用户接口及交互式技术

1、第三章：用户接口及交互式技术,3.1 用户接口设计 3.2 逻辑输入设备与输入处理 3.3 交互式绘图技术,3.1：用户接口设计,用户模型 有效利用屏幕 反馈 一致性原则 减少记忆量,本节内容：,回退和出错 联机帮助 视觉效果设计 适应不同用户 菜单设计,3.1：用户接口设计,人机操作界面是计算机与人交互的窗口，一个友好的用户界面对图形系统至关重大。用户界面的好坏，在很大程度上关系到设计的软件是否容易学习和操作、是否成熟可靠、是否高效友好以及是否对用户具有吸引力。 用户接口确定用户与计算机如何进行信息交换。包括用户通过什么途径与图形系统进行联系，通过什么手段来操作系统的功能实现等。 最重要的就是高效率和对用户的友好性。,3.1：用户接口设计,用户模型,用户模型（User Mode）是用户接口设计的基础，它提供给用户有关他所处理的对象以及作用于这些对象的处理过程的一个概念性模型。 用户模型应简单、明确和一致： 模型简单要求模型中的图形对象数目和对象操作数目应根据应用的必要性而最小化； 一致性是指对于不同的对象与操作，不应当出现差别很大的定义方式。,3.1：用户接口设计,显示屏幕的有效利用

2、,人机界面的屏幕设计涉及屏幕布局、显示内容、字符及符号选用、网格划分、颜色选择等多方面的内容，每个方面都有一些经验和准则可以参考。 （1）屏幕划分：对称型和非对称型。设计中注意空间优化，突出重点，版面活泼。 （2）字符选择：字体、字型、字的大小、中文、西文及其大小写、对齐方式、字的间隔、页边空白等。选用得好可以给屏幕带来生气，建立起层次感，增加可读性。,3.1：用户接口设计,显示屏幕的有效利用,（3）信息显示的布局合理性：（工作区大，信息区小） （4）充分而又正确地使用图符：一类应用图符（application icons）代表实物对象，一类是控制图符（control icons）代表对对象的操作,（5）恰当地使用各种表示方法进行选择性信息显示：信息的显 示要符合用户 习惯,3.1：用户接口设计,视觉效果设计,这里强调的是色彩的使用： 选择色彩对比时以色调对比为主; 就色调而言，最容易引起视觉疲劳的是兰色和紫色，其次是红色和橙色；而黄色、绿色、蓝绿色和淡青色等色调不容易引起视觉疲劳; 为减轻视觉疲劳，应在视野范围内保持均匀的色彩的明亮度; 避免同时使用光谱边缘色； 字符、细线、小物体应

3、避免用蓝色； 颜色的效果与周围环境色彩有关； 避免红、绿色同时使用; 利用颜色把用户注意力吸引到重要信息上，用颜色对信息进行分类，并增强人的兴趣，减少视觉疲劳;,3.1：用户接口设计,菜单设计,绝大多数图形系统都采用了菜单结构，菜单可以是一些简单的字符串，也可是图标。利用各种类型的图形输入设备可以实现菜单选择功能，如鼠标、光笔、触摸屏都能迅速完成菜单选择。 一般来说，选择较少的菜单效,率较高，因为它大大减少了花在选择上的时间，也占据了较少的屏幕空间。通常，菜单位于屏幕的某一边，使其不影响图形的显示，如果菜单内容太多，可设计多级菜单，但层数不宜超过三层，否则用户会感到厌烦。 此外，另一种布局方式是“可移式”菜单，如“弹出菜单” ，它可在任意光标处出现，既方便了用户选择，又不占用屏幕空间。,3.1：用户接口设计,保持一致性和提供反馈,保持一致性： 一致性原则是指在设计系统的各个环节时，应遵从统一的、简单的规则，保证不出现例外和特殊的情况。 一致性原则并非绝对的。按用户认为最正常、最合乎逻辑的方式去做比保持单纯的一致性更重要！ 提供反馈： 反馈是人机交互的一部分，就是动态地显示系统运行中所发

