计算机图形学第六章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章,交互技术,交互技术,人与计算机之间的交互一直是计算机系统的重要课题，屏幕显示和键盘输入是现今计算机的主要界面。,交互的硬件设备,定位设备,键盘设备,取数设备,选择设备,其他输入设备,定位设备,鼠标是跳跃式输入，给出相对坐标,键盘上的方向键是连续输入,数字化仪可以输出相对坐标，也可输入绝对坐标。,直接定位：如光笔、触摸屏,间接定位：如鼠标，键盘上的方向键，数字化仪,键盘设备,对键盘的改进主要是使位置安排更便于操作或减少键数而成为专用键盘。,键盘的功能,打字符,选择（通过HOTKEY）,取数设备,可以采用旋转或平移的电位器来实现取数，电位器输出的电压值通过模数转换装置转换成二进制数送入计算机。,选择设备,选功能：功能键,选图元：鼠标移到图元附近选择或用脚踏开关,其他输入设备,语音识别器：解放人手，但容易出错，软件纠错功能要求较高。,画家专用的绘图输入板：不仅要有位置信息，而且要对压力大小进行反馈。,三维图形输入：如三维位置测试仪，数据手套，数据头盔等。,基本的交互任务,定位,选择,数量输入,文本输入,三维交互任务,定位,这个任务就是确定平面或空间上的一点(,x,y),或(,x,y,z)，,可以用以下方法：,精确方式：输入此点坐标，通过图形软件定位此点,（用于输入图纸需十分精确地定位时）,非精确方式：通过鼠标在光栅上移动，,移到需要的地点按左键,（用于选择一个子图或菜单时）,非精确方式下,可在二维或三维空间隐含一个正方形或正立方体的网格。所选的点自动落在最靠近的网格的顶点上去。,很多系统可使所选的点自动吸引到线段的最近的一个端点或被吸引到线段的中点上去。此时也必须有一个范围。,选择,选择任务是在某一个选择集中选出一元素。,菜单功能：,除了子图或图元，几乎所有功,能都能用菜单选择,对话框功能：,单选框或复选框是最常见的选择功能,击键选择：,用键盘上的功能键来选择，能,做到“手不离键盘”,子图或图元的选择：,鼠标在子图的e边界盒内按键便,表示选中此图元,数量输入,目的是在最小值与最大值之间输入一个值。,电位器：,移动或旋转电位器来实现,软件方法绘制一个刻度盘或游标尺：,鼠标拖动,键盘输入：,需要精确值输入的时候,文本输入,目的是为了输入一个字符串,键盘,语音输入,需要通过软件去识别,书写板,三维交互任务,目的是在三维空间中定位，选择及令对象旋转。,输入方法,键盘输入点的三维坐标,鼠标给定二维空间的一个点并给定一个深度值,令对象旋转可以通过控制,经度和纬度，鼠标x方向的,增量为经度的增量；y方向,的增量为纬度的增量,进一步的交互技术,几何约束,拖动,橡皮筋技术,图形变比,引力场效果,标尺和导向线,坐标显示,在三视图上作三维输入,推移,结构平面,几何约束,对定位的约束：,定义一个网格，输入一个,点用离它最近的一个网格,节点来代替,方向约束：,例如只能画某几个方向的直线,拖动,按住鼠标的某键选择图元，然后移动鼠标，在目的地释放该键放下该图元。,橡皮筋技术,直线,矩形,图形变比,把屏幕上显示的图的某部分放大或缩小。,只要在程序中把要缩放的矩形定义为窗口，然后进行窗口到视区的变换就能实现,。,引力场效果,在选取一个点或一条直线的时候，为了便于选取，就想象直线周围有一个引力场，如果光标中心在引力场内按下鼠标，就说明选中。,引力场不能太细或太粗。,标尺和导向线,用来用准确的尺寸来画图。,用来使某几个对象在某边对齐。,坐标显示,为了定位准确，可以使用命令在光标附近显示出点的坐标值。,在三视图上作三维输入,由三视图还原立体图形有困难，有时还是不唯一的。但三视图上的一点是能确定三维空间中的一点。,在画图时用两点来确定一条直线，用三点来确定一个平面，那么由三视图来确定几何图形是可行的。,二维半图形,由平面上的一个封闭的图形沿平面法线方向拉伸成的柱体或者旋转体。,绘制二维半图形的方法叫做推移。,推移,首先绘制平面上一个封闭的图形。,对于柱体还要给定一个高度,h，,把输入的底面沿法线方向延伸,h,对于旋转体，还要给定一个旋转角,，,把二维图形按指定轴旋转,结构平面,有些平面不能用三点来确定，我们可以通过平面上的一点和平面上的法线方向来实现，这样的平面叫做结构平面。,输入过程基本处理模式,请求模式,取样模式,事件模式,请求方式,在应用程序中事先安排一句输入命令，当应用程序运行到这条语句的时候，要求用户输入，只有当用户输入信息后，应用程序才继续执行下去。,请求方式的特点,用请求方式输入时用户必须做一个明确的动作。,取样方式,输入设备被定义为取样方式后，如果输入设备上有数据的话，会把数据立即传输过来。,取样方式的程序示例,Terminate =FALSE;,While(NOT terminate),Begin,SampleLocator(X,Y,);,ProcessPoint(X,Y,);,SampleString(string,);,ProcessString(string,);,End,取样方式,取样方式好比在流水线上有一系列零件，每隔一段固定时间（或者不固定的时间）去取一个零件。