令的时间.对于一个正确 的命令应立即执行. 4. 对错误的修正 对于用户输入的错误命令及其它类型的误操作要有适当的容错处 理,不能因用户输入了错误的信息而造成系统的崩溃.
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9.1 交互输入的硬件设备
鼠标器
鼠标器按其测量位移的方式可分为三大类: 1) 光电式鼠标 2) 光机式鼠标 3) 机械式鼠标
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9.1 交互输入的硬件设备
数据手套
数据手套由一系列检测手和手指运动的传感器及天线构 成,数据手套通过传感器和天线来获得和发送手指的位置和 方向信息,并形成三维笛卡尔坐标系,如图所示. 数据手套常用作虚拟场景中的对象定位操作及对虚拟场 景进行操纵.
线段的引力场
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9.3 基本交互技术
应用程序不断地读取定位器位置,使用异或方式在每一原 位置上擦去原有对象图形,再在新位置上显示该对象图形. 实现橡皮筋技术主要有两种方法: 1. 基于异或操作的橡皮筋技术; 2. 基于缓冲区的橡皮筋技术 ;
B ′′ B ′ B
C
A
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9.3 基本交互技术
草图勾勒法 首先用定位设备确定一个起始点,移动光标由此点拉出一条 橡皮带,到合适位置按下固定此线段,然后移动光标由前一 线段的终点拉出下一条橡皮带,如此一直进行下去,直到回 到起始点为止,这样形成由直线段近似表示的草图. 图形拖曳(拖动)法 拖曳技术以取样定位输入为基础,应用程序不断地读取定位 器位置,在每一原位置上擦去原有对象图形,再在新位置上 显示该对象图形,从而使对象的图形被操作员在屏幕上拖曳 到适当位置. 这里,显示和擦除图形的操作与橡皮筋一样使用异或方式, 以便不影响其它图形.
第九章图形用户接口与交互技术
9.1 交互输入的硬件设备
键盘
图形学系统中的键盘中有ASCII编码键,命令控制键和功能 键,用以实现图形操作的某一特定功能.另外,某些键盘上 还包含了其它类型的光标定位设备,如跟踪球和操纵杆. 常见的标准键盘如所示.
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9.1 交互输入的硬件设备
光笔
光笔是一种检测光的装置,它直接在屏幕上操作, 拾取位置. 光笔的这种结构和工作过程如图所示.
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9.1 交互输入的硬件设备
数字化仪
几种常见 的数字化仪: 的数字化仪:
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9.1 交互输入的硬件设备
操纵杆
操纵杆是由一个手柄通过一个球形轴承半固定在底座上, 在手柄运动时带动一对电位器或电脉冲产生器,产生位置信 号,控制屏幕上的光标的坐标,如图所示.
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9.1 交互输入的硬件设备
跟踪球和空间球
跟踪球和空间球是根据球在不同方向受到的推或拉的压 力来实现定位的, 从而控制屏幕上的光标的坐标, 如图所示.
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9.2 交互设备的逻辑功能
数据手套
数据手套由一系列检测手和手指运动的传感器及天线构 成,数据手套通过传感器和天线来获得和发送手指的位置和 方向信息,并形成三维笛卡尔坐标系. 数据手套常用作虚拟场景中的对象定位操作及对虚拟场 景进行操纵.
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9.2 交互设备的逻辑功能
一个交互式图形系统应由硬件, 软件和用户三部分组成.
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在事件模式下,输入设备启动数据输入并交 给应用程序,程序和输入设备也是同时工作 的,但是输入设备将数据放进一个输入队列 中.所有输入数据均存储起来.当程序需要 一个新数据时,就从输入队列中取.
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在采样模式和事件模式下,任意多的设备可 同时工作,某些处于采样模式下而另一些处 于事件模式下.但是在请求模式下,在一个 时间片内只能有一个设备用来提供输入.
