接口與交互技術(shù)

1、圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),圖形標(biāo)準(zhǔn)：圖形系統(tǒng)及其相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)中各界面之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和通信的接口標(biāo)準(zhǔn)，以及供圖形應(yīng)用程序調(diào)用的子程序功能及其格式標(biāo)準(zhǔn)，前者稱為數(shù)據(jù)及文件格式標(biāo)準(zhǔn)，后者稱為子程序界面標(biāo)準(zhǔn)。,圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)分類,面向圖形設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)：計算機(jī)圖形元文件(CGM)，(CRT,Mouse,…)計算機(jī)圖形接口(CGI).設(shè)備驅(qū)動程序。面向應(yīng)用軟件的標(biāo)準(zhǔn)：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(yīng)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(jī)圖形接口),-- 提供控制圖形硬件的一種與設(shè)備無關(guān)的方法。-- 也可看作圖形設(shè)備驅(qū)動程序的一種標(biāo)準(zhǔn)。-- 在用戶程序和虛擬設(shè)備之間，以一種獨(dú)立于設(shè)備的方式提供圖形信息的描述和通信。,CGI （計算機(jī)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(yīng)答功能集、光柵功能集等.

3、控制功能集 : 虛擬設(shè)備管理、虛擬設(shè)備坐標(biāo)系和設(shè)備坐標(biāo)系的坐標(biāo)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(gòu)成及控制和詢問；圖段功能集 :圖形對象組合、標(biāo)志、產(chǎn)生、修改和操縱等功能；,CGI （計算機(jī)圖形接口),輸入和應(yīng)答功能集 : 輸入象素陣列，并將輸出結(jié)果應(yīng)答在CGI虛擬設(shè)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(jī)圖形元文件),-- 與設(shè)備

4、無關(guān)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(guān)鍵屬性。,CGM （計算機(jī)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(shè)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(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)化；查錯；集成手段；3. CGM的組成 功能

5、描述、字符、二進(jìn)制數(shù)、正文編碼.,GKS(圖形核心系統(tǒng)),-- 提供了在應(yīng)用程序和圖形輸入輸出設(shè)備之間的 功能接口。-- 與語言無關(guān)。-- GKS提供了一個稱為元文件的順序文件接口-- 應(yīng)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(yīng)用程序間傳送圖形信息； 與圖形信

6、息相關(guān)的非圖形信息的存儲和復(fù)用。,GKSM （圖形核心系統(tǒng)元文件標(biāo)準(zhǔn)）,--GKSM功能：在GKS中，用圖段來存儲GKS運(yùn)行過程中的信息。在GKS關(guān)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)）,-- 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(shè)備應(yīng)

7、用的與系統(tǒng)無關(guān)的元文件。它提供了可向上兼容的文件格式，其結(jié)構(gòu)是一個邏輯數(shù)據(jù)項目的序列。 --一個GKSM的生成是在GKS運(yùn)行中，通過一個GKSM輸出工作站的“打開”—“啟用”— “停用”—“關(guān)閉”整個過程后實現(xiàn)的。,PHIGS（ISO IS9592）,-- 向應(yīng)用程序員提供的控制圖形設(shè)備的圖形系統(tǒng)接口；-- 圖形數(shù)據(jù)按層次結(jié)構(gòu)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(diǎn)：高效，快速；--PHIGS結(jié)構(gòu)：通過層次調(diào)用發(fā)生關(guān)系，結(jié)構(gòu)元素不能在結(jié)構(gòu)之外存在，每個結(jié)構(gòu)有一個給定的標(biāo)示名；--結(jié)構(gòu)編輯： 打開、關(guān)閉、查詢、復(fù)制、執(zhí)行、刪除元素和結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)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(gòu)，可修改性，屬性存儲，輸出流水線等 五種坐標(biāo)系： 造型坐標(biāo)系，用戶坐標(biāo)系，觀察坐

9、標(biāo)系，投影坐標(biāo)系，設(shè)備坐標(biāo)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(yùn)行，OpenGL—微機(jī)，分類：基本圖素；坐標(biāo)變換；設(shè)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(diǎn)、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(biāo)轉(zhuǎn)換；3.屬性和顯示方式