,取样方式的特点,需要用到的数据应在输入设备上按时间顺序排列成一定的顺序。,这种方式不像请求方式那样要求用户在输入设备上必须有一个明显的动作。,取样方式的优缺点,优点是对连续的信息流输入比较方便。,缺点是当处理某一输入的数据所用时间较长时，可能会丢失某些输入数据。,事件方式,输入设备和程序同时工作，当用户在输入设备上发生一个表示输入的动作便产生一个事件，此事件包括输入信息（即数据）及设备编号。,这个事件存入到事件队列中去，不同的应用程序在队列出口处取走属于它的事件。,事件方式的程序示例,Terminate=FALSE,While(!Terminate),Begin,WaitEvent(timeout,&deviceclass,&,deviceID,),if(deviceclass,=pick),Process Pick;,else,if(deviceclass,=string),Process String;,三种方式的适用情况,请求方式比较死板，不输入就不能继续应用程序。,取样方式比较快捷。但若前面的数据处理的时间比较长的情况下，可能会丢失某些数据。,事件方式比较适合多任务系统，是目前最好的处理方式。,设计人机交互界面的一般风格,所见即所得：,在屏幕上所见到的设计结果和用硬拷贝所得到的输出结果是一致的。,直接操作,对对象、特性及关系等操作时用户可得到一种直观的及形象的表示，以说明这个操作是正确的被执行了。比如说,OFFICE,里的,OFFICE,助手。,图形符号驱动,其目的是要用户不需要专门学习及记忆便可借助于菜单选择来运行系统。,比如,OFFICE,中的公式编辑器。还有一个例子是工具栏的每一个按钮本身就是某个图标，有着直观的含义。,自然语言,用命令语言去操作需要用户记忆很多命令，用自然语言就可以只用说话就能来命令计算机操作。,人机界面设计的基本原则,简单易学：,必须提供提示和菜单，必须对每一步有,help,命令，并能从,help,回到调用它的断点。,提供反馈,在人机对话中不断用图形、文字或声音对用户的操作作出积极的反应。,响应时间的设定,必须有一定的限制。,对于那些预先知道需要较长时间才能得出结果的，就要用进度条（或,Splash,对话框）使用户知道计算机在工作，并且知道进度。,对错误操作容易纠正,只要没有到达不可挽救的地步，系统要允许用户纠正自己的错误。,要有“撤销”功能，用户可以删除之前做的几步操作。,设计的一致性,使用的符号、颜色的意义自始至终应该一致，菜单和提示应有固定的地方，键盘上的键的功能也要一致。,图形标准及图形程序库,OpenGL,产品的设计发展到一定的水平，就有需求要求一种通用语言，也就是一种标准。,较早时期人们希望在图形软件中有一个统一的标准。,70年代的GKS,80年代的PHIGS,这些标准仅仅反映了产品的几,何和形状的拓扑性质，不涉及,其他方面的性质及参数,后期的,CAD,系统之间的标准,80年代IGES,80年代STEP,产品模型数据交换标准,OpenGL,OpenGL,是,SGI,公司推出的,GL,三维图形库的基础上开发而成的一个三维图形软件库。,优点是只提供表面的平面或曲面片就能把三维对象用真实感图形显示出来。,OpenGL,的应用,在工作站及,PC,机的,Windows,操作系统所广泛使用。比如,SGI、IBM、Microsoft、Sun、HP,及,AT&T,都采用,OpenGL。,OpenGL,的基本功能,模型的描述,变换,颜色模式,光照模型,纹理映射,实时动画,交互功能,模型的描述,模型是由点、直线、曲线、多边形及曲面来描述的。,OpenGL,并不要求绘出各线及面之间的拓扑关系。线由起点终点决定，多边形按依此排序的顶点决定。,变换,OpenGL,可以实现世界坐标系中三维平移，旋转及缩放，还可以作三维空间到二维的投影和透视。,裁剪,OpenGL,除可以进行三维窗口的裁剪外，还可自行定义附加平面，对附加平面进行裁剪。,颜色模型,RGBA,模式：用,R，G，B,数值去定义一颜色。,颜色索引表：这是预先给定的颜色表。,光照模型,OpenGL,的光照模型主要考虑了简单光照模型的各种因素，包括漫反射光，环境光及镜面反射光。,OpenGL,对光源的设置,可设置多个点光源，每一个面上的颜色是由光源颜色和材质规定的颜色组合而成的。,每个面还可定义辐射光，它不受其他光源的影响，可用于模拟其他光源。,透明与雾的效果,OpenGL,还用融合的方法来达到透明及半透明的效果，,OpenGL,还可以加入雾的效果。,纹理映射,OpenGL,假定纹理图像是在一个参数,s,和,t,的正方形上绘制的。正方形的纹理放在一个三维数组中。,ImageImageWidthImageHeight3,实时动画,OpenGL,提供了前台和后台两种颜色缓存。在前台缓存作显示时后台缓存可准备新的图形。当后台图形准备完成后，可调用函数去交换前后台。,模板缓存,OpenGL,还设有模板缓存，利用它可使屏幕上某些部分的图形不变。可变的部分只是局限于在模板缓存中存储的图形内。,交互功能,OpenGL,也为三维图形的人机交互提供了必要的函数。,