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相关函数解释
void glSelectBuffer(GLsizei size, GLuint *buffer); 指定用于返回选择数据的数组.参数buffer是指向无符号整数 (unsigned integer)数组的指针,数据就存在这个数组中,size 参数说明数组中最多能够保存的值的个数.要在进入选择模式 之前调用glSelectBuffer()! GLint glRenderMode(GLenum mode); 控制应用程序是否进入绚染(rendering),选择或反馈模式. mode参数可以是GL_RENDER(默认),GL_SELECT或 GL_FEEDBACK之一.应用程序将保持处于给定模式,直到再 次以不同的参数调用glRenderMode().在进入选择模式之前必 须调用glSelectBuffer()指定选择数组.类似的,进入反馈模式 之前要调用glFeedbackBuffer()指定反馈数组.如果当前模式 是GL_SELECT或GL_FEEDBACK之一,那么glRenderMode() 的返回值有意义.返回值是当前退出当前模式时,选择命中数 或放在反馈数组中的值的个数.负值意味着选择或反馈数组溢 出(overflowed).你可以用GL_RENDER_MODE调用 glGetIntegerv()获取当前模式.
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9.6 OpenGL中的交互操作 中的交互操作
OpenGL能支持设计交互式应用程序.因 为绘制在屏幕上的物体通常经过多次旋转, 移动和透视变换,所以确定用户选中了三维 场景中的哪个物体会很困难.为次, OpenGL提供了一个选取机制可自动告诉你 哪个物体被绘制在窗口的提定区域里.你可 以利用这个机制来获得哪个物体在用户说明 或用光标选取的区域里.
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在请求模式中,由应用程序启动数据输入. 输入过程从提出请求延续到收到所要的数据, 该输入模式与通用程序设计语言中的一般输 入操作对应,程序和输入设备交替工作,设 备处于等待状态直到提出输入请求,然后程 序处于等待状态直到收到数据.
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在采样模式下,应用程序和输入设备各自独 立地操作.输入设备可能在程序处理其它数 据的同时工作.输入设备的新数据取代前面 的输入数据而被存储起来.当程序需要一个 新数据时,就从输入设备中把当前值取走.
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9.1 交互输入的硬件设备
触摸屏
触摸屏是利用手指等对屏幕相应位置的触摸进行定位的. 当用手指或小杆等触摸屏幕时,触点位置便以电子的,光学 的或声音的方式记录下来,如图所示. 常见的触摸屏的类型: (1) 电阻触摸屏. (2) 光学触摸屏. (3) 声学触摸屏. (4) 电容触摸屏.
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9.1 交互输入的硬件设备
数字化仪
数字化仪是一种把图形转变成计算机能接收的数字形式 的专用设备, 其基本工作原理是采用电磁感应技术. 它通常 由一块数据板和一根触笔组成.数据板中布满了金属栅格, 当触笔在数据板上移动时,其正下方的金属栅格上就会产生 相应的感应电流.根据已产生电流的金属栅格的位置,就可 以判断出触笔当前的几何位置.
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选择(selection)实际上是OpenGL的一个操作模式;反馈(feedback) 是这类模式中的另一个操作模式."选择(Selection)" 能使你程序 的用户能拾取画在屏幕上的物体."反馈(Feedback)" 能使你的程 序的用户获取将被画在屏幕上的信息和这些信息是以什么格式组 织的. 在反馈模式中,图形硬件和OpenGL完成通常的渲染计算.但 OpenGL不是用这个计算结果去在屏幕上绘制图形,而是返回(或 反馈(feeds back))这些绘制信息给你.如果你想在绘图仪而不是 屏幕上绘制图形,你就得在反馈模式绘制它们,收集绘制指令, 然后将这些指令转换为绘图仪可以理解的命令. 在选择和反馈模式中,绘制信息返回给应用程序而不是象在绚染 模式中那样送往帧缓冲.因此,当OpenGL处于选择或反馈模式时, 屏幕将被冻结-没有图形出现.
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Байду номын сангаас
9.6 OpenGL中的交互操作 中的交互操作
选择的基本步骤
1,用glSelectBuffer()指定用于返回命中记录的数组. 2,以GL_SELECT为参数调用glRenderMode()进入选择模式. 3,用glInitName()和glPushName()初始化名字栈. 4,定义用于选择的视见体.通常它与你原来用于绘制场景的视见 体不同.因此你或许会想用glPushMatrix()和glPopMatrix()来保存 和恢复当前的变换矩阵. 5,依照绘图模式步骤绘制.在此过程中,交替发布图元绘制命令 和名字栈控制命令,这样每个感兴趣的图元都会被指定适当的名 字. 6,退出选择模式并处理返回的选择数据(命中记录).
