土木工程CAD技術(shù)基礎(chǔ)第6章人機(jī)交互技術(shù)ppt課件

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本周上機(jī) 1. 上機(jī)內(nèi)容 AutoCAD 三維建筑造型練習(xí)及輔導(dǎo) 2. 上機(jī)時(shí)間：周五（5月8日）晚上 6:00-8:00 第1組 8:00-10:00 第2組 3. 上機(jī)地點(diǎn)：院大機(jī)房 要求全體參加,1,本課程的內(nèi)容,,土木工程CAD 技術(shù)基礎(chǔ),,CAD 基礎(chǔ)知識(shí),CAD系統(tǒng) 基本原理,土木工程CAD 相關(guān)技術(shù),土木工程CAD 系統(tǒng)設(shè)計(jì),第1章 引言 第2章 CAD系統(tǒng)概論 第3章 計(jì)算機(jī)圖形技術(shù) 第4章 AutoCAD應(yīng)用技術(shù) 第5章 三維建筑造型 第6章 人機(jī)交互技術(shù) 第7章 工程分析與優(yōu)化設(shè)計(jì) 第8章 工程數(shù)據(jù)處理與交換 第9章 土木工程CAD系統(tǒng)開發(fā) 第10章 現(xiàn)代CAD技術(shù),參照 “教學(xué)日歷”,,,,,,,,,,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),3,6.1 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”（Human Computer Interaction） 針對(duì)：CAD系統(tǒng),4,例：在CAD中畫線段,,5,6.1.2 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,6,6.1.3 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,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,8,6.1.4 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,9,物理～,,鍵盤,鼠標(biāo)器,數(shù)字化儀,光筆,刻度盤,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 通過模擬，可使邏輯～功能由多種物理～來實(shí)現(xiàn),電位計(jì),10,例：設(shè)備模擬,選擇器～,拾取器～,定值器～,定位器～,用鍵盤控制光標(biāo) 鍵入定位 用數(shù)字化儀輸入,用鍵盤選擇菜單 鍵入命令,用鼠標(biāo)器光標(biāo)拾取 鍵入名字,鍵入數(shù)值 用刻度盤輸入,,,,,11,6.1.5 人機(jī)交互技術(shù)（ Human Computer Interaction Technology） 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,,12,6.2 交互輸入技術(shù),6.2.1 主要交互輸入方式 包括兩種 1. 命令語言方式 2. 菜單選擇～,13,6.2.2 命令語言方式 人機(jī)通過文字方式對(duì)話 關(guān)鍵問題： 如何讓計(jì)算機(jī)理解人的語言? 如何讓它根據(jù)理解的內(nèi)容作出反饋？ 命令語言由一系列規(guī)則和約定組成，分兩種： 用戶引導(dǎo)的命令語言 系統(tǒng)引導(dǎo)的命令語言,14,6.2.2.1 用戶引導(dǎo)的命令語言 由一組相互獨(dú)立的命令組成 命令語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. DELETE 1 TO 100 // 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中命令語言是如何約定的？,15,6.2.2.2 系統(tǒng)引導(dǎo)的命令語言 以計(jì)算機(jī)為主的命令語言 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),16,17,6.2.3 菜單選擇方式（Menu Selection）,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,18,19,20,6.2.3.1 臺(tái)板菜單（Tablet Menu） 在數(shù)字化儀上布置菜單項(xiàng)，通過指示器選擇,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,1,2,4,5,6,7,8,9,10,21,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Ny 1.3 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; } },,22,2. 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, y 2.2 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 ],,23,2.4 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 = －1 3. 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：你能寫出這個(gè)程序的框架嗎？,24,6.2.3.2 屏幕菜單 在圖形屏幕上顯示菜 單項(xiàng)，用指示器和鍵 盤來選擇 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,25,6.2.4 AutoCAD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,26,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),,27,6.3 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 （Positioning Method） 2. 強(qiáng)制法（Enforcing Method） 3. 網(wǎng)格法（Grid Method） 4. 引力場(chǎng)法（Gravity Field Method） 5. 橡皮帶法（Rubber Band Method） 6. 拖拉法（Draging Method） 7. 