土木工程CAD技術(shù)基礎(chǔ)人機(jī)交互技術(shù)

土木工程CAD技術(shù)基礎(chǔ)人機(jī)交互技術(shù)第1頁(yè)/共72頁(yè)2第6章 人機(jī)交互技術(shù) 6.1概述

6.2交互輸入技術(shù)

6.3交互控制技術(shù)

6.4圖形拾取技術(shù)

6.5交互式圖形用戶界面設(shè)計(jì)第2頁(yè)/共72頁(yè)36.1概述6.1.1人機(jī)交互的概念人和計(jì)算機(jī)之間利用數(shù)據(jù)、文字、圖形以及聲音等相互進(jìn)行信息傳遞“人機(jī)對(duì)話”（HumanComputerInteraction）針對(duì)：CAD系統(tǒng)第3頁(yè)/共72頁(yè)4例：在CAD中畫(huà)線段第4頁(yè)/共72頁(yè)56.1.2人機(jī)交互的目的在CAD系統(tǒng)中對(duì)于需要人介入的步驟提供人機(jī)交互操作功能從而適應(yīng)設(shè)計(jì)需求改善軟件系統(tǒng)的易操作性第5頁(yè)/共72頁(yè)66.1.3人機(jī)交互的任務(wù)包括：基本交互任務(wù)、組合～、三維～基本～選擇定位定路徑定向定量輸文本選擇命令、操作數(shù)、屬性確定位置坐標(biāo)確定形體方向確定取值一系列定位、定向和定量任務(wù)的結(jié)合輸入字符串拾取拾取圖形第6頁(yè)/共72頁(yè)7組合～對(duì)話框構(gòu)造控制在信息表中指定多個(gè)項(xiàng)一次產(chǎn)生多個(gè)形體重新確定已有形體三維～三維選擇三維定位旋轉(zhuǎn)在三維空間中選擇在三維空間中定位旋轉(zhuǎn)已有形體第7頁(yè)/共72頁(yè)86.1.4人機(jī)交互設(shè)備包括：邏輯設(shè)備、物理～邏輯～選擇器定位器行程器拾取器定值器成串器用于對(duì)顯示在屏幕上的圖形進(jìn)行選取用于在屏幕上確定位置坐標(biāo)用于在屏幕上獲取一系列光標(biāo)位置用于輸入字符串第8頁(yè)/共72頁(yè)9物理～鍵盤(pán)鼠標(biāo)器數(shù)字化儀光筆刻度盤(pán)智能板邏輯～和物理～的關(guān)系

每一類邏輯設(shè)備對(duì)應(yīng)一種特定的物理設(shè)備通過(guò)模擬，可使邏輯～功能由多種物理～來(lái)實(shí)現(xiàn)電位計(jì)第9頁(yè)/共72頁(yè)10例：設(shè)備模擬選擇器～拾取器～定值器～定位器～用鍵盤(pán)控制光標(biāo)鍵入定位用數(shù)字化儀輸入用鍵盤(pán)選擇菜單鍵入命令用鼠標(biāo)器光標(biāo)拾取鍵入名字鍵入數(shù)值用刻度盤(pán)輸入第10頁(yè)/共72頁(yè)116.1.5人機(jī)交互技術(shù)（HumanComputerInteractionTechnology）用以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)分為3類1.

交互輸入技術(shù) 用于輸入命令、參數(shù)等2.

交互控制技術(shù) 用于控制圖形的生成3.

圖形拾取技術(shù) 用于拾取圖形第11頁(yè)/共72頁(yè)126.2交互輸入技術(shù)6.2.1主要交互輸入方式

包括兩種1.命令語(yǔ)言方式2.菜單選擇～第12頁(yè)/共72頁(yè)136.2.2命令語(yǔ)言方式人機(jī)通過(guò)文字方式對(duì)話關(guān)鍵問(wèn)題： 如何讓計(jì)算機(jī)理解人的語(yǔ)言?

