土木工程CAD技术基础第6章人机交互技术ppt课件

本周上机 1. 上机内容 AutoCAD 三维建筑造型练习及辅导 2. 上机时间：周五（5月8日）晚上 6:00-8:00 第1组 8:00-10:00 第2组 3. 上机地点：院大机房 要求全体参加,1,本课程的内容,土木工程CAD 技术基础,CAD 基础知识,CAD系统 基本原理,土木工程CAD 相关技术,土木工程CAD 系统设计,第1章 引言 第2章 CAD系统概论 第3章 计算机图形技术 第4章 AutoCAD应用技术 第5章 三维建筑造型 第6章 人机交互技术 第7章 工程分析与优化设计 第8章 工程数据处理与交换 第9章 土木工程CAD系统开发 第10章 现代CAD技术,参照 “教学日历”,2,第 6 章 人机交互技术,6.1 概述 6.2 交互输入技术 6.3 交互控制技术 6.4 图形拾取技术 6.5 交互式图形用户界面设计,3,6.1 概述,6.1.1 人机交互的概念 人和计算机之间 利用数据、文字、图形以及声音等 相互进行信息传递 “人机对话”（Human Computer Interaction） 针对：CAD系统,4,例：在CAD中画线段,5,6.1.2 人机交互的目的 在CAD系统中 对于需要人介入的步骤 提供人机交互操作功能 从而 适应设计需求 改善软件系统的易操作性,6,6.1.3 人机交互的任务 包括：基本交互任务、组合、三维,基本,选择,定位,定路径,定向,定量,输文本,选择命令、操作数、属性,确定位置坐标,确定形体方向,确定取值,一系列定位、定向和定量任务的结合,输入字符串,拾取,拾取图形,7,组合,对话框,构造,控制,在信息表中指定多个项,一次产生多个形体,重新确定已有形体,三维,三维选择,三维定位,旋转,在三维空间中选择,在三维空间中定位,旋转已有形体,8,6.1.4 人机交互设备 包括：逻辑设备、物理,逻辑,选择器,定位器,行程器,拾取器,定值器,成串器,用于对显示在屏幕上的图形进行选取,用于在屏幕上确定位置坐标,用于在屏幕上获取一系列光标位置,用于输入字符串,9,物理,键盘,鼠标器,数字化仪,光笔,刻度盘,智能板,逻辑和物理的关系 每一类逻辑设备对应一种特定的物理设备 通过模拟，可使逻辑功能由多种物理来实现,电位计,10,例：设备模拟,选择器,拾取器,定值器,定位器,用键盘控制光标 键入定位 用数字化仪输入,用键盘选择菜单 键入命令,用鼠标器光标拾取 键入名字,键入数值 用刻度盘输入,11,6.1.5 人机交互技术（ Human Computer Interaction Technology） 用以实现人机交互的计算机软件技术 分为3类 1. 交互输入技术 用于输入命令、参数等 2. 交互控制技术 用于控制图形的生成 3. 图形拾取技术 用于拾取图形,12,6.2 交互输入技术,6.2.1 主要交互输入方式 包括两种 1. 命令语言方式 2. 菜单选择,13,6.2.2 命令语言方式 人机通过文字方式对话 关键问题： 如何让计算机理解人的语言? 如何让它根据理解的内容作出反馈？ 命令语言由一系列规则和约定组成，分两种： 用户引导的命令语言 系统引导的命令语言,14,6.2.2.1 用户引导的命令语言 由一组相互独立的命令组成 命令语言约定了命令的各类词和操作数 用户可以根据当前任务需要随意选择命令,e.g. DELETE 1 TO 100 / 清除第1至100个对象,修饰词，指明怎样操作对象,动词，规定了应采取的动作,操作数，规定了动词作用的对象,思考：在AutoCAD中命令语言是如何约定的？,15,6.2.2.2 系统引导的命令语言 以计算机为主的命令语言 被组织在一个可执行的程序内 命令之间相互联系：顺序关系，或是层次关系 系统对用户的每一步操作都有严格规定 用户不需熟记命令，只需按照系统提示输入 e.g. 自动设计系统,16,17,6.2.3 菜单选择方式（Menu Selection）,文本菜单,台板菜单,屏幕菜单,固定菜单,下拉式菜单,光标菜单,图象菜单,18,19,20,6.2.3.1 台板菜单（Tablet Menu） 在数字化仪上布置菜单项，通过指示器选择,实现思路 用代码表示菜单 将选择点坐标换算成 代码，根据代码判断 处理 菜单项的表示可用文 字、符号或图形,1,2,4,5,6,7,8,9,10,21,实现的基本步骤 1. 