用户接口及交互式技术.pptx

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1、3.1：用户接口设计：用户接口设计用户模型有效利用屏幕反馈一致性原则减少记忆量本节内容：o回退和出错o联机帮助o视觉效果设计o适应不同用户o菜单设计第1页/共41页3.1：用户接口设计：用户接口设计人机操作界面是计算机与人交互的窗口，一个友好的用户界面对图形系统至关重大。用户界面的好坏，在很大程度上关系到设计的软件是否容易学习和操作、是否成熟可靠、是否高效友好以及是否对用户具有吸引力。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。第2页/共41页3.1：用户接口设计：用户接口设计用户模型

2、用户模型（User Mode）是用户接口设计的基础，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。用户模型应简单、明确和一致：模型简单要求模型中的图形对象数目和对象操作数目应根据应用的必要性而最小化；一致性是指对于不同的对象与操作，不应当出现差别很大的定义方式。第3页/共41页3.1：用户接口设计：用户接口设计显示屏幕的有效利用人机界面的屏幕设计涉及屏幕布局、显示内容、字符及符号选用、网格划分、颜色选择等多方面的内容，每个方面都有一些经验和准则可以参考。（1）屏幕划分：对称型和非对称型。设计中注意空间优化，突出重点，版面活泼。（2）字符选择：字体、字型、字的大小、

3、中文、西文及其大小写、对齐方式、字的间隔、页边空白等。选用得好可以给屏幕带来生气，建立起层次感，增加可读性。第4页/共41页3.1：用户接口设计：用户接口设计显示屏幕的有效利用（3）信息显示的布局合理性：（工作区大，信息区小）（4）充分而又正确地使用图符：一类应用图符（application icons）代表实物对象，一类是控制图符（control icons）代表对对象的操作（5）恰当地使用各种表示方法进行选择性信息显示：信息的显示要符合用户习惯第5页/共41页3.1：用户接口设计：用户接口设计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

4、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;避免同时使用光谱边缘色；字符、细线、小物体应避免用蓝色；颜色的效果与周围环境色彩有关；避免红、绿色同时使用;利用颜色把用户注意力吸引到重要信息上，用颜色对信息进行分类，并增强人的兴趣，减少视觉疲劳;第6页/共41页3.1：用户接口设计：用户接口设计菜单设计绝大多数图形系统都采用了菜单结构，菜单可以是一些简单的字符串，也可是图标。利用各种类型的图形输入设备可以实现菜单选择功能，如鼠标、光笔、触摸屏都能迅速完成菜单选择。一般来说，选择较少的菜单效率较高，因为它

5、大大减少了花在选择上的时间，也占据了较少的屏幕空间。通常，菜单位于屏幕的某一边，使其不影响图形的显示，如果菜单内容太多，可设计多级菜单，但层数不宜超过三层，否则用户会感到厌烦。此外，另一种布局方式是“可移式”菜单，如“弹出菜单”，它可在任意光标处出现，既方便了用户选择，又不占用屏幕空间。第7页/共41页3.1：用户接口设计：用户接口设计保持一致性和提供反馈 保持一致性：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。一致性原则并非绝对的。按用户认为最正常、最合乎逻辑的方式去做比保持单纯的一致性更重要！提供反馈：反馈是人机交互的一部分，就是动态地显示系

6、统运行中所发生的一些变化，以便更有效地进行交互作用。它告诉用户计算机正在进行什么操作、操作的结果、出错处理以及下一步应怎样进行等。如果响应时间太长，反馈信息就更显重要，否则用户会对系统是否已在操作、是否需要进一步的输入等问题感到困惑。第8页/共41页3.1：用户接口设计：用户接口设计减少失误和记忆尽量减少失误的可能要尽可能地减少用户的操作失误，引导用户只在有效的范围内工作，不让用户做不允许做的工作。例如没有选择任何东西，就不要让用户做“拷贝”操作。这时，系统就应该使这些不可用的命令隐藏起来，如用灰色表示该菜单，告诉用户这些菜单目前不可用。尽量减少要记忆的内容。重要的是唤醒用户的识别而不是记忆。

