接口與交互技術

1、圖形系統(tǒng)標準,圖形標準：圖形系統(tǒng)及其相關應用系統(tǒng)中各界面之間進行數(shù)據(jù)傳送和通信的接口標準，以及供圖形應用程序調(diào)用的子程序功能及其格式標準，前者稱為數(shù)據(jù)及文件格式標準，后者稱為子程序界面標準。,圖形系統(tǒng)標準分類,面向圖形設備的接口標準：計算機圖形元文件(CGM)，(CRT,Mouse,…)計算機圖形接口(CGI).設備驅(qū)動程序。面向應用軟件的標準：程序員層次交互式圖形系統(tǒng)（PHIGS）,GL (圖形程序包)（三維）圖形核心系統(tǒng)（

2、3D-)GKS面向圖形應用系統(tǒng)中工程和產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型及其文件格式：基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范（IGES）產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)范（STEP）,CGI（計算機圖形接口),-- 提供控制圖形硬件的一種與設備無關的方法。-- 也可看作圖形設備驅(qū)動程序的一種標準。-- 在用戶程序和虛擬設備之間，以一種獨立于設備的方式提供圖形信息的描述和通信。,CGI （計算機圖形接口),包括控制功能集、圖形對象輸出功能集、圖段功能集、輸入和應答功能集、光柵功能集等.

3、控制功能集 : 虛擬設備管理、虛擬設備坐標系和設備坐標系的坐標空間轉(zhuǎn)換、出錯控制、系統(tǒng)控制、詢問功能等；輸出功能集 :涉及圖元、屬性、對象構成及控制和詢問；圖段功能集 :圖形對象組合、標志、產(chǎn)生、修改和操縱等功能；,CGI （計算機圖形接口),輸入和應答功能集 : 輸入象素陣列，并將輸出結(jié)果應答在CGI虛擬設備上； 光柵功能集 : 產(chǎn)生、檢索、修改和顯示象素數(shù)據(jù)的功能；,CGM（計算機圖形元文件),-- 與設備

4、無關的語義、詞法定義的圖形文件格式,包括功能規(guī)格說明和編碼； -- 規(guī)定了生成、存儲、傳送圖形信息的格式。-- 面向系統(tǒng)和系統(tǒng)開發(fā)者，和CGI配套提供。-- 通用性是其關鍵屬性。,CGM （計算機圖形元文件),1.圖形元文件 規(guī)定生成、存儲、傳送圖形信息的格式，包括圖形生成元文件和圖段生成元文件兩種；2.設計CGM的目的提供圖形存檔的數(shù)據(jù)格式；圖形協(xié)議；圖形設備接口標準化；查錯；集成手段；3. CGM的組成 功能

5、描述、字符、二進制數(shù)、正文編碼.,GKS(圖形核心系統(tǒng)),-- 提供了在應用程序和圖形輸入輸出設備之間的 功能接口。-- 與語言無關。-- GKS提供了一個稱為元文件的順序文件接口-- 應用程序的所有圖形資源由GKS控制（通過GKS元文件-GKSM）-- GKSM用于: 圖形信息存檔； 系統(tǒng)傳送圖形信息 在GKS應用程序間傳送圖形信息； 與圖形信

6、息相關的非圖形信息的存儲和復用。,GKSM （圖形核心系統(tǒng)元文件標準）,--GKSM功能：在GKS中，用圖段來存儲GKS運行過程中的信息。在GKS關閉后，圖段不存在，信息自動丟失。為了解決此問題，我們采用GKS元文件GKSM——保存信息的一種機制。-- GKS的實現(xiàn)系統(tǒng)在實現(xiàn)其接口的功能時，必須依賴于元文件的內(nèi)容和格式。,GKSM（圖形核心系統(tǒng)元文件標準）,-- GKSM生成：GKSM定義了一個明文編碼方案，是可以被大多數(shù)系統(tǒng)和設備應