10、設(shè)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(yīng)的文件結(jié)構(gòu)；工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，非ISO標(biāo)準(zhǔn)；-- 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(diǎn)、線、B樣條曲線、曲面等； 描述實體：尺寸標(biāo)注

11、、繪圖說明等； 結(jié)構(gòu)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(gòu)原則： 是IGES的定義可改變復(fù)雜結(jié)構(gòu)及其關(guān)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(biāo)準(zhǔn)STEP,為了克服IGES的缺陷，擴(kuò)大CAD/CAM中幾何和拓?fù)鋽?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(jìn)行設(shè)計、分析、制造、測試，檢驗幾何、拓?fù)?、公差、關(guān)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(biāo)準(zhǔn)STEP,采用形狀特征信息模型，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品模型的完整表示，模型信息分為應(yīng)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(gòu)：標(biāo)題段、表段、快段、元素段、文件結(jié)尾。,計算機(jī)圖形參

14、考標(biāo)準(zhǔn)CGRM,五個層次定義計算機(jī)圖形； 1.CGRM的外部關(guān)系操作員接口、應(yīng)用接口、獲取數(shù)據(jù)元文件接口；2.環(huán)境模型構(gòu)造、虛擬、觀察、邏輯、物理等五個環(huán)境組成的抽象層；,計算機(jī)圖形參考標(biāo)準(zhǔn)CGRM,3．CGRM的數(shù)據(jù)元素六種數(shù)據(jù)元素：構(gòu)圖：集合存儲器：標(biāo)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(diǎn) :定義簡潔，界面清晰，目標(biāo)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(yùn)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(biāo)，具有工具庫，圖符化；,窗口系統(tǒng),3） NeWS基于UNIX，支持網(wǎng)絡(luò)，具有與設(shè)備無關(guān)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(diǎn)；基本概念；5） Windows特點(diǎn)；窗口組成；建立Windows應(yīng)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(chǔ)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(fēng)格指南文檔等； 3)OpenGL,交互式技術(shù)與用戶接口,提出問題,如何設(shè)計一個好的用戶接口為什么要定義邏輯輸入設(shè)備交互式繪圖技術(shù)有哪些？,交互的作用,用戶動態(tài)輸入位置坐標(biāo)、選擇功能、拾取操作對象、設(shè)置參數(shù)等；拉近計算機(jī)和人的距離，提高工作效率，介紹錯誤。,用戶接口設(shè)計,用戶接口確定用戶與計算機(jī)如何進(jìn)行信息交換。包括用戶通過什么途徑與圖形系統(tǒng)進(jìn)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(kuò)展一系列的過程（函數(shù)），實現(xiàn)有關(guān)的圖形設(shè)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(diǎn)、線、矩形、多邊形、圓、字符、曲線、曲面等；2）坐標(biāo)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(shè)定線形、線寬、顏色等；4）輸入輸出輸入輸出設(shè)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(shè)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(guān)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(guān)鍵字、標(biāo)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(yīng)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(shè)計的基礎(chǔ)，它提供給用戶有關(guān)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(yán)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(yīng)模塊，輸出結(jié)果；,1．3)

20、編輯操作增操作：設(shè)定位點(diǎn)、選擇輸出結(jié)果、輸入?yún)?shù)等；刪操作：拾取和確認(rèn)刪除對象、刪除對象、修改對象等；改操作：拾取和確認(rèn)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(gòu)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(biāo)系下的數(shù)據(jù)；顯示數(shù)據(jù)表存放設(shè)備坐標(biāo)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(guān)系；從用戶坐標(biāo)系到設(shè)備坐標(biāo)系的編輯通

21、過標(biāo)識符進(jìn)行的，且整體操作；從設(shè)備坐標(biāo)系到用戶坐標(biāo)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(gòu)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(jìn)行的編輯操作；基于顯示數(shù)據(jù)，利用用戶坐標(biāo)系和設(shè)備坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的；,邏輯輸入設(shè)備與輸入處理,邏輯輸入設(shè)備,PHIGS和GKS將各種圖形輸入設(shè)備從邏輯上分為六種：,表2-1圖形輸入設(shè)備的邏輯分類,設(shè)備的評價可以從三個層次上來看：⒈設(shè)備層⒉任務(wù)層