7、第9页/共41页3.1：用户接口设计：用户接口设计回退出错及面向多层次用户回退和出错处理出错时要提供恢复的功能，以改正错误。有四种恢复方法：复原（UNDO）、中止（ABORT）、取消（CANCEL）、校正（CORRECT）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 面向多层次用户提供多种方法使软件能适应不同熟练程度的用户。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。第10页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备输入模式本节内容：第11页/共41页3.2：逻辑输入设

8、备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备交互式图形系统需要输入多种数据。用户可以利用物理输入设备，如鼠标、键盘、数字化仪、扫描仪等对图形数据进行输入、定位、拖动、拾取、修改和拷贝等各种交互操作。同样的数据用不同的设备输入可能效果不同，为了减少系统对物理设备的依赖性，图形系统使用逻辑输入设备的概念来，提高系统的独立性和灵活性。第12页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备根据图形输入信息的不同性质，GKS和PHIGS把输入设备在逻辑上分为六种逻辑输入设备。对于这些设备可以从三个层次上来评价：设备层：关注设备的硬件性能；任务层：这一层对相同的交互任务用

9、不同的交互设备来比较交互技术；对话层：不对单个交互任务进行比较，而是对一系列的交互任务进行比较；名称基本功能定位设备(Locator)指定一个点的坐标位置(x,y)笔划设备(Stroke)指定一系列点的坐标数值设备(Valuator)输入一个整数或实数字符串设备(String)输入一串字符选择设备(Choice)选择某个菜单项拾取设备(Pick)选择显示着的图形的组成部分第13页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备定位设备：定位设备用来输入一个位置坐标（x，y），典型方法是定位屏幕光标。根据三个相互独立的特征对定位设备进行分类，可分成：（1）绝对坐标和相

10、对坐标绝对定位设备。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。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。第14页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备定位设备：（2）直接或间接直接定位设备。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。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。（3）连续或离散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。键盘上的光标控制键则是离散定位设备。连续

11、定位比离散定位设备移动光标更自然、快捷、更容易。第15页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备笔划设备：笔划设备的输入等于多次调用定位设备，产生一系列的坐标值，根据产生的坐标值可产生多边形和曲线等。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。第16页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理

12、：逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备定值设备：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。第17页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备字符串设备：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

13、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。第18页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备选择设备：利用选择设备可以从一个选择集中挑选出一个元素。在图形系统中，操作命令、属性值、物体种类、物体等都是可能的被选集。常用的选择设备有功能键、定位设备。键盘上每个键都能被系统定义为功能键，按下某个键即执行相应的功能。通过键盘或鼠标可对菜单进行选择。当用定位设备实现选择功能时，首先需要判断当前光标位置落在屏幕上的哪个菜

14、单区域中，然后再判断选择了该菜单的哪一项。第19页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备拾取设备：拾取设备用来拾取屏幕上的一些图形对象，以便对它们进行进一步的操作。在使用随机扫描显示器时，光笔是最方便的拾取设备。一般情况下，可以先用定位设备将光标移动到想要拾取的图形对象的附近（对于非封闭图形）或内部（对于封闭图形），再按拾取键，这时系统会根据一定的拾取算法在存储所有图形对象的内部数据结构中找出被拾取的图形对象，并将该区域内拾取到的所有图形对象顺序醒目显示，用户认可后即可对该对象作进一步的操作，如复制、删除、修改等。根据图形系统的不同，往往采用定位设备、选择

15、设备、定值设备、以及它们的组合功能实现拾取这一功能：第20页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备1.利用定位设备拾取：存在不确定性冲突问题,如图，解决方法：1）在图形对象生成时就对每一个对象确定其拾取优先级；2）采用依次对拾取图形设立标志的办法；3）找距离最近的对象优先拾取：如一条以点(x1,y1)和点(x2,y2)为端点的线段，从点P0(x0,y0)到该线段距离的平方由下式来计算：ABCDEPABCDP第21页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理逻辑输入设备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，对每个对

