第七章 用户接口及交互式技术

( y y2 ) x0 ( x1 x2 ) y0 ( y1 y2 ) x1 ( x1 x2 ) y1 d2 1 ( x1 x2 ) 2 ( y1 y2 ) 2
2
2、指定拾取窗口 拾取窗口是以光标位置 为中心的一个矩形窗口
A C B P
3、矩形包围
D 图3-6 拾取窗口只与线段CD相交
3、连续或离散 （1）连续定位设备将手的平滑移动变成光标的平滑移动，数字化仪、鼠标和 操纵杆等都是连续定位设备。 （2）键盘上的光标控制键则是离散定位设备。 连续定位设备比离散定位设备移动光标更自然、更容易、更快捷。
二、笔划设备（Stroke Device） 笔划设备用于输入一系列坐标位置，可以看成是对定位设备的连续调用。 许多用来定位的图形输入设备都可以作为笔划设备，如鼠标、跟踪球、 操纵杆的连续移动都可以输入一系列坐标位置。 数字化仪是一种最典型的笔划设备，选择流工作方式后并按下游标上的 输入键，数字化仪进入连续工作模式，当游标在数字化板上移动时，可以产 生一连串的坐标值。这种功能在画不规则图形时特别有用。
8、触摸板（Touch Panel）
触摸板是一种可以通过手指触摸显示的物体或屏幕位置 来实现定位和选择的设备。有些系统像等离子显示板直 接设计成具有触摸屏功能，另一些系统则通过在显示屏 上贴一个透明的有触感的设备来进行触摸输入。
9、光笔（Light Pen）
光笔是一种能检测出计算机荧光屏发出荧光的笔式装置， 它对电子束打到特定象素点时荧光涂层瞬时发射的突发 光敏感。光笔的笔尖处有一个小孔，使得荧光屏上的光 可以进入笔内，进入笔内的光脉冲经光导纤维传导、放 大，在开关控制下向计算机发出中断信号来实现对图形 的拾取或定位。
五、选择设备（Choice Device） 通常图形软件使用选择设备来选择菜单选 项、属性选项和用于构图的对象形状等。 常用的选择设备有功能键、热键、定位设 备。 六、拾取设备（Pick Device） 拾取设备用于选择场景中即将进行变换、 编辑和处理的部分。 1、利用定位设备
A C B P
D 图3-5 拾取距离最近的线段(CD)
7、操作柄（Handle）技术
操作柄技术可以用来对图形对象进行缩放、旋转、错切 等几何变换。先选择要处理的图形对象，该图形对象的 周围会出现八个操作柄，移动或旋转操作柄就可以实现 相应的变换。
3. 跟踪球和空间球
空间球（Spaceball）实际并不移动。当球在不同方向 被推或拉时，张力标尺测量施加于空间球的压力，提供 空间定位和方向输入,常用作三维定位和选择操作。
跟踪球(轨迹球)实际上是 一个倒过来的机械鼠标， 工作原理也是类似的。其 球座固定不动，直接用手 拨动轨迹球来向电脑发号 施令，控制鼠标的箭头在 屏幕上移动。有的跟踪球 干脆就和键盘合成在一起。
所谓橡皮筋技术就是在起点确定后，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。 动画演示 橡皮筋技术实际上是简易动画的实现，它不断地进行：画－擦－画 的过程。即： （1）从起点到光标中心点（x，y）处画图； （2）擦除起点到光标中心点（x，y）处图形； （3）光标移动到新的位置：x=x+△x，y=y+△y （4）转第（1）步，重复这个过程，直到按下确认键为止。 橡皮筋技术除了可以用来画直线外，还可以用来画圆和矩形。
三、字符串设备（String Device） 字符串设备用来输入一串字符。最常用的字符串设备是键盘，手写体识别输 入及语音识别输入也是极有前途的字符串输入方法。 后两种方法涉及到模式识别技术。首先需要有各种字符特征的字典或通过用 户说一段话建立用户的语音字典，然后进行书写或朗读，利用模式识别提取 字符或语音的特征，再到相应的字典中找出字符来。 四、定值设备(Valuator Device) 定值设备向图形系统输入数值。这些数值有些用于设置图形参数，如旋 转角度、缩放因子，有些用于设置与特定应用相关的物理参数，如温度、压 力、电压等。键盘上的数字键可以用来作为定值输入，用户只要按照指定的 格式键入数值即可，但是键盘方法输入数值较慢。 通过在图形显示器上显示出标尺、刻度盘、滑杆、按钮等辅助工具，数字化 仪、鼠标、操纵杆等定位设备也可以被用来实现定值设备的功能。
