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1、第五章 交互技术及用户接口,主要内容：基本交互任务及其技术 基本交互任务的组合 用户接口的设计 用户接口软件,定位技术 定位操作是图形输入和图形操作中常用的输入操作之一。比如为了画一个圆要确定该圆的圆心和圆上一点的位置，拼装一部件要确定拼装位置，等等。,定位有直接定位和间接定位两种方式。 直接定位是指使用定位设备直接在屏幕上指定一个点的位置，比如使用触感屏幕时，可直接用手在屏幕上指定一个点的位置；或用光笔在屏幕上指定一个点。 间接定位是指通过定位设备的运动控制屏幕上的映射光标来进行定位；,比如使用数字化仪时，定位触头在数字化仪上的位置坐标映射到屏幕上的光标坐标； 鼠标器、游戏棒、轨迹球、光标键
2、等均通过其相对运动来控制屏幕光标位置从而实现定位。 在键盘上用字符串形式输入定位点的坐标值也是一种形式的间接定位。,定位时常用的位置反馈信息有箭头，十字游标和大十字光标等。 和制图工作中的丁字尺类似，大十字光标的使用便于精确地参考屏幕上的标尺或另外物体来定位。 另外，定位点的用户坐标数值的跟踪显示有时也很必要。,橡皮条技术,有时定位操作依赖于环境。 比如，在绘图时，已经存在一个圆C和圆外一点A，现在要确定另外一个点B，使二点连线AB与圆C相切。 这样的点的确定可通过橡皮条技术的使用而变得容易实现。,A,B,B,B”,用橡皮条技术定位（显示线段用异或方式）,如果在用定位器移动点B时屏幕上始终有一
3、线段连结AB，犹如有一根橡皮条连结着AB两点一样，这就是橡皮条线段技术。 上图示出了橡皮条线段的处理。有了橡皮条技术，操作员只须在移动B点使AB与圆C相切时按下定位按键，就能准确地定位。,拖拽技术,在复杂物体的模型设计中，常用到拼装操作。拖拽技术常被用于拼装定位和其他一些操作如布局操作中去，以便使上述工作直观、简便、高效。 拖拽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，在每一老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拽到适当位置。,菜单技术,菜单是一种很重要的交互技术。它可用于指定命令、确定操作对象或选定属性等多中选一的场合。 使用菜
4、单可较好地改善应用系统的用户接口的友善性。,菜单的层次结构 根据可选对象的数量、性质及彼此的逻辑关系，菜单可以是单层次的，也可以是多层次的。 可选项不太多时往往使用单层次菜单以利于快速选择；可选项较多时则宜按逻辑关系分成一定的层次，,如将一个命令系统菜单分成设计、修改、分析、输出等模式，每模式各含若干命令的二层命令菜单结构 以便于每次在较少的可选项中选择一个。多层次结构的菜单中要支持从每一子菜单退回父菜单的功能，以实现在不同层之间的移动。,菜单的表示 菜单的表示方法有三种：字符串方法、图符方法和图象方法。 在字符串方法中，每一菜单项用一字符串名字来表示。一个菜单可以是单列式、单行式或矩阵式结构
5、，这样的菜单比较容易组织和实现。,在图符方法中，每一菜单项用一个形象地表达该项内容的图形符号来表示。这样的菜单比较容易理解和使用。 在图象菜单方法下，每一菜单项由表示一实物的视图来表示，比如某一类零件的零件菜单中，每一项用该零件的立体图表示，使菜单具有直观、准确的作用。,菜单的显示控制 菜单的显示位置有固定式和可变式两种。固定式菜单可以在屏幕上显示，也可以固定在数字化仪等设备上。弹出式（pop-up）菜单是典型的位置可变式菜单。它总是显示在光标现行位置，在选择以后又自动消失。 菜单的可见性控制有永久可见（全局性菜单）和使用时可见（局部性菜单）两种控制方式。,菜单的选择 菜单可使用多种设备来选择
6、，如使用指点设备直接选择，使用方向键顺序循环选择，使用数字键指定选择或使用功能键对应选择等。 使用指点设备选择菜单时，每一菜单项占有一定的矩形区域，若指点设备位置落入那一项的矩形区域时该区域以醒目形式显示（比如阴字符形式或改变颜色），一旦操作员按下确认键，当时的醒目项就是所选项。,使用方向键顺序循环选择时（通常单行、或单列菜单，只使用二键），预定一个当前项用醒目方式显示，每按一次键当前项朝一个方向移动一个位置。边界项的下一项是相反方向的边界项。 菜单中的某些项可动态地定义为有效或无效，无效的项不能选择。,定值技术,定值输入用于给出物体旋转的角度，缩放的比例因子等等。定值输入设备可以是键盘、旋钮