16、象确定相交性。只要窗口足够小，就不存在不确定性。3.矩形包围：拾取窗口是一组对角线确定的矩形包围窗口，完全落入其内的对象被拾取4.直接键入结构名称：第22页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理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。常用的输入模式有请求（request）、采样（sample）、事件（event）及其组合形式等几种。在用六种逻辑输入设备设计一个交互系统时，应用程序必须指定用于输入数据的物理设备类型及其逻辑分类，其他参数取决于输入数据。在应用程序和输入设备之间，输入控制的方式是多样的，这些方式又取决于程序和输入设备之间是如何相互作用的。例如

17、，可用程序来初始化输入设备；或者是程序与输入设备同时工作；或者是由设备初始化输入数据。这三种工作方式即与请求、采样、事件方式相对应。第23页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理输入模式对这三种输入控制方式都可定义相对应的输入命令，而且图形交互系统允许对每一种逻辑设备执行相应的输入操作。例如，可设置如下命令：set_locator_mode(ws,device_code,input_mode,echoFlag)这是用来设置定位器输入方式的命令，其中input_mode对应请求、采样、事件三种方式；ws是工作站的标志号；device_mode是用来指定被采用的物理定位设

18、备的设备码；echoFlag决定是否需要回显；set_stroke_mode(4,2,event，echo)这是把四号工作站上的输入板设成事件模式下有输入回显的笔划设备。一个设备在同一时刻只能被设成一种方式，多台设备同时可在不同输入方式下工作。第24页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理输入模式请求模式：输入设备在应用程序的控制下工作，程序在输入请求发出后一直被置于等待状态直到数据输入。在这种方式中，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。所以在要求输入时应对用户显示提示信息。字符或数据输入时往往采用这种方式。如在请

19、求方式下的笔划输入函数是：request_Stroke（ws，device_Code，n，xa，ya）这里输入的n个点的坐标存放在数组xa和ya中。第25页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理输入模式取样方式：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，并不断地更新当前数据，当程序要求输入时，程序采用当前数据值。输入设备不断地产生数据，并把数据输入数据缓存区，从而不断刷新数据缓存区的内容。程序在运行中当遇到采样语句，就到数据缓存存储区中去取数据，所取的是最新刷新的输入数据。对一种或多种设备而言，一旦设定采样方式，则不等程序请求就开始数据输入。samp

20、le_Locator（ws，device_Code，&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device_Code指定的设备码决定。第26页/共41页3.2：逻辑输入设备与输入处理：逻辑输入设备与输入处理输入模式事件方式：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)。思想：一般一个事件发生时，往往来不及进行处理，于是，就要把事件按先后次序排成队列，以便先进先出，即先到的事件进入排队，先被取出进行处理。当某设备被置成事件方式，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

21、的事件，或删除队列中的事件。输入方式的组合使用：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。第27页/共41页3.3：交互式绘图技术：交互式绘图技术基本绘图交互技术三维交互技术本节内容：第28页/共41页3.3：交互式绘图技术：交互式绘图技术交互技术所谓交互技术就是使用输入设备进行输入的技术。交互式图形系统中除了允许用户进行定位、笔划、字符串、数值、选择、拾取等操作外，还有一些技术用来帮助用户进行交互式绘图：常用的交互技术有：定位技术、对话框、橡皮筋技术、约束技术、网格技术、引力场技术、拖动技术、操作柄技术、菜单技术等。这些交互技术可用来作为设计应用系统用户接口的基