7、用的與系統(tǒng)無關的元文件。它提供了可向上兼容的文件格式，其結(jié)構是一個邏輯數(shù)據(jù)項目的序列。 --一個GKSM的生成是在GKS運行中，通過一個GKSM輸出工作站的“打開”—“啟用”— “停用”—“關閉”整個過程后實現(xiàn)的。,PHIGS（ISO IS9592）,-- 向應用程序員提供的控制圖形設備的圖形系統(tǒng)接口；-- 圖形數(shù)據(jù)按層次結(jié)構組織；-- 提供動態(tài)修改和繪制顯示圖形數(shù)據(jù)的手段。是一個高度動態(tài)化和交互式圖形系統(tǒng)。,PH

8、IGS（ISO IS9592）,--特點：高效，快速；--PHIGS結(jié)構：通過層次調(diào)用發(fā)生關系，結(jié)構元素不能在結(jié)構之外存在，每個結(jié)構有一個給定的標示名；--結(jié)構編輯： 打開、關閉、查詢、復制、執(zhí)行、刪除元素和結(jié)構等結(jié)構編輯命令；,PHIGS（ISO IS9592）,-- GKS-3D和PHIGS的比較其差別表現(xiàn)在： 數(shù)據(jù)結(jié)構，可修改性，屬性存儲，輸出流水線等 五種坐標系： 造型坐標系，用戶坐標系，觀察坐

9、標系，投影坐標系，設備坐標系；-- PHIGS+包含了PHIGS的功能，增加了曲線、曲面、光源與光線、真實圖形等功能；,GL(圖形程序包),圖形程序庫，UNIX下運行，OpenGL—微機，分類：基本圖素；坐標變換；設置屬性和顯示方式；I/O 處理；真實圖形顯示。,GL(圖形程序包),功能分類：1.基本圖素：如點、線、多邊形、三角形、三角網(wǎng)格、矩形、圓和圓弧、字符、曲線、曲面、讀寫象素等；2.坐標轉(zhuǎn)換；3.屬性和顯示方式

10、設置；4.輸入輸出；5.真實圖形顯示；,IGES（基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范）,-- Initial Graphics Exchange Specification為使不同CAD/CAM系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換所定義的幾何和非幾何數(shù)據(jù)格式及相應的文件結(jié)構；工業(yè)標準，非ISO標準；-- 作用：不同的CAD/CAM系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)。,IGES（基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范）,IGES基本單元 幾何實體：如點、線、B樣條曲線、曲面等； 描述實體：尺寸標注

11、、繪圖說明等； 結(jié)構實體：組合項、圖組、特性等；,IGES（基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范）,文件結(jié)構原則： 是IGES的定義可改變復雜結(jié)構及其關系； 是IGES文件格式便于各CAD/CAM系統(tǒng)處理；文件格式： ASCII碼，80個字符的順序文件； 實體信息存在目錄入口（DE）和參數(shù)（PD）中； 數(shù)據(jù)原始信息和文件

12、本身信息存在整體節(jié)和結(jié)束節(jié)中； 定義信息存在開始節(jié)；,產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準STEP,為了克服IGES的缺陷，擴大CAD/CAM中幾何和拓撲數(shù)據(jù)的范圍而開發(fā)的； 1.STEP的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù) 包括進行設計、分析、制造、測試，檢驗幾何、拓撲、公差、關系、屬性、性能等數(shù)據(jù)；2. STEP的概念模型,產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準STEP,采用形狀特征信息模型，強調(diào)產(chǎn)品模型的完整表示，模型信息分為應用層、邏輯層和物理層

13、;； 概念模式包括形狀模型、顯示和繪圖、形狀特征和公差等； 3. STEP中的特征定義 顯式特征和隱式特征；,DXF數(shù)據(jù)接口,DXF是AutoCAD系統(tǒng)的圖形數(shù)據(jù)文件 ；DXF是具有專門格式的ASCII碼文本文件，易于被其他程序處理，主要用于高級語言編寫的程序與AutoCAD系統(tǒng)間的連接，或其他CAD系統(tǒng)與AutoCAD系統(tǒng)間交換圖形文件。,DXF數(shù)據(jù)接口,DXF文件結(jié)構：標題段、表段、快段、元素段、文件結(jié)尾。,計算機圖形參