如何讓它根據(jù)理解的內(nèi)容作出反饋？命令語(yǔ)言由一系列規(guī)則和約定組成，分兩種： 用戶引導(dǎo)的命令語(yǔ)言 系統(tǒng)引導(dǎo)的命令語(yǔ)言第13頁(yè)/共72頁(yè)146.2.2.1用戶引導(dǎo)的命令語(yǔ)言由一組相互獨(dú)立的命令組成命令語(yǔ)言約定了命令的各類詞和操作數(shù)用戶可以根據(jù)當(dāng)前任務(wù)需要隨意選擇命令e.g.DELETE1TO100 //清除第1至100個(gè)對(duì)象修飾詞，指明怎樣操作對(duì)象動(dòng)詞，規(guī)定了應(yīng)采取的動(dòng)作操作數(shù)，規(guī)定了動(dòng)詞作用的對(duì)象思考：在AutoCAD中命令語(yǔ)言是如何約定的？第14頁(yè)/共72頁(yè)156.2.2.2系統(tǒng)引導(dǎo)的命令語(yǔ)言以計(jì)算機(jī)為主的命令語(yǔ)言被組織在一個(gè)可執(zhí)行的程序內(nèi)命令之間相互聯(lián)系：順序關(guān)系，或是層次關(guān)系系統(tǒng)對(duì)用戶的每一步操作都有嚴(yán)格規(guī)定用戶不需熟記命令，只需按照系統(tǒng)提示輸入e.g.

自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)第15頁(yè)/共72頁(yè)16第16頁(yè)/共72頁(yè)176.2.3菜單選擇方式（MenuSelection）文本菜單臺(tái)板菜單屏幕菜單固定菜單下拉式菜單光標(biāo)菜單圖象菜單第17頁(yè)/共72頁(yè)18第18頁(yè)/共72頁(yè)19第19頁(yè)/共72頁(yè)206.2.3.1臺(tái)板菜單（TabletMenu）在數(shù)字化儀上布置菜單項(xiàng)，通過(guò)指示器選擇實(shí)現(xiàn)思路用代碼表示菜單將選擇點(diǎn)坐標(biāo)換算成代碼，根據(jù)代碼判斷處理菜單項(xiàng)的表示可用文字、符號(hào)或圖形1245678910第20頁(yè)/共72頁(yè)21實(shí)現(xiàn)的基本步驟1.生成臺(tái)板菜單（初始化）1.1在數(shù)字化儀上拾取菜單區(qū)范圍 左下角坐標(biāo)：Pmin(Xmin,Ymin)

右上角坐標(biāo)：Pmax(Xmax,Ymax)1.2輸入X和Y方向的菜單項(xiàng)數(shù)Nx和Ny1.3計(jì)算相應(yīng)的菜單代碼

for(i=1;i＜＝Ny;i++){for(j=1;j＜＝Nx;j++){IP[i][j]=j+(i－1)*Nx; }}第21頁(yè)/共72頁(yè)222.拾取菜單2.1在數(shù)字化儀上拾取擬選菜單項(xiàng)的位置坐標(biāo)x,y2.2將x,y

換算成相對(duì)的坐標(biāo)Rx，Ry

Rx＝x-Xmin Ry=│y-Ymin│2.3計(jì)算相應(yīng)的代碼

Dx=(Xmax－Xmin)∕Nx Dy=(Ymax－Ymin)∕Ny Col=(int)(Rx∕Dx)+1 Row=(int)(Ry∕Dy)+1 Num=IP[Row][Col]第22頁(yè)/共72頁(yè)232.4結(jié)束處理

若x,y超出菜單區(qū)，即：

x超出Xmin，Xmax；或

y超出Ymin，Ymax

則提示，并令Num=－13.執(zhí)行功能處理根據(jù)代碼Num進(jìn)行邏輯判斷轉(zhuǎn)到相應(yīng)的功能子程序處理思考：你能寫(xiě)出這個(gè)程序的框架嗎？

第23頁(yè)/共72頁(yè)246.2.3.2屏幕菜單在圖形屏幕上顯示菜單項(xiàng)，用指示器和鍵盤(pán)來(lái)選擇特點(diǎn)菜單項(xiàng)體現(xiàn)為圖形屏幕的圖形和字符實(shí)現(xiàn)步驟

參考臺(tái)板菜單第24頁(yè)/共72頁(yè)256.2.4AutoCAD用戶菜單

AutoCAD菜單類型

下面以下拉菜單為例進(jìn)行介紹按來(lái)源分1.標(biāo)準(zhǔn)菜單2.用戶菜單按形式分1.下拉菜單2.光標(biāo)菜單3.屏幕菜單4.圖象菜單5.臺(tái)板菜單第25頁(yè)/共72頁(yè)演示1在AutoCAD中創(chuàng)建下拉菜單項(xiàng)

使用CUI命令 1.菜單項(xiàng)的建立 2.命令的建立 3.將命令加入到菜單項(xiàng)26第26頁(yè)/共72頁(yè)276.3交互控制技術(shù)6.3.1主要交互控制方法 包括如下7種方法

1.