生成台板菜单（初始化） 1.1 在数字化仪上拾取菜单区范围 左下角坐标：Pmin (Xmin,Ymin) 右上角坐标：Pmax (Xmax,Ymax) 1.2 输入X和Y方向的菜单项数Nx和Ny 1.3 计算相应的菜单代码 for ( i =1; i Ny; i+) for ( j = 1; j Nx; j+) IP i j = j + ( i1 ) * Nx; ,22,2. 拾取菜单 2.1 在数字化仪上拾取拟选菜单项的位置坐标x, y 2.2 将x, y 换算成相对的坐标 Rx，Ry Rx x-Xmin Ry =y-Ymin 2.3 计算相应的代码 Dx = (XmaxXmin)Nx Dy = (YmaxYmin)Ny Col = (int) (RxDx) +1 Row = (int) (RyDy) +1 Num = IP Row Col ,23,2.4 结束处理 若x , y超出菜单区，即： x 超出Xmin，Xmax；或 y 超出Ymin，Ymax 则提示，并令Num = 1 3. 执行功能处理 根据代码Num 进行逻辑判断 转到相应的功能子程序处理 思考：你能写出这个程序的框架吗？,24,6.2.3.2 屏幕菜单 在图形屏幕上显示菜 单项，用指示器和键 盘来选择 特点 菜单项体现为图形屏 幕的图形和字符 实现步骤 参考台板菜单,25,6.2.4 AutoCAD用户菜单 AutoCAD菜单类型 下面以下拉菜单为例进行介绍,按来源分 1. 标准菜单 2. 用户菜单,按形式分 1. 下拉菜单 2. 光标菜单 3. 屏幕菜单 4. 图象菜单 5. 台板菜单,26,演示1 在AutoCAD中创建下拉菜单项 使用CUI命令 1. 菜单项的建立 2. 命令的建立 3. 将命令加入到菜单项,27,6.3 交互控制技术,6.3.1 主要交互控制方法 包括如下7种方法 1. 定位法 （Positioning Method） 2. 强制法（Enforcing Method） 3. 网格法（Grid Method） 4. 引力场法（Gravity Field Method） 5. 橡皮带法（Rubber Band Method） 6. 拖拉法（Draging Method） 7. 草图法（Schetch Method）,28,6.3.2 定位法 用定位设备在屏幕上输入一个点，可显示以这一点为基准的图、符号或字符串等的方法 在AutoCAD中 粘贴： Pasteclip命令,(Px, Py),1,2,3,a,b,29,30,6.3.2 定位法 用定位设备在屏幕上输入一个点，可显示以这一点为基准的图、符号或字符串等的方法 在AutoCAD中 粘贴： Pasteclip命令,(Px, Py),1,2,3,a,b,31,(Px, Py),1,2,3,a,b,AcDbObjectId drawRectangle(AcGePoint pt, int a, int b) void positioning(int id) ads_point pt; int a, b; acedGetPoint(NULL, “n Base point:”, pt); switch (id) case 1: acedGetDist(pt, “n Width” , case 2: ,32,6.3.3 强制法 使用部分预先规定的坐标值来替换所输入的坐标，使图形满足某种精度要求的方法 在AutoCAD中 捕捉：Snap 正交方式：Ortho 对象捕捉：Osnap,1,2,3,45,o,P1,P2,P3,P4,P2,P4,33,1,2,3,45,o,P1,P2,P3,P4,P2,P4,AcDbObjectId drawLine(AcGePoint pt1, AcGePoint pt2) void constraint(int id) ads_point pt1, pt2; acedGetPoint(NULL, “n