14、考標準CGRM,五個層次定義計算機圖形； 1.CGRM的外部關系操作員接口、應用接口、獲取數(shù)據(jù)元文件接口；2.環(huán)境模型構造、虛擬、觀察、邏輯、物理等五個環(huán)境組成的抽象層；,計算機圖形參考標準CGRM,3．CGRM的數(shù)據(jù)元素六種數(shù)據(jù)元素：構圖：集合存儲器：標志存儲器：聚集存儲器：環(huán)境狀態(tài)：處理元素：,窗口系統(tǒng),特點 :定義簡潔，界面清晰，目標明確，實現(xiàn)緊湊，功能齊全，使用方便;幾種常用的窗口系統(tǒng) 1） Sm

15、alltalk集編程、調(diào)試、運行和輸出為一體的環(huán)境；2） Macintosh 操作系統(tǒng)基于窗口和圖標，具有工具庫，圖符化；,窗口系統(tǒng),3） NeWS基于UNIX，支持網(wǎng)絡，具有與設備無關的圖形系統(tǒng)，特殊的成象模型和頁面描述語言；4） X窗口系統(tǒng)X11的特點；基本概念；5） Windows特點；窗口組成；建立Windows應用程序的步驟；,窗口系統(tǒng),流行的圖形用戶接口 1）OpenLook在X窗口系統(tǒng)的基礎上建

16、立的GUI環(huán)境；2）Motif基于X窗口，由工具箱、用戶界面語言、窗口管理系統(tǒng)、風格指南文檔等； 3)OpenGL,交互式技術與用戶接口,提出問題,如何設計一個好的用戶接口為什么要定義邏輯輸入設備交互式繪圖技術有哪些？,交互的作用,用戶動態(tài)輸入位置坐標、選擇功能、拾取操作對象、設置參數(shù)等；拉近計算機和人的距離，提高工作效率，介紹錯誤。,用戶接口設計,用戶接口確定用戶與計算機如何進行信息交換。包括用戶通過什么途徑與圖形系統(tǒng)進行

17、聯(lián)系，通過什么手段來操作系統(tǒng)的功能實現(xiàn)等。 最重要的就是高效率和對用戶的友好性,用戶接口的形式,子程序庫、專用語言、交互命令1）子程序庫 用某種高級語言來擴展一系列的過程（函數(shù)），實現(xiàn)有關的圖形設計和處理；常用的子程序庫包括：GKS，GKS3D，PHIGS，GL，OPENGL等；,用戶接口的形式,功能包括：,1）基本圖素如點、線、矩形、多邊形、圓、字符、曲線、曲面等；2）坐標轉(zhuǎn)換平移、旋轉(zhuǎn)、比例、對稱、視圖和投

18、影變換、裁剪等；3）圖形屬性和顯示方式的設定線形、線寬、顏色等；4）輸入輸出輸入輸出設備的驅(qū)動等；5）真實圖形的處理線、面的消隱，光照模型，等；6）用戶界面設計菜單、對話框、命令行、出錯信息等；,用戶接口的形式,2）專用語言解釋型和編譯型等兩種； 1）解釋型首先檢查關鍵字，其次拼參數(shù)，最后調(diào)用處理程序產(chǎn)生數(shù)據(jù)或圖形；2）編譯型詞法分析：識別關鍵字、標識符、常數(shù)、界符等；語法分析：判斷語法的正確性；數(shù)

19、據(jù)生成：產(chǎn)生相應的數(shù)據(jù)或圖形；,用戶接口的形式,3）交互命令 基于模型，實現(xiàn)用戶所需要的輸入、選擇、拾取、編輯等操作；,1）用戶模型,用戶模型（User Mode）是用戶接口設計的基礎，它提供給用戶有關他所處理的對象以及作用于這些對象的處理過程的一個概念性模型。用戶接口模型對于用戶，模型要盡量接近現(xiàn)實，對開發(fā)者，模型要具有嚴格的形式化描述；,2)交互命令執(zhí)行過程,接受用戶命令，檢驗是否有誤，調(diào)用相應模塊，輸出結(jié)果；,1．3)

