计算机图形学 第6章

橡皮筋演示(点右键选择播放)
手写板
3. 定值
• 定值（或数值）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。
6．字符串设备（String)
字符串设备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:
键盘输入 手写输入 声音输入 菜单输入
物理设备有字母键盘、数字化仪、光笔、声音 识别仪、触压板等。
三维交互设备
• PHIGS除了将图形输入设备分为以上六类之 外，还支持三维输入设备，以便使三维空 间定位、拾取等操作更为方便。
图6.7 引力场
6.3.2 拖 拽
要把一个对象放到新的位置.如果光标移动的 同时,对象也跟着光标移动.会使用户感觉更直 观，从而使得对象的定位更为精确.
光 标 选 图 元
•
+
+
拖动 图元
到目的 地按一 下按钮 开关
图6.8 拖拽图元到新的位置
在图形模式下 将一个图形由一个位置移动到另一个 位置,在移动的轨迹上按特定的象素操 作模式(如异或方式)进行图形的重新绘 制.这样,拖动的图形不会破坏它扫过轨 图形模式示例(点右键选择播放) 迹上的图形。 在图像模式下 当一个图形由一个位置移动到一个新 的位置时,实际上是进行了图像的整体 移动.即首先保存目的坐标处拖动图像 图像模式示例1 (点右键选择播放) 大小范围的屏幕图像，然后将被拖动的 图像移动到该位置，当拖动图像离开该 位置而移动到下一个新位置时，再恢复 该位置处保存的屏幕图像。
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。
触摸屏
物理设备
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。
5．拾取设备（Pick）
拾取设备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。
笔型字符识别器
物理设备包括各种定位设备、编程功能键、字符串 输入设备等。
第六章 人机交互与人机界面
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。 –这里,“交互”定义为一种通信，即信息交换，并且是一 种双向信息交换.可由人向计算机输入信息，也可由计算 机向用户反馈信息。
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等。
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
4. 选择设备（Choice）
选择设备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。
请求方式的工作过程
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. 因此，在请求方式下，程序和输入 设备轮流处于工作状态和等待状态 ，由程序支配输入设备的启动。
两种交互设备
本章讨论内容
• 本章介绍人机交互所涉及的基本问题,主 要讨论基于图形设计与编辑的应用开发 中所用到的人机交互技术： –基本图形输入设备和基本交互任务 –人机交互输入模式 –常见的辅助交互技术的实现等
第六章人机交互与人机界面
6.1节 基本图形输入设备和基本交互任务
6.1.1 基本的图形输入设备
在取样输入模式的工作过程中，程序和输入设 备同时运行. 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。这样，程序所取得的就是最新的 数据。
事件模式
当设备设置成事件模式后，输入设备和程序并 行工作。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，该队列是以 事件发生的次序排列的。 当用户在输入设备上完成一个输入动作(如按 一下按钮)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。
触摸板
键盘
间接输入设备: 1)最普通的定位设备:鼠标及屏幕上的光标。 2)操纵杆、数字化仪及按键盘上的方向键也可 以控制光标的移动。
鼠标
手柄 操纵杆
直接输入设备 光笔、触摸屏
光笔
2. 笔画设备（Stroke）
笔画设备用于指定用户空间中一组源自文库序点的位置
如指定一条折线的顶点组、指定一条自由曲线的控制 点等。
4. 选择
• 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： 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ε 边 界盒。 分类法:分别将点,折线,弧等在有关按键的控制下进行拾取。
手 写 平 板 电 脑 指点杆
定位
另外，使用数字化仪不仅可像 鼠标那样产生输入点的相对坐 标，还可输入点的绝对坐标。 –如果我们要输入一张图纸， 用数字化仪输入图上各点的 绝对坐标是最合适的方法。
数字化仪
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 面上移动时，就产生一组坐标值。
拾取对象的几种方法
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。 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
第6章人机交互与人机界面
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.
第6章人机交互与人机界面
6.3 常见的辅助交互技术
6.3 常见辅助交互技术 • 几何约束 • 拖拽 • 三维输入
定位约束
• 定位约束技术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。假设定义 网格线为 x=ai,y=bj i,j=0,1,2,„,n， • 设输入点的坐标为（x, y），则离它最近的网格 点的坐标为： (a(int((x+a/2)/a),b(int((y+b/2)/b)))
–如三维位置测试仪、数据手套、数据头盔的三 维定位等。
三维交互设备
一些人机交互设备
3维鼠标
力反馈设备
3维显示器
6.1.2 基本交互任务
1. 2. 3. 4. 5. 6. 定位 笔画 定值 选择 拾取 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 直接定位是用定位设备直接指定某个点的位置,如键盘输入。直 接定位方法可以准确地给点定位. 间接定位 间接定位指通过定位设备的运动控制屏幕上的光标进行定位。如 在移动鼠标时，根据鼠标移动的相对距离去控制屏幕上光标的移 动。
注意,示例需安装Flash查件,方能正常播放.
图像模式示例2 (点右键选择播放)
“橡皮筋”技术
拖拽的另一种形式。 不同的只是拖动对象的形状随着 光标位置的不同而变化。 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。
程序工作，输入设备等待程序请求
遇到请求指令（request)
输入设备工作，程序等待接收数据
请求满足
图6.3 请求模式的工作过程
样本模式
当把一台或多台输入设备定义为样本模式 后，这些设备会连续不断地把信息输入进来， 而不必等待应用程序的输入语句，即信息的输 入和应用程序中的输入命令无关。当应用程序 遇到取样命令时，就把相应物理设备此时的值 作为取样数值.
定位约束的示例
2. 方向约束 该技术用于绘制水平或垂直的线段。 绘制时,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（如下图）,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 印刷线路板或大规模集成电路的设计。
方向约束示例
3. 引力场
可以看做是一种定位约束，用光标进行选图操作时，为 了使光标可以较容易地定位选择区域中的图形，可以将 图形的选择区域适当变大，这就是引力场方法。 例如，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。 注意引力场区域大小的选择要适当。
6.2 人机交互输入模式
现在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）
请求模式
在请求模式下，输入设备的初始化是在应用程 序中设置的.即通过输入设置命令（或语句）,对相 应的设备设置所需要的输入模式后,该设备才能作 相应的输入处理。 在请求命令中要指定是哪个应用程序调用的和调 用的是哪个输入设备。
事件模式的输入过程
事 件 模 式 的 工 作 过 程
在事件模式下,输入设备和程序独立运行。 输入设备所产生的数据被组织成事件节点，插入事件队列 中等待程序的处理。 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。
6.2.4 输入方式的混合使用
输入方式
与定位设备的输入方式一致。
轨迹球
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。
3. 定值设备（Valuator）
定值设备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。
样本模式
优点
该模式不像请求模式那样要求用户有一明显的 动作，它对连续的信息流输入比较方便，也可 同时处理多个输入设备的输入信息。
缺点
当处理某一种输入耗费的时间较长时，可能会 失掉某些输入信息。
取样方式的工作过程
程序工作 输入设备工作 数据采样 数据缓存区 数据生成
图6.4 样本模式的工作过程
1. 2. 3. 4. 5. 6. 定位设备(Locator) 笔画设备（Stroke） 定值设备（Valuator） 选择设备（Choice） 拾取设备（Pick） 字符串设备（String)
1. 定位设备(Locator)
定位设备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。