5、引力场（Gravity Field）技术
在构图中，我们有时需要在某线段的端点之间连接另外 的线段，由于很难在连接处精确定位，虽然可以借助网 格技术来实现，但如果连接点不在网格交点上，网格技 术也无能为力，因此，引入“引力场”概念。
引力场技术模拟引力场的作用，在每一条线段周围假想 有一个区域，光标中心落在这个区域内时，就自动地被 直线上最近的一个点所代替，这就好象一个质点进入了 直线周围的引力场，被吸引到这条直线上去一样。 动 画示例 引力场区域大小要适中，太小了不易进入引力区，太大 了会增大误接的概率。
7.3.3 事件方式（Event Mode）
每次用户对输入设备的一次操作以及形成的数据叫做一 个事件(Event)。 当某台设备被置成事件方式，应用程序和设备将同时、 各自独立地工作。从设备输入的数据或事件都存放在事 件队列里，应用程序随时可以检查这个事件队列，处理 队列中的事件，或删除队列中的事件。 从设备输入的数据或事件都存放在事件队列里，应用程 序随时可以检查这个事件队列，处理队列中的事件，或 删除队列中的事件。 事件输入方式避免了请求方式和采样方式中存在输入数 据丢失的问题。
4、操纵杆（Joystick）
操纵杆由手杆安装在一个底座上构成，它用来对屏幕光标进行 操纵，它只不过用一根杆控制两个方向的电位器。当操纵杆左 右摆动时，改变着代表X方向的电位器；当操纵杆前后摆动时， 改变着代表Y方向的电位器.
5、数据手套（Data Glove)
数据手套可用来抓住“虚拟” 对象。手套由一系列检测手和手指 运动的传感器构成。发送天线和接收天线之间的电磁耦合，用来 提供关于手的位置和方向的信息。发送和接收天线分别由一组三 个相互垂直的线圈构成，形成三维笛卡儿坐标系统。来自手套的 输入，可用来给虚拟场景中的对象定位或操纵该场景的对象。可 在显示器上观察或用头套观察三维投影 。
10、数码相机（Digital Camera）
传统相机采用化学感光材料，将图象存储在胶片上；而 数码相机采用电荷耦合器件作为感光材料，它将光线转 换为电荷，再通过模数转换器转换成数字信号，以压缩 格式存储在相机的存储器中。
7.2 逻辑输入设备
一、定位设备（Locator Device） 定位设备用来输入一个位置坐标（x，y）。根据三个相互独立的特征对 定位设备进行分类，可分成： 1、绝对或相对 （1）绝对定位设备。如数字化仪和触摸屏，都有绝对坐标原点，输入给计 算机的是相对于坐标原点的位置坐标。 （2）相对定位设备，如鼠标、跟踪球、操纵杆等，没有绝对坐标原点，输 入给计算机的是相对于前一位置的变化量。 2、直接或间接 （1）直接定位设备。如触摸屏，用户可以直接用手指或其它物体指点屏幕来 进行定位。 （2）间接定位设备。如数字化仪、鼠标和操纵杆，用户通过移动屏幕上的 光标来进行定位。人们已经习惯于间接定位的工作方式，而直接定位常常会 导致手臂疲劳。
第七章
用户接口及交互式技术
重点：掌握图形输入设备、交互技术、用户界面设计等内 容。
难点： 理解六种逻辑输入设备； 三种输入方式； 常用的交互技术； 用户界面设计原则。
交互技术
交互技术是关于计算机与人之间的双向通讯方式。
7.1 物理输入设备
1、键盘(Keyboard)
2、鼠标（Mouse）
6、数字化仪（Digitizer）
数字化仪也叫图形输入板（graphics tablet），是一 种能够方便地将用户的原始图件转换成坐标并输入计算 机的常用图形设备。