20、編輯操作增操作：設定位點、選擇輸出結(jié)果、輸入?yún)?shù)等；刪操作：拾取和確認刪除對象、刪除對象、修改對象等；改操作：拾取和確認修改對象、輸入?yún)?shù)、輸出結(jié)果等；,1．4)編輯操作的實現(xiàn)1） 三表結(jié)構在用戶數(shù)據(jù)表、顯示數(shù)據(jù)表、用戶/顯示數(shù)據(jù)對照表中實現(xiàn)；用戶數(shù)據(jù)表存放用戶坐標系下的數(shù)據(jù)；顯示數(shù)據(jù)表存放設備坐標系下的數(shù)據(jù)；由于用戶/顯示數(shù)據(jù)對照表的存在，實現(xiàn)了間接的一對多的映象關系；從用戶坐標系到設備坐標系的編輯通

21、過標識符進行的，且整體操作；從設備坐標系到用戶坐標系，對屏幕顯示的圖形，通過拾取實現(xiàn)局部的編輯操作；2） 單表結(jié)構沒有顯示數(shù)據(jù)表和用戶/顯示數(shù)據(jù)對照表，直接對用戶數(shù)據(jù)表進行的編輯操作；基于顯示數(shù)據(jù)，利用用戶坐標系和設備坐標系之間的轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的；,邏輯輸入設備與輸入處理,邏輯輸入設備,PHIGS和GKS將各種圖形輸入設備從邏輯上分為六種：,表2-1圖形輸入設備的邏輯分類,設備的評價可以從三個層次上來看：⒈設備層⒉任務層

22、⒊對話層,具體如下⒈ 定位設備典型方法是定位屏幕光標。定位設備有鼠標器、操縱桿、跟蹤球、空間球、數(shù)字化儀的觸筆或手動光標等。,定位設備分為三類：直接設備和間接設備絕對坐標設備和相對坐標設備連續(xù)設備和離散設備,⒉ 筆劃設備筆劃設備的輸入等于多次調(diào)用定位設備，產(chǎn)生一系列的坐標值，根據(jù)產(chǎn)生的坐標值可產(chǎn)生多邊形和曲線等⒊ 定值設備定值設備常用來輸入各種參數(shù)和數(shù)據(jù)。,⒋ 字符串設備即進行字符串輸入⒌ 選

23、擇設備選擇設備用來選擇菜單選項、屬性選項和用于構圖的對象形狀等。,⒍ 拾取設備用拾取技術拾取一個圖形對象：(1)利用定位設備沖突問題：,解決方法：在圖形對象生成時就對每一個對象確定其拾取優(yōu)先級采用依次對拾取圖形設立標志的辦法。找距離最近的對象優(yōu)先拾取。,對一條以點(x1,y1)和點(x2,y2)為端點的線段來說，從點P0(x0,y0)到該線段距離的平方由下式來計算：,(2)指定拾取窗口拾取窗口是以光標位置為中心的一個

24、矩形窗口,(3)矩形包圍,(4)直接鍵入結(jié)構名字,輸入模式,輸入模式即如何管理、控制多種輸入設備進行工作常用的輸入模式有請求（request）、采樣（sample）、事件（event）及其組合形式等幾種。,1. 請求方式（request mode）輸入設備在應用程序的控制下工作，程序在輸入請求發(fā)出后一直被置于等待狀態(tài)直到數(shù)據(jù)輸入。2. 取樣方式（sample mode）此時，應用程序和輸入設備同時工作，當輸入設備工作時，

25、存儲輸入數(shù)據(jù)，并不斷地更新當前數(shù)據(jù)，當程序要求輸入時，程序采用當前數(shù)據(jù)值。,3. 事件方式（event mode）每次用戶對輸入設備的一次操作以及形成的數(shù)據(jù)叫做一個事件(Event)。思想：一般一個事件發(fā)生時，往往來不及進行處理，于是，就要把事件按先后次序排成隊列，以便先進先出，即先到的事件進入排隊，先被取出進行處理。 當某設備被置成事件方式，程序和設備同時工作,4. 輸入方式的組合使用一個應用程序同時可在幾種輸入模式

