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1. 第十章 交互技术及图形用户接口 计算机用户接口是指计算机与其使用者之间的对话界面 , 是计算机系统的重要组成部分。计算机用户接口由最早的批处理作业方式、命令行对话形式、逐步发展成现在的图形用户接口。图形用户接口的广泛流行是计算机图形学迅速发展的结果，是当今计算机技术的重大成就之一 , 它极大地方便了非专业用户的使用 , 人们不再需要死记硬背大量的命令 , 而可以通过窗口、菜单等方便地进行操作。

2. 10.1 输入设备的逻辑分类 在人机交互中，输入设备是必不可少的。应用软件的输入可来自多种不同的输入设备，多个输入设备可提供同一类数据输入。第二章中我们讨论了一些常用的输入设备，但为了使应用软件的用户接口设计成与特定的输入设备无关，对输入设备不是按硬件名称而是按输入的数据类型进行逻辑分类。在计算机图形学中， GKS 和 PHIGS 按输入数据类型概括出下面六种输入设备逻辑分类。 1. 定位设备 ;2. 笔画设备 ;3. 字符串设备 ; 4. 定值设备 ;5. 选择设备 ;6. 拾取设备 。

3. 10.2 基本交互任务 交互任务就是交互系统用户向计算机内送入相关信息。基本交互任务包括：定位、选择、输入文本和数值输入。 1 定位 定位任务是指给应用程序指定位置坐标 (x,y) 或 (x,y,z) 。实现定位的常用交互技术是移动屏幕上的光标到目标的位置，然后用键盘输入位置坐标值，或由具有输入功能的定位设备直接输入位置坐标值。 2 选择 选择交互任务是从一个选择集中挑选一个元素，常用的选择集是命令集、属性集、对象分类集和对象集等。 3 文本输入 文本输入任务是输入字符串。文本输入使用逻辑字符串设备。

4. 4 定量 定量交互任务是要在最大和最小值之间确定一个数值。典型的定量交互技术是由键盘输入数值。定量交互任务同逻辑定值设备相对应。 10.3 图形用户接口设计 图形用户接口 (Graphic User Interface,GUI) 已经成为各种软件流行的人机接口形式。图形用户接口使用户界面已经从过去的人去适应计算机 , 发展到今天计算机更好地适应人的需求。典型的图形用户界面有 X 窗口系统，微软的 Windows 系统，苹果公司的 Macintosh 系统等。通常图形用户接口包含有窗口、下拉式和弹出式菜单、图符，以及用于确定屏幕光标位置的定位设备，如鼠标器等。

5. 10.3.1 用户接口的设计原则 良好的人机界面应该是使用方便、功能完善、反应迅速，使用者感到得心应手。一般应遵循下面一些设计原则。 1. 适应多种熟练程度的用户 2. 一致性 3. 减少记忆量 4. 回退和出错处理 5. 反馈

6. 10.3.2 数据的输入控制方式 交互式图形系统使用多种输入数据。也存在不同的输入方式。 图形软件包中提供输入的函数可按多种输入模式来组织，每种模式分别指明程序如何与输入设备交互。基本的输入控制方式有三种：程序启动数据输入；程序和输入设备同时工作；设备启动数据输入。这三种输入模式分别称为请求模式，采样模式和事件模式。 在请求模式中，由应用程序启动数据输入。输入过程从提出请求延续到收到所要的数据，该输入模式与通用程序设计语言中的一般输入操作对应，程序和输入设备交替工作，设备处于等待状态直到提出输入请求，然后程序处于等待状态直到收到数据。

7. 在采样模式下，应用程序和输入设备各自独立地操作。输入设备可能在程序处理其它数据的同时工作。输入设备的新数据取代前面的输入数据而被存储起来。当程序需要一个新数据时，就从输入设备中把当前值取走。 在事件模式下，输入设备启动数据输入并交给应用程序，程序和输入设备也是同时工作的，但是输入设备将数据放进一个输入队列中。所有输入数据均存储起来。当程序需要一个新数据时，就从输入队列中取。 在采样模式和事件模式下，任意多的设备可同时工作，某些处于采样模式下而另一些处于事件模式下。但是在请求模式下，在一个时间片内只能有一个设备用来提供输入。

8. 10.3.3 交互式图形用户接口 交互式图形用户接口一般使用与应用无关的通用界面元素 , 如窗口、菜单、对话框和图符等来设计，从而使各种处理直观易懂并易于操作。目前 GUI 技术已经成为比较成熟的用户接口设计技术。 10.4 交互式构图技术 图形系统中有一些技术用来帮助进行交互式构图。比如，可以限制所有的线条或者是水平的或者是垂直的；选择画直线命令后，指定两个点后自动在这两个点之间连一条直线等。一些常用的构图技术包括 1. 基本的定位方法 ; 2. 约束 ; 3. 引力场 ; 4. 橡皮筋方法 ; 5. 拖动。

9. 10.5 图形软件标准 为了提高计算机图形软件在不同的计算机和图形设备之间的可移植性 , 使计算机图形功能标准化，经过国际标准化协会 ISO （ International Standards Organization ）和许多国家的标准化组织多年的努力，已经制定出一些为大家所接受的计算机图形标准。 美国计算机协会 ACM(Association for Computing Machinery) 于 1974 年成立了图形标准计划委员会 GSPC ，并于 1977 年提出核心图形系统（ Core Graphics System ）。同年，原西德工业标准 DIN （ Deutsche Industrie Normen) 提出了 GKS （ Graphical Kernel System ）系统。 GKS 于 1982 年被 ISO 工作组通过为国际标准草案。 1985 年正式批准为二维图形国际标准，是第一个计算机图形国标标准。此后，美国国家标准化协会 ANSI(American National Standards Institute ）也采用 GKS 为国家标准。

10. 1980 年， ANSI 着手开发图形数据交换标准 VDM(Virtual Device Metafile ）。 1984 年， ISO 更名 VDM 为 CGM （ Computer Graphics Metafile ），并公布了 DP8632 。 1987 年， CGM 成为第二个国际图形标准。 1980 年， ANSI 提出图形设备接口标准 VDI （ Virtual Device Interface ）概念。 1984 年 ,ISO 更名 VDI 为 CGI ，随后在 1986 年公布了 CGIDP9636 。 1986 年， ISO 公布了计算机图形系统的另一个计算机图形国标标准 PHIGS （ Programmer's Hierarchical Interactive Graphics System ），这是 GKS 的扩充。 PHIGS 增加的功能有对象建模、彩色设定、表面绘制和图形管理。此后，又将 PHIGS 扩展为 PHIGS + ，增加了三维表面阴暗处理能力。各个计算机图形国标标准主要是定义了标准数据接口和标准图形函数。