7、图象扫描仪（Image Scanner）
图象扫描仪是一种直接把图形（如工程图纸）或图象 （如照片）扫描输入到计算机中，并以象素形式存储表 示的图形输入设备。
7.3.4 输入方式的组合使用ห้องสมุดไป่ตู้
一个应用程序同时可在几种输入模式方式下应用几个不 同的输入设备来进行工作。
7.4 交互技术
交互技术的出现使得图形系统能提供各种不同的交互功 能，使用户能方便、高效地完成传统方法做起来较为困 难的工作。 1、菜单（Menu）技术 2、橡皮筋（Rubber Band）技术 3、约束（Constraint）技术 4、网格（Grid）技术 5、引力场（Gravity Field）技术 6、拖动（Drag）技术 7、操作柄（Handle）技术 8、对话框（Dialogue Box）
3、约束（Constraint）技术
方便地画出水平线、垂直线，这种技术在绘制管网 图或地籍图时非常有用。 除了画水平线和垂直线外，约束技术还可以用于画 具有特殊角度（如30°、45°）的线段，并且这种思想 也可以用于画其它图形，如圆、正方形等。动画
4、网格（Grid）技术
网格是另一类约束技术，它强迫输入点落在屏幕的坐标 网格交点上。坐标网通常以线网或点阵网显示在屏幕上， 该技术既可用于画线，也可用于图符定位。 方法：程序将输入坐标四舍五入成坐标网上最近的结点 即可。坐标网通常表示成用户坐标系（世界坐标系）， 网的间隔由应用程序或用户选取。网格可以在出现和不 出现之间转换，网一般取同等间隔并且覆盖整个屏幕， 有时还可以使用部分网格以及在不同屏幕区域有不同大 小的网格。
6、拖动（Drag）技术
拖动就是将形体在空间移动。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。 拖动也用到简易动画技术，拖动过程就是不断地进行画、 擦、画的过程。

1、菜单（Menu）技术
1） 可清楚地在屏幕上显示出可供用户选择的全部选项，就像餐厅点 菜的菜单一样，一目了然。 2） 可以防止用户选择在范围以外的项目，解决了错误命令问题。 3） 菜单很灵活，可以改变内容。通过重新标识一套功能键或加进一 个额外键即可增加新的内容。
2、橡皮筋（Rubber Band）技术
A
4、直接键入结构名字
B
E
C
D
图3-7 矩形包围拾取（拾取ABE）
3.3 输入模式
输入模式即如何管理、控制多种输入设备进行工作。 常用的输入模式 请求（request） 采样（sample） 事件（event） 组合形式
7.3.1 请求方式（Request）
程序发出从某设备输入数据的请求，接着便等待用户输入数据， 得到“允许从该设备输入”的回答后再将数据读入。 这完全类似在高级语言中用读（read/scanf）命令从键盘上获得 数据。 应用程序和数据输入是交替工作的，如果要求进行数据输入时， 用户不进行输入，则整个程序被挂起。 在函数中，每一种逻辑设备所包括的参数是和输入数据类型有关 的。 用请求方式从定位设备中获得位置坐标，可用下面的请求函数： requestLocator（ws，deviceCode，&x，&y） 如在请求方式下的笔划输入函数是： requestStroke（ws，deviceCode，n，xa，ya） 这里输入的n个点的坐标存放在数组xa和ya中。
7.3.2 采样（Sample）方式
采样方式下，应用程序和输入设备同时工作，当输入设 备工作时，存储输入数据，不断更新当前数据，当程序 要求输入时，程序则对当前数据值采样。 当应用程序一遇到采样函数，就把相应物理设备的输入 值作为采样数值。例如： sampleLocator（ws，deviceCode，&x，&y）表示用采 样方式从定位设备中获得位置坐标，具体的物理设备由 deviceCode指定的设备码决定。