26、方式下應用幾個不同的輸入設備來進行工作。,交互式繪圖技術,基本交互繪圖技術,⒈ 回顯,⒉ 約束約束：在圖形繪制過程中對圖形的方向、對齊方式等進行規(guī)定和校準。⒊ 網(wǎng)格 : 繪制整齊精確圖形的一種技術.⒋ 引力域引力域：將靠近某一點的任意輸入位置“吸引”到該點上來，好象在該點的周圍產(chǎn)生一個“引力域”。,⒌ 橡皮筋技術橡皮筋技術：針對輸入要求，動態(tài)地、連續(xù)地將輸入過程表現(xiàn)出來，直到產(chǎn)生用戶滿意的輸入結(jié)果為止。⒍

27、草擬技術草擬技術用以實現(xiàn)用戶任意畫圖的要求。兩種保存方式兩種采樣方式,⒎ 拖動拖動是將圖形對象在空間移動的過程動態(tài)地、連續(xù)地表示出來，直到滿足用戶的位置要求為止。⒏ 旋轉(zhuǎn)⒐ 形變,三維交互技術,困難用戶難以區(qū)分屏幕上光標選擇到對象的深度值和其他顯示對象的深度值。鍵盤、鼠標、數(shù)字化儀等交互設備均為二維的，不能適應三維交互工作的需要。,拾取圖形,假設：☆設備坐標系；☆拾取點為 ；

28、☆圖形已顯示且包含坐標值；拾取圖形與其它圖形不沖突；,,1)點的拾取,對于其中的一點 ，若滿足（r為控制精度）：即在以 為圓心，半徑為r的圓內(nèi)，則拾取成功；,,,,2）符號集的拾取,對每個符號重復點的拾?。?3）直線段的拾取,設直線段的兩個端點 為，直線的方程可求出，而直線的斜率可如下求出：,,滿足該斜率的直線為： y=kx

29、+b ;,分別將 代入可得到三個相應的b ;若 則 在 ， 距離為r的兩個點所夾區(qū)域內(nèi)； 若 到直線段的距離再滿足控制精度r，這兩個條件均成立，則直線段 可拾??；,4）折線段的拾取重復調(diào)用直線段的拾取；5）曲線的拾取離散成折線處理；,6）字符串的拾取構造一個包含該字符的凸四邊形，對角線的交點為中心，中心到四

30、邊中點距離平均值為半徑的圓，當所拾取的點在該圓內(nèi)時，即為拾取；7）多邊形的拾取對每條線段分別判斷；8）多義性拾取的處理（即拾取點在多個圖形顯示領域中）確定拾取的優(yōu)先級；用戶確認；9）三維圖形的處理（略）拾取領域為球或立方體，進行點/面、點/體等測試；,交互系統(tǒng)的設計,1． 表現(xiàn)形式1） 屏幕的劃分根據(jù)屏幕的大小、分辨率進行劃分；2） 字體的選用注意利用字體建立視覺上的層次關系；3） 顏色的選擇顏色、灰度的選擇；

31、4） 系統(tǒng)的開啟系統(tǒng)啟動的方式對用戶產(chǎn)生第一印象；,交互系統(tǒng)的設計,1.表現(xiàn)形式5 )窗口,窗口的排列、刷新等； 6） 菜單 固定式、瀑布式、彈出式等； 7) 圖形符號和光標 采用不同的圖形和光標產(chǎn)生位置感和動畫感；,交互系統(tǒng)的設計,2． 工作方式1）固定式輸入輸出2）對話框式3）圖形符號式4)菜單式,交互系統(tǒng)的設計,3． 命令集采用層次結(jié)構、樹形結(jié)構來描述命令

32、的順序和排列；可生長性、順序性、刪改性等；4.對話序列,交互式系統(tǒng)的實現(xiàn),通常采用菜單驅(qū)動、數(shù)據(jù)驅(qū)動、事件驅(qū)動等幾種方式； 1． 菜單驅(qū)動根據(jù)用戶選擇不同的菜單項而轉(zhuǎn)向相應的程序入口驅(qū)動相應的模塊；2. 數(shù)據(jù)驅(qū)動,2024/4/1,安徽理工大學計算機學院 孟靖,69,精品課件！,2024/4/1,安徽理工大學計算機學院 孟靖,70,精品課件！,對話過程由控制信息控制，并存放在控制信息文件中；所需數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)文