4、生的一些变化，以便更有效地进行交互作用。 它告诉用户计算机正在进行什么操作、操作的结果、出错处理以及下一步应怎样进行等。如果响应时间太长，反馈信息就更显重要，否则用户会对系统是否已在操作、是否需要进一步的输入等问题感到困惑。,3.1：用户接口设计,减少失误和记忆,尽量减少失误的可能 要尽可能地减少用户的操作失误，引导用户只在有效的范围内工作，不让用户做不允许做的工作。 例如没有选择任何东西，就不要让用户做“拷贝”操作。这时，系统就应该使这些不可用的命令隐藏起来，如用灰色表示该菜单，告诉用户这些菜单目前不可用。 尽量减少要记忆的内容。 重要的是唤醒用户的识别而不是记忆。,3.1：用户接口设计,回退出错及面向多层次用户,回退和出错处理 出错时要提供恢复的功能，以改正错误。有四种恢复方法： 复原（UNDO）、中止（ABORT）、取消（CANCEL）、校正（CORRECT） 设计好的诊断程序 提供出错消息 对可能导致错误的一些动作进行预测 约束机制：动作与对象相一致 面向多层次用户 提供多种方法使软件能适应不同熟练程度的用户。 为用户提供联机帮助(On-Line Help)措施，能在用户操作过

5、程中的任何时刻提供请求帮助。,3.2：逻辑输入设备与输入处理,逻辑输入设备 输入模式,本节内容：,3.2：逻辑输入设备与输入处理,逻辑输入设备,交互式图形系统需要输入多种数据。用户可以利用物理输入设备，如鼠标、键盘、数字化仪、扫描仪等对图形数据进行输入、定位、拖动、拾取、修改和拷贝等各种交互操作。,同样的数据用不同的设备输入可能效果不同，为了减少系统对物理设备的依赖性，图形系统使用逻辑输入设备的概念来，提高系统的独立性和灵活性。,3.2：逻辑输入设备与输入处理,逻辑输入设备,根据图形输入信息的不同性质，GKS和PHIGS把输入设备在逻辑上分为六种逻辑输入设备。 对于这些设备可以从三个层次上来评价：,设备层：关注设备的硬件性能； 任务层：这一层对相同的交互任务用不同的交互设备来比较交互技术； 对话层：不对单个交互任务进行比较，而是对一系列的交互任务进行比较；,3.2：逻辑输入设备与输入处理,逻辑输入设备,定位设备：,定位设备用来输入一个位置坐标（x，y），典型方法是定位屏幕光标。 根据三个相互独立的特征对定位设备进行分类，可分成： （1）绝对坐标和相对坐标 绝对定位设备。如数字化仪和触摸

6、屏，都有绝对坐标原点，输入给计算机的是相对于坐标原点的位置坐标。 相对定位设备，如鼠标、跟踪球、操纵杆等，没有绝对坐标原点，输入给计算机的是相对于前一位置的变化量。,3.2：逻辑输入设备与输入处理,逻辑输入设备,定位设备：,（2）直接或间接 直接定位设备。如触摸屏，用户可以直接用手指或其它物体指点屏幕来进行定位。 间接定位设备。如数字化仪、鼠标和操纵杆，用户通过移动屏幕上的光标来进行定位。 （3）连续或离散 连续定位设备将手的平滑移动变成光标的平滑移动，数字化仪、鼠标和操纵杆等都是连续定位设备。 键盘上的光标控制键则是离散定位设备。 连续定位比离散定位设备移动光标更自然、快捷、更容易。,3.2：逻辑输入设备与输入处理,逻辑输入设备,笔划设备：,笔划设备的输入等于多次调用定位设备，产生一系列的坐标值，根据产生的坐标值可产生多边形和曲线等。 可以看成是对定位设备的连续调用。 许多用来定位的图形输入设备都可以作为笔划设备，如鼠标、跟踪 球、操纵杆的连续移动都可以,输入一系列坐标位置。 数字化仪是一种最典型的笔划设备，选择流工作方式后并按下游标上的输入键，数字化仪进入连续工作模式，当游标在数字

7、化板上移动时，可以产生一连串的坐标值。这种功能在画不规则图形时特别有用。,3.2：逻辑输入设备与输入处理,逻辑输入设备,定值设备：,定值设备向图形系统输入数值。 这些数值有些用于设置图形参数，如旋转角度、缩放因子，有些用于设置与特定应用相关的物理参数，如温度、压力、电压等。键盘上的数字键可以用来作为定值输入，用户只要按照指定的格式键入数值即可，但是键盘方法输入数值较慢。 通过在图形显示器上显示出标尺、刻度盘、滑杆、按钮等辅助工具，数字化仪、鼠标、操纵杆等定位设备也可以被用来实现定值设备的功能。,3.2：逻辑输入设备与输入处理,逻辑输入设备,字符串设备：,字符串设备用来输入一串字符。 最常用的字符串设备是键盘，手写体识别输入及语音识别输入也是极有前途的字符串输入方法。 后两种方法涉及到模式识别技术。首先需要有各种字符特征的字典或通过用户说一段话建立用户的语音字典，然后进行书写或朗读，利用模式识别提取字符或语音的特征，再到相应的字典中找出字符来。,3.2：逻辑输入设备与输入处理,逻辑输入设备,选择设备：,利用选择设备可以从一个选择集中挑选出一个元素。 在图形系统中，操作命令、属性值、物体种