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

23、擇設(shè)備選擇設(shè)備用來選擇菜單選項、屬性選項和用于構(gòu)圖的對象形狀等。,⒍ 拾取設(shè)備用拾取技術(shù)拾取一個圖形對象：(1)利用定位設(shè)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(shè)立標(biāo)志的辦法。找距離最近的對象優(yōu)先拾取。,對一條以點(diǎn)(x1,y1)和點(diǎn)(x2,y2)為端點(diǎn)的線段來說，從點(diǎn)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(biāo)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(gòu)名字,輸入模式,輸入模式即如何管理、控制多種輸入設(shè)備進(jìn)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(shè)備在應(yīng)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(yīng)用程序和輸入設(shè)備同時工作，當(dāng)輸入設(shè)備工作時，

25、存儲輸入數(shù)據(jù)，并不斷地更新當(dāng)前數(shù)據(jù)，當(dāng)程序要求輸入時，程序采用當(dāng)前數(shù)據(jù)值。,3. 事件方式（event mode）每次用戶對輸入設(shè)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(jìn)行處理，于是，就要把事件按先后次序排成隊列，以便先進(jìn)先出，即先到的事件進(jìn)入排隊，先被取出進(jìn)行處理。 當(dāng)某設(shè)備被置成事件方式，程序和設(shè)備同時工作,4. 輸入方式的組合使用一個應(yīng)用程序同時可在幾種輸入模式

26、方式下應(yīng)用幾個不同的輸入設(shè)備來進(jìn)行工作。,交互式繪圖技術(shù),基本交互繪圖技術(shù),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(jìn)行規(guī)定和校準(zhǔn)。⒊ 網(wǎng)格 : 繪制整齊精確圖形的一種技術(shù).⒋ 引力域引力域：將靠近某一點(diǎn)的任意輸入位置“吸引”到該點(diǎn)上來，好象在該點(diǎn)的周圍產(chǎn)生一個“引力域”。,⒌ 橡皮筋技術(shù)橡皮筋技術(shù)：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(shù)草擬技術(shù)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(shù),困難用戶難以區(qū)分屏幕上光標(biāo)選擇到對象的深度值和其他顯示對象的深度值。鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)字化儀等交互設(shè)備均為二維的，不能適應(yīng)三維交互工作的需要。,拾取圖形,假設(shè)：☆設(shè)備坐標(biāo)系；☆拾取點(diǎn)為 ；

28、☆圖形已顯示且包含坐標(biāo)值；拾取圖形與其它圖形不沖突；,,1)點(diǎn)的拾取,對于其中的一點(diǎn) ，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(fù)點(diǎn)的拾??；,3）直線段的拾取,設(shè)直線段的兩個端點(diǎn) 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(yīng)的b ;若 則 在 ， 距離為r的兩個點(diǎn)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(fù)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(gòu)造一個包含該字符的凸四邊形，對角線的交點(diǎn)為中心，中心到四

30、邊中點(diǎn)距離平均值為半徑的圓，當(dāng)所拾取的點(diǎn)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(diǎn)在多個圖形顯示領(lǐng)域中）確定拾取的優(yōu)先級；用戶確認(rèn)；9）三維圖形的處理（略）拾取領(lǐng)域為球或立方體，進(jìn)行點(diǎn)/面、點(diǎn)/體等測試；,交互系統(tǒng)的設(shè)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(jìn)行劃分；2） 字體的選用注意利用字體建立視覺上的層次關(guān)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(shè)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(biāo) 采用不同的圖形和光標(biāo)產(chǎn)生位置感和動畫感；,交互系統(tǒng)的設(shè)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(shè)計,3． 命令集采用層次結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)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(yīng)的程序入口驅(qū)動相應(yīng)的模塊；2. 數(shù)據(jù)驅(qū)動,2024/4/1,安徽理工大學(xué)計算機(jī)學(xué)院 孟靖,69,精品課件！,2024/4/1,安徽理工大學(xué)計算機(jī)學(xué)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