定位法 （PositioningMethod）

2.

強(qiáng)制法（EnforcingMethod）

3.

網(wǎng)格法（GridMethod）

4.

引力場(chǎng)法（GravityFieldMethod）

5.

橡皮帶法（RubberBandMethod）

6.

拖拉法（DragingMethod）

7.

草圖法（SchetchMethod）第27頁(yè)/共72頁(yè)286.3.2定位法 用定位設(shè)備在屏幕上輸入一個(gè)點(diǎn)，可顯示以這一點(diǎn)為基準(zhǔn)的圖、符號(hào)或字符串等的方法

在AutoCAD中 粘貼：

Pasteclip命令 (Px,Py)123ab第28頁(yè)/共72頁(yè)29第29頁(yè)/共72頁(yè)306.3.2定位法 用定位設(shè)備在屏幕上輸入一個(gè)點(diǎn)，可顯示以這一點(diǎn)為基準(zhǔn)的圖、符號(hào)或字符串等的方法

在AutoCAD中 粘貼：

Pasteclip命令 (Px,Py)123ab第30頁(yè)/共72頁(yè)31(Px,Py)123abAcDbObjectIddrawRectangle(AcGePointpt,inta,intb){…}voidpositioning(intid){ads_pointpt;inta,b;acedGetPoint(NULL,“\nBasepoint:”,pt);switch(id){case1:

acedGetDist(pt,“\nWidth”,

&a);acedGetDist(pt,“\nHeight”,

&b);drawRectangle(asPnt3d(pt),a,b);case2:…}}第31頁(yè)/共72頁(yè)326.3.3強(qiáng)制法 使用部分預(yù)先規(guī)定的坐標(biāo)值來(lái)替換所輸入的坐標(biāo)，使圖形滿足某種精度要求的方法 在AutoCAD中 捕捉：Snap

正交方式：Ortho

對(duì)象捕捉：Osnap12345oP1P2P3P4P2’P4’··第32頁(yè)/共72頁(yè)3312345oP1P2P3P4P2’P4’··AcDbObjectIddrawLine(AcGePointpt1,AcGePointpt2){…}voidconstraint(intid){ads_pointpt1,pt2;

acedGetPoint(NULL,“\nStartpoint:”,pt1);acedGetPoint(NULL,“\nEndpoint:”,pt2);switch(id){case1:pt2[Y]=pt1[Y];case2:…}

drawLine(asPnt3d(pt1),asPnt3d(pt2));}第33頁(yè)/共72頁(yè)346.3.4網(wǎng)格法 當(dāng)用戶在網(wǎng)格上作圖時(shí)，使所拾取的點(diǎn)均為網(wǎng)格交叉點(diǎn)的方法

在AutoCAD中 網(wǎng)格：Grid

捕捉：Snap(Xmin,Ymin)(Xmin,Ymin)NyNx·P(x,y)第34頁(yè)/共72頁(yè)35(Xmin,Ymin)(Xmax,Ymax)NyNxvoidgrid(intPx,intPy){intAx[100][100];intAy[100][100];intNx,Ny,Xmin,Ymin;intXmax,Ymax,X1,Y1;…for(i=0;i＜=Ny;i++){X1=Xmin;Y1=Ymin+i*(Ymax-Ymin)/Ny;for(j=0;j＜=Nx;j++){Ax[i][j]=X1+j*(Xmax-Xmin)/Nx;Ay[i][j]=Y1}}…eps=1;

//系統(tǒng)設(shè)置的精度·P(x,y)1/2第35頁(yè)/共72頁(yè)36…for(i=0;i＜=Ny;i++){for(j=0;j＜=Nx;j++){Vex=abs(Ax[i][j]-Px);Vey=abs(Ay[i][j]-Py);if(Vex<Eps&&Vey<Eps){Px=Ax[i][j];Py=Ay[i][j];gotoNext;}}}Next：……}(Xmin,Ymin)(Xmin,Ymin)NyNx·P(x,y)2/2第36頁(yè)/共72頁(yè)376.3.5引力場(chǎng)法 圍繞某一點(diǎn)、一直線或一圖形，設(shè)置一個(gè)區(qū)域，一旦光標(biāo)進(jìn)入這個(gè)區(qū)域，就被吸引到這一點(diǎn)、直線或圖形上的方法123○○第37頁(yè)/共72頁(yè)386.3.6橡皮帶法 作圖時(shí)記錄光標(biāo)經(jīng)過(guò)的軌跡的方法