7、等也可以是各种指点设备，如鼠标、数字化仪等。 使用键盘键入某值，是最基本的和直接的方法。旋钮输入定值是利用电阻大小的原理将旋钮位置转换成输入值。此外可以使用刻度尺、比例尺、旋转盘等模拟办法输入定值。,刻度尺和比例尺是屏幕上显示的二种均匀和非均匀的尺子。 操作员通过使用指点设备控制光标在尺子上的移动，同时在屏幕上给出与位置对应的值，在适当时刻，按下定值键来获得要输入的值。这种方法比较直观 旋转盘与刻度尺、比例尺原理相同，也可以有均匀和非均匀两种，操作员控制从圆心出发的线段绕圆心的旋转，根据显示的角度读数或数据读数来定值,拾取技术,在图形系统交互作用的许多操作中，常常要在一个分层的对象结构或虽不分
8、层但很复杂的对象结构中拾取一个基本对象（如最底层的对象或一个简单的部分）或一些基本对象的集合（如非最底层的对象），然后对其施加某种操作。,拾取一个基本的对象可以通过以下一些方法来实现： 1 指定名称法： 操作员可以通过指定欲拾取对象的名称来实现拾取。但记住这些名称并不是容易的事。 2 特征点法 ： 选择时让图形的特征点（如线段的端点、圆和圆心等）以强光醒目显示（图4.3.11）,操作员通过选择特征点来拾取对象，这样涉及的内部计算较少。,3 外接矩形法 ： 为每一基本对象确定一外接正规矩形（其四边分别平行于坐标轴），只要选中矩形内就表示拾取该对象。该方法只能用于边界矩形非重选情况。 4 分类法：
9、 将折线、点、弧等分别在有关按键的控制下进行拾取,这也有助于减少计算。,5 直接法： 使用游标拾取，只要有线条穿过以游标所在位置为中心 的小正方形（边长在设计时确定）内，即认为该对象被拾取了。如同时有多个对象被拾取，可以按从近到远的原则拾取唯一的一个。,层次式结构中，为了能表示所选对象的层次（即不总是最底层），可以准备二个命令：其一是“到上一层去”（travel up the hierarchy）,它表示所要拾取的是当前层的高一层的对象；其二是“回到下一层”（come back down），它表示往上已走过头，需回头向下走一层。被拾取的对象以醒目形式显示有助于正确拾取。,网格与吸附,网格化是帮
10、助绘制整齐、精确图形的一种技术。网格化一般用在用户坐标系统中，按从用户坐标系统的窗口到屏幕视口的变换映射到屏幕上去。网格一般是规则的，且覆盖整个显示区。应用程序将定位器坐标舍入到最近的网格交叉点上去，从而使绘制的图形规整、精确。,有时要从已有的某线段上的点或它的顶点开始绘制另一条线段或其他图形，直接使用定位设备来定位很难保证其重合性。吸附技术则可克服上述困难。 带有引力场的一条线段，当定位位置落入引力场区域时将被吸引到顶点或线上，这就保证了所需的连续性。,三维图形输入,计算机图形设备发展的重要方向是输入设备的功能从二维发展为三维。直接依赖于三维物体输入设备的三维图形输入有以下几类：,1. 5D
11、物体直接转变为2D图象 它使用3D扫描仪能直接扫描物体获取二维图象。典型的如美国Kan Image公司生产的扫描仪，称为Kanscan。其扫描过程如下： 被扫描的物体的周围设置灯光照射； 沿导轨驱动一个扫描头作二维运动，从而将物体变成一个彩色图象。,诸如Kanscan的3D扫描仪除了可以扫描3D对象之外，还能扫描平的或高低不平的艺术作品、绘画或者易损坏的作品，用途非常广泛。,用户接口设计,用户接口确定用户与计算机如何进行信息交换。包括用户通过什么途径与图形系统进行联系，通过什么手段来操作系统的功能实现等。 最重要的就是高效率和对用户的友好性,1 用户模型,用户模型（User Mode）是用户接
12、口设计的基础，它提供给用户有关他所处理的对象以及作用于这些对象的处理过程的一个概念性模型。,2 显示屏幕的有效利用,考虑如下几个问题： 信息显示的布局合理性。,充分而又正确地使用图符 一类应用图符（application icons） 一类控制图符（control icons）,恰当地使用各种表示方法进行选择性信息显示。,3 反馈,反馈：就是动态地显示系统运行中所发生的一些变化，以便更有效地进行交互作用。,4 一致性原则,一致性原则是指在设计系统的各个环节时，应遵从统一的、简单的规则，保证不出现例外和特殊的情况。 按用户认为最正常、最合乎逻辑的方式去做,5 减少记忆量,重要的是唤醒用户的识别而
13、不是记忆。,6 回退和出错处理,回退（undo）机制 取消机制 确认机制 设计好的诊断程序 提供出错消息 对可能导致错误的一些动作进行预测 约束机制：动作与对象相一致,7 联机帮助,为用户提供联机帮助(On-Line Help)措施，能在用户操作过程中的任何时刻提供请求帮助。,8 视觉效果设计,这里强调的是色彩的使用。 选择色彩对比时以色调对比为主。 就色调而言，最容易引起视觉疲劳的是兰色和紫色，其次是红色和橙色；而黄色、绿色、蓝绿色和淡青色等色调不容易引起视觉疲劳。 为减轻视觉疲劳，应在视野范围内保持均匀的色彩的明亮度。,8 适应不同的用户,提供多种方法使软件能适应不同熟练程度的用户。,表2-1 图形输入设备的逻辑分类,