計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第六章

1、第六章交互技術(shù)交互技術(shù)人與計(jì)算機(jī)之間的交互一直是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要課題，屏幕顯示和鍵盤(pán)輸入是現(xiàn)今計(jì)算機(jī)的主要界面。交互的硬件設(shè)備定位設(shè)備鍵盤(pán)設(shè)備取數(shù)設(shè)備選擇設(shè)備其他輸入設(shè)備定位設(shè)備鼠標(biāo)是跳躍式輸入，給出相對(duì)坐標(biāo)鍵盤(pán)上的方向鍵是連續(xù)輸入數(shù)字化儀可以輸出相對(duì)坐標(biāo)，也可輸入絕對(duì)坐標(biāo)。鍵盤(pán)設(shè)備對(duì)鍵盤(pán)的改進(jìn)主要是使位置安排更便于操作或減少鍵數(shù)而成為專用鍵盤(pán)。取數(shù)設(shè)備可以采用旋轉(zhuǎn)或平移的電位器來(lái)實(shí)現(xiàn)取數(shù)，電位器輸出的電壓值通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)送入計(jì)算機(jī)。選擇設(shè)備其他輸入設(shè)備語(yǔ)音識(shí)別器：解放人手，但容易出錯(cuò)，軟件糾錯(cuò)功能要求較高。畫(huà)家專用的繪圖輸入板：不僅要有位置信息，而且要對(duì)壓力大小進(jìn)行反饋。三維

2、圖形輸入：如三維位置測(cè)試儀，數(shù)據(jù)手套，數(shù)據(jù)頭盔等?；镜慕换ト蝿?wù)定位選擇數(shù)量輸入文本輸入三維交互任務(wù)定位這個(gè)任務(wù)就是確定平面或空間上的一點(diǎn)(x,y)或(x,y,z)，可以用以下方法：非精確方式下可在二維或三維空間隱含一個(gè)正方形或正立方體的網(wǎng)格。所選的點(diǎn)自動(dòng)落在最靠近的網(wǎng)格的頂點(diǎn)上去。很多系統(tǒng)可使所選的點(diǎn)自動(dòng)吸引到線段的最近的一個(gè)端點(diǎn)或被吸引到線段的中點(diǎn)上去。此時(shí)也必須有一個(gè)范圍。選擇選擇任務(wù)是在某一個(gè)選擇集中選出一元素。數(shù)量輸入目的是在最小值與最大值之間輸入一個(gè)值。文本輸入目的是為了輸入一個(gè)字符串三維交互任務(wù)目的是在三維空間中定位，選擇及令對(duì)象旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步的交互技術(shù)幾何約束拖動(dòng)橡皮筋技術(shù)圖形變

3、比引力場(chǎng)效果標(biāo)尺和導(dǎo)向線坐標(biāo)顯示在三視圖上作三維輸入推移結(jié)構(gòu)平面幾何約束拖動(dòng)按住鼠標(biāo)的某鍵選擇圖元，然后移動(dòng)鼠標(biāo)，在目的地釋放該鍵放下該圖元。橡皮筋技術(shù)圖形變比把屏幕上顯示的圖的某部分放大或縮小。只要在程序中把要縮放的矩形定義為窗口，然后進(jìn)行窗口到視區(qū)的變換就能實(shí)現(xiàn)。引力場(chǎng)效果在選取一個(gè)點(diǎn)或一條直線的時(shí)候，為了便于選取，就想象直線周?chē)幸粋€(gè)引力場(chǎng)，如果光標(biāo)中心在引力場(chǎng)內(nèi)按下鼠標(biāo)，就說(shuō)明選中。引力場(chǎng)不能太細(xì)或太粗。標(biāo)尺和導(dǎo)向線用來(lái)用準(zhǔn)確的尺寸來(lái)畫(huà)圖。用來(lái)使某幾個(gè)對(duì)象在某邊對(duì)齊。坐標(biāo)顯示為了定位準(zhǔn)確，可以使用命令在光標(biāo)附近顯示出點(diǎn)的坐標(biāo)值。在三視圖上作三維輸入由三視圖還原立體圖形有困難，有時(shí)還是不