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9.2 交互设备的逻辑功能
6种基本图素:
1. 2. 3. 4. 5. 6.
线元素:折线集(Polyline); 点元素:符号集(Polymarker); 字符元素:文本(Text); 光栅元素:区域填充(Fill area); 单元阵列(Cell array); 一般图素(GDP-Generalized Drawing Primitive),一般 画线图素,如圆,曲线以及用户自定义图素.
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9.3 基本交互技术
反馈技术
回显
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9.4 交互输入的基本方式
交互式图形系统使用多种输入数据.也存在不同 的输入方式. 图形软件包中提供输入的函数可按多种输入模式 来组织,每种模式分别指明程序如何与输入设备交互. 基本的输入控制方式有三种:程序启动数据输入;程 序和输入设备同时工作;设备启动数据输入.这三种 输入模式分别称为请求模式,采样模式和事件模式.
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9.2 交互设备的逻辑功能
逻辑功能 定位设备(Locator) 笔划设备(Stroke) 定值设备(Valuator) 选择设备(Choice) 拾取设备(Pick) 字符串设备(String)
图形软件所需的信息是通过各种各样的图形输入设备获取 的.输入设备从逻辑上分成以下几类:
设备功能 输入某一点的坐标 输入一组点的坐标 输入一个整数或实数值 选择菜单项并 触发其他输入设备 选定一个图形对象 输入字符串 典型物理设备 光笔,鼠标,图形板 鼠标,图形板 键盘 键盘 光笔,鼠标,图形板 键盘
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9.3 基本交互技术
基本定位方法 使用定位设备指定一个点的位置,常作为图形 或字符串的定位基准. 方向约束及网络约束定位方法 常用的方向定位约束是水平或垂直约束,正斜 线约束,网格约束等. 引力场定位方法 把靠近一直线的任意输入点转换为直线上的 点. 橡皮筋技术 当光标移动时,从起始位置拉伸出一条直线或 其他基本图元,在适当位置才把直线或其他基 本图元固定下来.
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9.2 交互设备的逻辑功能
1.
交互过程中常见的任务可归纳成六种类型: 交互过程中常见的任务可归纳成六种类型:
定位
定位任务是用来给应用程序指定位置坐标,如 (x,y)或(x,y,z). 定位分为两种情况,一种是把屏幕上的光标移到要确定的点; 第二种就是用键盘键入一个点的坐标.
2.
选择
选择任务是要从一个选择集中挑选一个元素,常用的有命令选 择,操作数选择,属性选择和对象选择等. 选择集一般分为固定集和可变集两种.命令,属性及对象类型 等选择集一般是固定的,而对象调用选择集通常是可变的.
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void glInitNames(void); 清空名字栈. void glPushName(GLuint name); 将name压入名字栈.压入 名字超过栈容量时将生成一个GL_STACK_OVERFLOW错误. 名字栈深度因OpenGL实现(implementations)不同而不同, 但最少要能容纳64个名字.你可以用参数 GL_NAME_STACK_DEPTH调用glGetIntegerv()以获取名字 栈深度. void glPopName(void); 弹出名字栈栈顶的那一个名字.从空 栈中弹出名字引发GL_STACK_UNDERFLOW错误. void glLoadName(GLuint name); 用name取代名字栈栈顶的 那个名字.如果栈是空的,刚调用过glInitName()后就是这样, glLoadName()生成一个GL_INVALID_OPRATION错.为避 免这种情况,如果栈初始时是空的,那么在调用 glLoadName()之前至少调用一次glPushName()以在名字栈 中放上点东西.
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9.2 交互设备的逻辑功能
3. 4.
5.
6.
输入文本 输入文本任务即输入一个字符串,如键入一 个插图说明,向文字处理器输入文字等. 输入数值 输入数值任务是要在最大和最小数值之间确 定一个值. 定向 定向是在指定的坐标系中确定形体的方向, 此时需要由应用程序来确定其反馈类型,自 由度和精度. 定路径 定路径任务是一系列定位和定向任务的结合, 它与时间,空间有关.