Start point:”, pt1); acedGetPoint(NULL, “n End point:”, pt2); switch(id) case 1: pt2Y = pt1Y; case 2: drawLine(asPnt3d(pt1), asPnt3d(pt2); ,34,6.3.4 网格法 当用户在网格上作图时，使所拾取的点均为网格交叉点的方法 在AutoCAD中 网格：Grid 捕捉：Snap,(Xmin, Ymin),(Xmin, Ymin),Ny,Nx,P(x, y),35,(Xmin, Ymin),(Xmax, Ymax),Ny,Nx,void grid(int Px, int Py) int Ax100100; int Ay100100; int Nx, Ny, Xmin, Ymin; int Xmax, Ymax, X1, Y1; for ( i = 0; i=Ny; i+ ) X1 = Xmin; Y1 = Ymin + i * (Ymax- Ymin) / Ny; for ( j = 0; j=Nx; j+) Axij = X1 + j * (Xmax-Xmin) / Nx; Ayij = Y1 eps= 1; /系统设置的精度,P(x, y),1/2,36, for (i = 0; i=Ny; i+) for ( j = 0; j=Nx; j+) Vex = abs(Axij-Px); Vey = abs(Ayij-Py); if(Vex Eps Next ： ,(Xmin, Ymin),(Xmin, Ymin),Ny,Nx,P(x, y),2/2,37,6.3.5 引力场法 围绕某一点、一直线或一图形，设置一个区域，一旦光标进入这个区域，就被吸引到这一点、直线或图形上的方法,1,2,3,38,6.3.6 橡皮带法 作图时记录光标经过的轨迹的方法 在AutoCAD中 徒手作图： Sketch命令,39,40,6.3.7 拖拉法 对屏幕上显示的物体或图形直接进行位移或各种变换,41,42,6.3.8 草图法 由用户徒手在屏幕上画出图形的轮廓，然后由计算机对它进行加工，以满足一定的规格要求的方法,43,6.4 图形拾取技术,6.4.1 主要图形拾取方法 包含以下2种方法 1. 拾取点定位法 Fetching Point Positioning Method 2. 图形搜索法 Graphics Searching Method,44,6.4.2 拾取点定位法 将人工控制的拾取点位置 定位到所要拾取的图形上 3 种主要形式 1. 拾取窗形式 2. 提示窗形式 3. 试拾取形式,45,6.4.2.1 拾取窗方式 用户拾取一个图形时，同时显示以光标点为中心的矩形区，系统根据这个矩形区查找，区域内的图形被认为是用户拾取的图形 适用情形 分布不密集的点 在AutoCAD中：靶框,算法？,46,47,6.4.2.2 提示窗方式 以待拾取图形的某个代表点为中心，显示一个矩形区，用户将拾取点移入该窗，即可拾取该点 适用情形 图形的代表点 在AutoCAD中 自动捕捉标记,48,49,6.4.2.3 试拾取方式 不管拾取点定位的难度，任凭用户拾取，每拾取一次，系统就给出反馈，问这个图形是否是用户所要拾取的点，用户通过回应确定拾取的图形 适用情形 分布密集的点,50,6.4.3 图形搜索法 系统根据用户拾取的一个点，去搜索、判别屏幕上哪一个图形是所要拾取的图形 3 种主要形式 1. 点的拾取 2. 直线段的拾取 3. 多边形的拾取,51,6.4.3.1 点的拾取 通过点之间的距离判定所拾取的点 设：P0 (x0, y0) 为用户用手动方法输入的拾取点 P (x, y) 为已存在的点 拾取判别式 (x-x0)2+(y-y0)2 Eps 其中Eps是系统设置的精度,P0(x0, y0),P(x, y),52,6.4.3.2 直线段的拾取 通过点与线段的距离及与两端点相对位置来判断 求该直线的直线方程 P1 P2线段的直线方程：Ax+By+C=0 A=y1-y2 B= x2-x1 C=Y1 ( x1-x2 )X1 ( y1-y2 ) 