4、唯一的。但三視圖上的一點(diǎn)是能確定三維空間中的一點(diǎn)。在畫(huà)圖時(shí)用兩點(diǎn)來(lái)確定一條直線，用三點(diǎn)來(lái)確定一個(gè)平面，那么由三視圖來(lái)確定幾何圖形是可行的。二維半圖形由平面上的一個(gè)封閉的圖形沿平面法線方向拉伸成的柱體或者旋轉(zhuǎn)體。繪制二維半圖形的方法叫做推移。推移首先繪制平面上一個(gè)封閉的圖形。對(duì)于柱體還要給定一個(gè)高度h，把輸入的底面沿法線方向延伸h對(duì)于旋轉(zhuǎn)體，還要給定一個(gè)旋轉(zhuǎn)角，把二維圖形按指定軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)平面有些平面不能用三點(diǎn)來(lái)確定，我們可以通過(guò)平面上的一點(diǎn)和平面上的法線方向來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣的平面叫做結(jié)構(gòu)平面。輸入過(guò)程基本處理模式請(qǐng)求模式取樣模式事件模式請(qǐng)求方式在應(yīng)用程序中事先安排一句輸入命令，當(dāng)應(yīng)用程序運(yùn)行到這條語(yǔ)

5、句的時(shí)候，要求用戶輸入，只有當(dāng)用戶輸入信息后，應(yīng)用程序才繼續(xù)執(zhí)行下去。請(qǐng)求方式的特點(diǎn)用請(qǐng)求方式輸入時(shí)用戶必須做一個(gè)明確的動(dòng)作。取樣方式輸入設(shè)備被定義為取樣方式后，如果輸入設(shè)備上有數(shù)據(jù)的話，會(huì)把數(shù)據(jù)立即傳輸過(guò)來(lái)。取樣方式的程序示例Terminate =FALSE;While(NOT terminate)Begin SampleLocator(X,Y); ProcessPoint(X,Y); SampleString(string); ProcessString(string);End取樣方式取樣方式好比在流水線上有一系列零件，每隔一段固定時(shí)間（或者不固定的時(shí)間）去取一個(gè)零件。取樣方式的特點(diǎn)需要用

6、到的數(shù)據(jù)應(yīng)在輸入設(shè)備上按時(shí)間順序排列成一定的順序。這種方式不像請(qǐng)求方式那樣要求用戶在輸入設(shè)備上必須有一個(gè)明顯的動(dòng)作。取樣方式的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)連續(xù)的信息流輸入比較方便。缺點(diǎn)是當(dāng)處理某一輸入的數(shù)據(jù)所用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，可能會(huì)丟失某些輸入數(shù)據(jù)。事件方式輸入設(shè)備和程序同時(shí)工作，當(dāng)用戶在輸入設(shè)備上發(fā)生一個(gè)表示輸入的動(dòng)作便產(chǎn)生一個(gè)事件，此事件包括輸入信息（即數(shù)據(jù)）及設(shè)備編號(hào)。這個(gè)事件存入到事件隊(duì)列中去，不同的應(yīng)用程序在隊(duì)列出口處取走屬于它的事件。事件方式的程序示例Terminate=FALSEWhile(!Terminate)Begin WaitEvent(timeout,&deviceclass,&a

7、mp;deviceID) if(deviceclass=pick) Process Pick; else if(deviceclass=string) Process String;三種方式的適用情況請(qǐng)求方式比較死板，不輸入就不能繼續(xù)應(yīng)用程序。取樣方式比較快捷。但若前面的數(shù)據(jù)處理的時(shí)間比較長(zhǎng)的情況下，可能會(huì)丟失某些數(shù)據(jù)。事件方式比較適合多任務(wù)系統(tǒng)，是目前最好的處理方式。設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面的一般風(fēng)格所見(jiàn)即所得：在屏幕上所見(jiàn)到的設(shè)計(jì)結(jié)果和用硬拷貝所得到的輸出結(jié)果是一致的。直接操作對(duì)對(duì)象、特性及關(guān)系等操作時(shí)用戶可得到一種直觀的及形象的表示，以說(shuō)明這個(gè)操作是正確的被執(zhí)行了。比如說(shuō)OFFICE里的OFFI