草圖法（Schetch Method）,28,6.3.2 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),1,2,3,a,b,29,30,6.3.2 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),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 強(qiáng)制法 使用部分預(yù)先規(guī)定的坐標(biāo)值來替換所輸入的坐標(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：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: pt2[Y] = pt1[Y]; case 2: … } drawLine(asPnt3d(pt1), asPnt3d(pt2)); },34,6.3.4 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),Ny,Nx,·,P(x, y),35,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(Xmin, Ymin),(Xmax, Ymax),Ny,Nx,void grid(int Px, int Py){ int Ax[100][100]; int Ay[100][100]; 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++){ 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),1/2,36,… 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 } } } Next ：… … },,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(Xmin, Ymin),(Xmin, Ymin),Ny,Nx,·,P(x, y),2/2,37,6.3.5 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,,,,,,,,1,2,3,,,,,○,,,,,,,,,○,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,38,6.3.6 橡皮帶法 作圖時(shí)記錄光標(biāo)經(jīng)過的軌跡的方法 在AutoCAD中 徒手作圖： Sketch命令,,,,,,39,40,6.3.7 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,,,,,,,,,41,42,6.3.8 草圖法 由用戶徒手在屏幕上畫出圖形的輪廓，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,,,,,,,,,43,6.4 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 Fetching Point Positioning Method 2. 圖形搜索法 Graphics Searching Method,44,6.4.2 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,45,6.4.2.1 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,,,·,,,算法？,46,,47,6.4.2.2 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,,,48,,49,6.4.2.3 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，問這個(gè)圖形是否是用戶所要拾取的點(diǎn)，用戶通過回應(yīng)確定拾取的圖形 適用情形 分布密集的點(diǎn),50,6.4.3 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,51,6.4.3.1 點(diǎn)的拾取 通過點(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),52,6.4.3.2 直線段的拾取 通過點(diǎn)與線段的距離及與兩端點(diǎn)相對(duì)位置來判斷 求該直線的直線方程 P1 P2線段的直線方程：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),,53,6.4.3.3 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),,,,,,,54,6.5 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（Graphic User Interface） 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,55,6.5.2 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、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。,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,57,6.5.3 CAD系統(tǒng)圖形用戶界面的基本特征 1. 用戶通過鼠標(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）來完成對(duì)它們的直接操縱。 2. 用戶通過操縱顯示在屏幕上的圖形對(duì)象來直接 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。,58,6.5.4 CAD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（User Model） 2. 屏幕布置（Screen Layout） 3. 菜單組織（Menu Organization） 4. 命令語言（Command Languge） 5. 信息反饋（Information Feedback）,59,6.5.4.1 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)命令語言、菜單組織和信息反饋的基礎(chǔ),60,6.5.4.2 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. 菜單要簡練 4. 提示簡明扼要 5. 注意色彩的協(xié)調(diào),61,AutoCAD主界面,62,MicroStation主界面,63,Project 4D主界面,64,建筑施工4D管理系統(tǒng)主界面,65,6.5.4.3 命令語言 設(shè)計(jì)原則 1. 遵循用戶模型，符合用戶語言習(xí)慣 2. 語言簡潔、完整 3. 及時(shí)反饋信息 4. 完善的容錯(cuò)處理手段 e.g. 顯示出錯(cuò)信息，提示改錯(cuò)辦法，提供取消操作 5. 統(tǒng)一的語義、語法、顯示方式 e.g. Return-執(zhí)行命令 Esc-退出 黃色-反饋信息 紅色-警告,66,6.5.4.4 菜單組織 設(shè)計(jì)原則 1. 采用樹結(jié)構(gòu) 葉結(jié)點(diǎn)：可執(zhí)行的菜單項(xiàng)，對(duì)應(yīng)一個(gè)程序段 中間節(jié)點(diǎn)：提示信息項(xiàng) 2. 菜單結(jié)構(gòu)的層次不宜過深 3. 回顯所選中的菜單項(xiàng),67,68,6.5.4.5 信息反饋 包括：對(duì)用戶輸入內(nèi)容的回顯 顯示對(duì)用戶輸入內(nèi)容的處理結(jié)果 設(shè)計(jì)原則 1. 易讀性和易理解性 2. 信息反饋與畫面整體協(xié)調(diào) 3. 信息反饋的形式：圖、數(shù)、文 4. 反饋時(shí)間盡可能短,69,本章學(xué)習(xí)重點(diǎn) 1. 交互設(shè)備的邏輯分類 2. 交互輸入技術(shù) 3. 交互控制技術(shù) 4. 圖形拾取技術(shù) 5. 下拉菜單的實(shí)現(xiàn) 6. 交互式圖形用戶界面設(shè)計(jì)原則,70,本章參考文獻(xiàn) 1. 任愛珠等. 土木工程CAD技術(shù). 清華大學(xué)出版 社，2006. 第5章 2. AutoCAD 2006 幫助文檔（聯(lián)機(jī)幫助）,71,課堂測(cè)試 請(qǐng)用10分鐘的時(shí)間，寫出你學(xué)過本章后 印象最深的 收獲最大的 意見和建議 至少3點(diǎn)。,,72,