由方程求出拾取点到该直线距离 d 判别式： dEps 其中Eps是系统设置的精度,P0(x0, y0),53,6.4.3.3 多边形的拾取 基于顶点坐标进行判别 对每个多边形逐点比较顶点坐标，找出 （Xmin, Xmax） （Ymin, Ymax） 查找满足下式的多边形 XminX0Xmax YminY0Ymax 对找到的多边形进行逐边比较，用直线段的拾取方法找出最近边，该边所在的多边形即为所求,P0(x0, y0),54,6.5 交互式图形用户界面设计,6.5.1 图形用户界面的概念 用户界面又称人机界面 指向用户提供的操作计算机系统综合环境 图形用户界面，又称GUI（Graphic User Interface） 支持以图形方式进行人机交互的用户界面 可极大地降低计算机操作的复杂性 已成为用户界面的主流,55,6.5.2 图形用户界面的基本形式 菜单驱动的窗口系统 每个窗口都由标题、菜单、控制盒、滚动条、边框等元素组成。 用户可方便地使用鼠标打开、关闭窗口，实现窗口的移动、尺寸改变和多窗口的布局。 用户当前可使用的一切命令都以菜单的形式显示在屏幕上，以便用户根据需要选择。 系统为用户提供了联机帮助功能。,56,系统菜单,工具栏,菜单栏,状态栏,水平滚动条,垂直滚动条,对话框,按钮,窗口,视图,下拉框,编辑框,控件,57,6.5.3 CAD系统图形用户界面的基本特征 1. 用户通过鼠标或其他指示设备，用光标点取屏 幕上的图形对象（如图标、窗口、菜单、按钮 等）来完成对它们的直接操纵。 2. 用户通过操纵显示在屏幕上的图形对象来直接 控制应用程序的运行。 3. 用户可对界面自身进行裁剪和定制，如放大、 缩小和移动窗口，更改颜色、字体和鼠标键的 设置等。,58,6.5.4 CAD系统图形用户界面的设计 主要内容包括 1. 用户模型（User Model） 2. 屏幕布置（Screen Layout） 3. 菜单组织（Menu Organization） 4. 命令语言（Command Languge） 5. 信息反馈（Information Feedback）,59,6.5.4.1 用户模型 计算机模型：设计对象的计算机表示 用户模型：计算机模型中面向用户的部分 e.g. 结构施工图绘制的用户模型 柱、墙、梁、板 面向对象 点、线、圆弧、尺寸标注 面向图形 数据文件 是设计命令语言、菜单组织和信息反馈的基础,60,6.5.4.2 屏幕布置 形式：划分为菜单区、命令输入区、图形区、 信息反馈区 设计原则 1. 尽可能节约每个区域的面积 2. 使图形区面积为最大 3. 菜单要简练 4. 提示简明扼要 5. 注意色彩的协调,61,AutoCAD主界面,62,MicroStation主界面,63,Project 4D主界面,64,建筑施工4D管理系统主界面,65,6.5.4.3 命令语言 设计原则 1. 遵循用户模型，符合用户语言习惯 2. 语言简洁、完整 3. 及时反馈信息 4. 完善的容错处理手段 e.g. 显示出错信息，提示改错办法，提供取消操作 5. 统一的语义、语法、显示方式 e.g. Return-执行命令 Esc-退出 黄色-反馈信息 红色-警告,66,6.5.4.4 菜单组织 设计原则 1. 采用树结构 叶结点：可执行的菜单项，对应一个程序段 中间节点：提示信息项 2. 菜单结构的层次不宜过深 3. 回显所选中的菜单项,67,68,6.5.4.5 信息反馈 包括：对用户输入内容的回显 显示对用户输入内容的处理结果 设计原则 1. 易读性和易理解性 2. 信息反馈与画面整体协调 3. 信息反馈的形式：图、数、文 4. 反馈时间尽可能短,69,本章学习重点 1. 交互设备的逻辑分类 2. 交互输入技术 3. 交互控制技术 4. 图形拾取技术 5. 下拉菜单的实现 6. 交互式图形用户界面设计原则,70,本章参考文献 1. 任爱珠等. 土木工程CAD技术. 清华大学出版 社，2006. 第5章 2. AutoCAD 2006 帮助文档（联机帮助）,71,课堂测试 请用10分钟的时间，写出你学过本章后 印象最深的 收获最大的 意见和建议 至少3点。,72,