在AutoCAD中 徒手作圖：

Sketch命令第38頁(yè)/共72頁(yè)39第39頁(yè)/共72頁(yè)406.3.7拖拉法 對(duì)屏幕上顯示的物體或圖形直接進(jìn)行位移或各種變換第40頁(yè)/共72頁(yè)41第41頁(yè)/共72頁(yè)426.3.8草圖法

由用戶徒手在屏幕上畫(huà)出圖形的輪廓，然后由計(jì)算機(jī)對(duì)它進(jìn)行加工，以滿足一定的規(guī)格要求的方法第42頁(yè)/共72頁(yè)436.4圖形拾取技術(shù)6.4.1主要圖形拾取方法 包含以下2種方法

1.拾取點(diǎn)定位法FetchingPointPositioningMethod

2.

圖形搜索法GraphicsSearchingMethod第43頁(yè)/共72頁(yè)446.4.2拾取點(diǎn)定位法

將人工控制的拾取點(diǎn)位置 定位到所要拾取的圖形上

3種主要形式

1.拾取窗形式

2.提示窗形式

3.試拾取形式第44頁(yè)/共72頁(yè)6.4.2.1拾取窗方式

用戶拾取一個(gè)圖形時(shí)，同時(shí)顯示以光標(biāo)點(diǎn)為中心的矩形區(qū)，系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)矩形區(qū)查找，區(qū)域內(nèi)的圖形被認(rèn)為是用戶拾取的圖形

適用情形

分布不密集的點(diǎn)

在AutoCAD中：靶框45·算法？第45頁(yè)/共72頁(yè)46第46頁(yè)/共72頁(yè)476.4.2.2提示窗方式

以待拾取圖形的某個(gè)代表點(diǎn)為中心，顯示一個(gè)矩形區(qū)，用戶將拾取點(diǎn)移入該窗，即可拾取該點(diǎn)

適用情形 圖形的代表點(diǎn)

在AutoCAD中 自動(dòng)捕捉標(biāo)記·第47頁(yè)/共72頁(yè)48第48頁(yè)/共72頁(yè)496.4.2.3試拾取方式

不管拾取點(diǎn)定位的難度，任憑用戶拾取，每拾取一次，系統(tǒng)就給出反饋，問(wèn)這個(gè)圖形是否是用戶所要拾取的點(diǎn)，用戶通過(guò)回應(yīng)確定拾取的圖形

適用情形

分布密集的點(diǎn)第49頁(yè)/共72頁(yè)506.4.3圖形搜索法

系統(tǒng)根據(jù)用戶拾取的一個(gè)點(diǎn)，去搜索、判別屏幕上哪一個(gè)圖形是所要拾取的圖形

3種主要形式

1.點(diǎn)的拾取

2.

直線段的拾取

3.

多邊形的拾取第50頁(yè)/共72頁(yè)516.4.3.1點(diǎn)的拾取

通過(guò)點(diǎn)之間的距離判定所拾取的點(diǎn)

設(shè)：P0(x0,y0)為用戶用手動(dòng)方法輸入的拾取點(diǎn)

P

(x,y)為已存在的點(diǎn) 拾取判別式

(x-x0)2+(y-y0)2≤Eps

其中Eps是系統(tǒng)設(shè)置的精度

··P0(x0,y0)P(x,y)第51頁(yè)/共72頁(yè)526.4.3.2直線段的拾取

通過(guò)點(diǎn)與線段的距離及與兩端點(diǎn)相對(duì)位置來(lái)判斷 求該直線的直線方程

P1P2線段的直線方程：Ax+By+C=0

A=y1-y2B=x2-x1 C=Y1(x1-x2)－X1(y1-y2)