8、类、物体等都是可能的被选集。 常用的选择设备有功能键、定位设备。,键盘上每个键都能被系统定义为功能键，按下某个键即执行相应的功能。通过键盘或鼠标可对菜单进行选择。 当用定位设备实现选择功能时，首先需要判断当前光标位置落在屏幕上的哪个菜单区域中，然后再判断选择了该菜单的哪一项。,3.2：逻辑输入设备与输入处理,逻辑输入设备,拾取设备：,拾取设备用来拾取屏幕上的一些图形对象，以便对它们进行进一步的操作。 在使用随机扫描显示器时，光笔是最方便的拾取设备。 一般情况下，可以先用定位设备将光标移动到想要拾取的图形对象的附近（对于非封闭图形）或内部（对于封闭图形），再按拾取键，这时系统会根据一定的拾取算法在存储所有图形对象的内部数据结构中找出被拾取的图形对象，并将该区域内拾取到的所有图形对象顺序醒目显示，用户认可后即可对该对象作进一步的操作，如复制、删除、修改等。 根据图形系统的不同，往往采用定位设备、选择设备、定值设备、以及它们的组合功能实现拾取这一功能：,3.2：逻辑输入设备与输入处理,逻辑输入设备,1.利用定位设备拾取：,存在不确定性冲突问题,如图，解决方法： 1）在图形对象生成时就对每一个

9、对象确定其拾取优先级； 2）采用依次对拾取图形设立标志的办法； 3）找距离最近的对象优先拾取：如一条以点(x1,y1)和点(x2,y2)为端点的线段，从点P0(x0,y0)到该线段距离的平方由下式来计算：,A,B,C,D,E,P,3.2：逻辑输入设备与输入处理,逻辑输入设备,2.指定拾取窗口：,拾取窗口是以光标位置为中心的一个矩形窗口，对每个对象确定相交性。只要窗口足够小，就不存在不确定性。,3.矩形包围：,拾取窗口是一组对角线确定的矩形包围窗口，完全落入其内的对象被拾取,4.直接键入结构名称：,3.2：逻辑输入设备与输入处理,输入模式,输入模式即如何管理、控制多种输入设备进行工作。 常用的输入模式有请求（request）、采样（sample）、事件（event）及其组合形式等几种。 在用六种逻辑输入设备设计一个交互系统时，应用程序必须指定用于输入数据的物理设备类型及其逻辑分类，其他参数取决于输入数据。 在应用程序和输入设备之间，输入控制的方式是多样的，这些方式又取决于程序和输入设备之间是如何相互作用的。例如，可用程序来初始化输入设备；或者是程序与输入设备同时工作；或者是由设备初始化输入数据。这三种工作方式即与请求、采样、事件方式相对应。,3.2：逻辑输入设备与输入处理,输入模式,对这三种输入控制方式都可定义相对应的输入命令，而且图形交互系统允许对每一种逻辑设备执行相应的输入操作。 例如，可设置如下命令： set_locator_mode(ws,device_code,input_mode,echoFlag) 这是用来设置定位器输入方式的命令，其中input_mode对应请求、采样、事件三种方式；ws是工作站的标志号；device_mode是用来指定被采用的物理定位设备的设备码；echo Flag决定是否需要回显； set_stroke_mode(4,2,event，echo) 这是把四号工作站上的输入板设成事件模式下有输入回显的笔划设备。 一个设备在同一时刻只能被设成一种方式，多台设备同时可在不同输入方式下工作。,3.2：逻辑输入设备与输入处理,输入模式,请求模式：,输入设备在应用程序的控制下工作，程序在输入请求发出后一直被置于等待状态直到数据输入。 在这种方式中，应用程序和数据输入是交替工作的，如果要求进行数据输入时，用户不进行输入，则

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