8、CE助手。圖形符號(hào)驅(qū)動(dòng)其目的是要用戶不需要專門(mén)學(xué)習(xí)及記憶便可借助于菜單選擇來(lái)運(yùn)行系統(tǒng)。比如OFFICE中的公式編輯器。還有一個(gè)例子是工具欄的每一個(gè)按鈕本身就是某個(gè)圖標(biāo)，有著直觀的含義。自然語(yǔ)言用命令語(yǔ)言去操作需要用戶記憶很多命令，用自然語(yǔ)言就可以只用說(shuō)話就能來(lái)命令計(jì)算機(jī)操作。人機(jī)界面設(shè)計(jì)的基本原則簡(jiǎn)單易學(xué)：必須提供提示和菜單，必須對(duì)每一步有help命令，并能從help回到調(diào)用它的斷點(diǎn)。提供反饋在人機(jī)對(duì)話中不斷用圖形、文字或聲音對(duì)用戶的操作作出積極的反應(yīng)。響應(yīng)時(shí)間的設(shè)定必須有一定的限制。對(duì)于那些預(yù)先知道需要較長(zhǎng)時(shí)間才能得出結(jié)果的，就要用進(jìn)度條（或Splash對(duì)話框）使用戶知道計(jì)算機(jī)在工作，并且知

9、道進(jìn)度。對(duì)錯(cuò)誤操作容易糾正只要沒(méi)有到達(dá)不可挽救的地步，系統(tǒng)要允許用戶糾正自己的錯(cuò)誤。要有“撤銷(xiāo)”功能，用戶可以刪除之前做的幾步操作。設(shè)計(jì)的一致性使用的符號(hào)、顏色的意義自始至終應(yīng)該一致，菜單和提示應(yīng)有固定的地方，鍵盤(pán)上的鍵的功能也要一致。圖形標(biāo)準(zhǔn)及圖形程序庫(kù)OpenGL產(chǎn)品的設(shè)計(jì)發(fā)展到一定的水平，就有需求要求一種通用語(yǔ)言，也就是一種標(biāo)準(zhǔn)。較早時(shí)期人們希望在圖形軟件中有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。后期的CAD系統(tǒng)之間的標(biāo)準(zhǔn)OpenGLOpenGL是SGI公司推出的GL三維圖形庫(kù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)而成的一個(gè)三維圖形軟件庫(kù)。優(yōu)點(diǎn)是只提供表面的平面或曲面片就能把三維對(duì)象用真實(shí)感圖形顯示出來(lái)。OpenGL的應(yīng)用在工作站及P

10、C機(jī)的Windows操作系統(tǒng)所廣泛使用。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變換顏色模式光照模型紋理映射實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)交互功能模型的描述模型是由點(diǎn)、直線、曲線、多邊形及曲面來(lái)描述的。OpenGL并不要求繪出各線及面之間的拓?fù)潢P(guān)系。線由起點(diǎn)終點(diǎn)決定，多邊形按依此排序的頂點(diǎn)決定。變換OpenGL可以實(shí)現(xiàn)世界坐標(biāo)系中三維平移，旋轉(zhuǎn)及縮放，還可以作三維空間到二維的投影和透視。裁剪OpenGL除可以進(jìn)行三維窗口的裁剪外，還可自行定義附加平面，對(duì)附加平面進(jìn)行裁剪。顏色模型RGBA模式：用R，G，B數(shù)值去定義一顏色。顏色索引表：這是預(yù)先給定的顏色表。光照模型OpenGL的光照模型主要考慮了簡(jiǎn)單光照模型的各種因素，包括漫反射光，環(huán)境光及鏡面反射光。OpenGL對(duì)光源的設(shè)置可設(shè)置多個(gè)點(diǎn)光源，每一個(gè)面上的顏色是由光源顏色和材質(zhì)規(guī)定的顏色組合而成的。每個(gè)面還可定義輻射光，它不受其他光源的影響，可用于模擬其他光源。透明與霧的效果OpenGL還用融合的方法來(lái)達(dá)到透明及半透明的效果，OpenGL還可以加入霧的效果。紋理映射OpenGL假定紋理圖像是在一個(gè)參數(shù)s和t的正方形上繪制的。正方形的紋理放在一個(gè)三維數(shù)組中。ImageImageWidt