由方程求出拾取點(diǎn)到該直線距離d

判別式：d≤Eps其中Eps是系統(tǒng)設(shè)置的精度·P0(x0,y0)第52頁(yè)/共72頁(yè)536.4.3.3多邊形的拾取

基于頂點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行判別 對(duì)每個(gè)多邊形逐點(diǎn)比較頂點(diǎn)坐標(biāo)，找出（Xmin,Xmax）（Ymin,Ymax） 查找滿足下式的多邊形

Xmin≤X0≤Xmax Ymin≤Y0≤Ymax

對(duì)找到的多邊形進(jìn)行逐邊比較，用直線段的拾取方法找出最近邊，該邊所在的多邊形即為所求·P0(x0,y0)第53頁(yè)/共72頁(yè)546.5交互式圖形用戶界面設(shè)計(jì)6.5.1圖形用戶界面的概念用戶界面又稱人機(jī)界面指向用戶提供的操作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合環(huán)境圖形用戶界面，又稱GUI（GraphicUserInterface）支持以圖形方式進(jìn)行人機(jī)交互的用戶界面可極大地降低計(jì)算機(jī)操作的復(fù)雜性已成為用戶界面的主流第54頁(yè)/共72頁(yè)556.5.2圖形用戶界面的基本形式 菜單驅(qū)動(dòng)的窗口系統(tǒng)

每個(gè)窗口都由標(biāo)題、菜單、控制盒、滾動(dòng)條、邊框等元素組成。 用戶可方便地使用鼠標(biāo)打開(kāi)、關(guān)閉窗口，實(shí)現(xiàn)窗口的移動(dòng)、尺寸改變和多窗口的布局。 用戶當(dāng)前可使用的一切命令都以菜單的形式顯示在屏幕上，以便用戶根據(jù)需要選擇。 系統(tǒng)為用戶提供了聯(lián)機(jī)幫助功能。第55頁(yè)/共72頁(yè)56系統(tǒng)菜單工具欄菜單欄狀態(tài)欄水平滾動(dòng)條垂直滾動(dòng)條對(duì)話框按鈕窗口視圖下拉框編輯框控件第56頁(yè)/共72頁(yè)576.5.3CAD系統(tǒng)圖形用戶界面的基本特征

1.

用戶通過(guò)鼠標(biāo)或其他指示設(shè)備，用光標(biāo)點(diǎn)取屏

幕上的圖形對(duì)象（如圖標(biāo)、窗口、菜單、按鈕等）來(lái)完成對(duì)它們的直接操縱。

2.

用戶通過(guò)操縱顯示在屏幕上的圖形對(duì)象來(lái)直接控制應(yīng)用程序的運(yùn)行。

3.

用戶可對(duì)界面自身進(jìn)行裁剪和定制，如放大、縮小和移動(dòng)窗口，更改顏色、字體和鼠標(biāo)鍵的設(shè)置等。第57頁(yè)/共72頁(yè)586.5.4CAD系統(tǒng)圖形用戶界面的設(shè)計(jì) 主要內(nèi)容包括

1.用戶模型（UserModel）

2.

屏幕布置（ScreenLayout）

3.

菜單組織（MenuOrganization）

4.

命令語(yǔ)言（CommandLanguge）

5.

信息反饋（InformationFeedback）第58頁(yè)/共72頁(yè)596.5.4.1用戶模型

計(jì)算機(jī)模型：設(shè)計(jì)對(duì)象的計(jì)算機(jī)表示

用戶模型：計(jì)算機(jī)模型中面向用戶的部分

e.g.結(jié)構(gòu)施工圖繪制的用戶模型 柱、墻、梁、板——面向?qū)ο? 點(diǎn)、線、圓弧、尺寸標(biāo)注——面向圖形 數(shù)據(jù)文件

是設(shè)計(jì)命令語(yǔ)言、菜單組織和信息反饋的基礎(chǔ)第59頁(yè)/共72頁(yè)606.5.4.2屏幕布置

形式：劃分為菜單區(qū)、命令輸入?yún)^(qū)、圖形區(qū)、 信息反饋區(qū)

設(shè)計(jì)原則

1.

盡可能節(jié)約每個(gè)區(qū)域的面積

2.

使圖形區(qū)面積為最大

3.

菜單要簡(jiǎn)練

4.

提示簡(jiǎn)明扼要

5.

注意色彩的協(xié)調(diào)第60頁(yè)/共72頁(yè)61AutoCAD主界面第61頁(yè)/共72頁(yè)62MicroStation主界面第