22、本部分。第29页/共41页3.3：交互式绘图技术：交互式绘图技术交互技术一种最直接的辅助方式，例如定位时，用户不仅要求所选位置可在屏幕上显示出来，且希望数据参数可以在屏幕上显示，以便获得精确位置来调整对象。另外在拾取、选择等操作过程中，用户也希望能够直观地看到选择或拾取地对象。回显：第30页/共41页3.3：交互式绘图技术：交互式绘图技术交互技术约束就是在绘图过程中对图形地方向、对齐方式等进行规定和校准。最常用的约束是水平和垂直直线约束：若用水平约束构造直线，则起点确定后，线段的纵坐标始终与起点相同，显示的是一条从（x1，y1）到（x2，y1）的直线。除了画水平线和垂直线外，约束技术还可以用于

23、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。约束：第31页/共41页3.3：交互式绘图技术：交互式绘图技术交互技术网格容易精确定位，另外网格也是一种约束技术，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。强迫入网的方法很简单，只要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（世网格：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。第32页

24、/共41页3.3：交互式绘图技术：交互式绘图技术交互技术在构图中，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。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。引力场技术：第33页/共41页3.3：交互式绘图技术：交互式绘图技术交互技术针对输入要求，动态地、连续地将输

25、入过程表现出来，直到产生用户满意的输入结果为止。即起点确定后，光标移动时，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，就像在起点和光标中心之间紧紧地拉着一根橡皮筋。假设需要确定一条直线通过平面上某一点或和一已知圆相切，利用橡皮筋便比较容易地找到通过一个点或和一个圆相切的直线的位置。橡皮筋除了可以用来画直线外，还可以用来画圆和矩形。橡皮筋：第34页/共41页3.3：交互式绘图技术：交互式绘图技术交互技术用以实现用户任意画图的要求。两种保存方式：1）光标移动时，沿光标移动的路径保留单个点的坐标，保存成点阵形式；2）采样取点，再用折线或曲线将采样点连接起来，即

26、直线或曲线拟合。对于如何采用，有两种方式：1）基于距离采样取点；2）基于时间采样取点；由于用户绘图时时间分布是不均匀的，难绘的地方通常会慢一些，故多采用时间采样。草拟技术：第35页/共41页3.3：交互式绘图技术：交互式绘图技术交互技术拖动就是将图形对象在空间移动的过程动态地、连续地表示出来，直到满足用户的位置要求为止。拖动：需要两个步骤，一是设定旋转中心；二是使图形对象围绕旋转中心随光标的移动而旋转。旋转：第36页/共41页3.3：交互式绘图技术：交互式绘图技术交互技术原图形变：横向变形纵向变形多边形的局部变形第37页/共41页3.3：交互式绘图技术：交互式绘图技术三维交互技术三维交互技术包

27、括三维输入、三维定位、三维选择、三维旋转、以及组合功能。三维交互的主要困难在于难以区分屏幕上光标选择到对象的深度值和其他显示对象的深度值。键盘、鼠标、数字化仪等交互设备均为二维的，不能适应三维交互工作的需要。三维图形数据的输入：除采用键盘输入三维数据外，也可以利用三维数字化图形仪、三维坐标测量仪等，但是这些设备十分昂贵，对此，多数系统用软件的方法借用二维输入设备来进行三维数据的输入，如三维图形拼合技术，把复杂的三维物体转化为简单的二维数据，还可利用数字图象处理和计算机视觉技术，利用两张不同角度拍摄的物体图象提取三维数据。第38页/共41页3.3：交互式绘图技术：交互式绘图技术三维交互技术三维定位：一种简单的三维定位方式是借助于三视图进行交互处理：二维光标在三视图上移动时，拖动三维光标同步移动，以此确定目标。但三视图不直观。第39页/共41页3.3：交互式绘图技术：交互式绘图技术三维交互技术三维定位：下图是种较为直观的定位方式：三维定向：三维定向是在一个三维坐标系中规定对象的一个方向，实现较为复杂，要考虑坐标系，旋转中心，观察效果等。除了上述外，三维交互还可以利用虚拟显示中的三维数据手套等实现。第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页