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1、 计计 算算 机机 图图 形形 学学Computer Graphics 王汝传王汝传 南京邮电大学南京邮电大学 计算机学院计算机学院16.1 6.1 概述概述一、计算机绘图方式一、计算机绘图方式1 1、被动式绘图、被动式绘图依靠程序运行自动产生图形依靠程序运行自动产生图形的绘图方式；的绘图方式；图形在生成过程中，操作者图形在生成过程中，操作者无法对图形进行操作和控制。无法对图形进行操作和控制。如如C语言绘图语言绘图第六章第六章 交互式绘图技术交互式绘图技术 第六章 交互式绘图技术6.1 概述6.2 交互式绘图系统6.3 交互式绘图的交互技术6.4 输入控制方式6.5 交互式绘图系统构造方法2
2、在被动式绘图中，程序和图形具有相对固定的联系，在被动式绘图中，程序和图形具有相对固定的联系，程序的直接运行结果就是某个预定的图形，操作员不程序的直接运行结果就是某个预定的图形，操作员不能对运行中的程序进行干预，要想改变图形必须从修能对运行中的程序进行干预，要想改变图形必须从修改源程序做起。即重新编辑、编译、连接、运行改源程序做起。即重新编辑、编译、连接、运行。这种工作方式对于某些方面可能是不方便的，例这种工作方式对于某些方面可能是不方便的，例如在总体设计、造型设计、外观设计以及建筑设计等如在总体设计、造型设计、外观设计以及建筑设计等场合下，往往需要凭借直观边作设计边调整，这就需场合下，往往需要
3、凭借直观边作设计边调整，这就需要采用交互式绘图进行工作。要采用交互式绘图进行工作。32、交互式绘图交互式绘图 允许用户动态对显示图形进行修改，改变图形参数、允许用户动态对显示图形进行修改，改变图形参数、颜色、比例等。如颜色、比例等。如AutoCAD就是一款著名的交互式绘图就是一款著名的交互式绘图软件软件 随着计算机绘图技术的广泛应用，交互处理已经是必随着计算机绘图技术的广泛应用，交互处理已经是必不可少的内容。不可少的内容。4二、交互式绘图特点二、交互式绘图特点1 1、可以及时交换信息、可以及时交换信息 a a、对计算机应用程序：可根据用户选择内容决定程序、对计算机应用程序：可根据用户选择内容决
4、定程序 流向，即程序如何运行流向，即程序如何运行 b b、对用户来说，可以根据提示内容输入选择、对用户来说，可以根据提示内容输入选择2 2、灵活方便运行程序、灵活方便运行程序 一个应用程序会有不同的应用功能，用户可以根据一个应用程序会有不同的应用功能，用户可以根据需要方便的选择所需功能。需要方便的选择所需功能。交互式技术在计算机图形学中非常重要，因此又把交互式技术在计算机图形学中非常重要，因此又把计算机图形学称为交互式计算机图形学。计算机图形学称为交互式计算机图形学。Computer GraphicsInteractive Computer Graphics56.2 交互式绘图系统交互式绘图系
5、统 第六章 交互式绘图技术6.2 交互式绘图系统 6.2.1 交互式绘图系统组成 6.2.2 交互式绘图系统交互任务 6.2.3 交互式绘图系统设计原则6.2.1 交互式绘图系统组成交互式绘图系统组成交互式绘图交互式绘图是在交互软件是在交互软件的支持下，通过交互绘图的支持下，通过交互绘图设备由操作员和计算机对设备由操作员和计算机对话而随机进行的绘图。话而随机进行的绘图。交互式绘图系统由交互式绘图系统由软件软件和和硬件硬件两部分组成。两部分组成。61、交互式绘图系统软件、交互式绘图系统软件（1）应用数据库：存放图形几何信息数据（大小、尺寸）应用数据库：存放图形几何信息数据（大小、尺寸等）、属性数
6、据（线形、颜色等）和非几何数据（文字、等）、属性数据（线形、颜色等）和非几何数据（文字、数值等）数值等）（2）图形系统：提供各种图形功能的程序（如）图形系统：提供各种图形功能的程序（如AutoCAD）（3）应用程序：交互式绘图系统的核心，为各种应用）应用程序：交互式绘图系统的核心，为各种应用界面而设计界面而设计2、交互式绘图系统硬件：、交互式绘图系统硬件：除主机外，主要对的图形交互式设备就是图形输入除主机外，主要对的图形交互式设备就是图形输入设备和输出设备，如键盘、鼠标、数字化仪等设备和输出设备，如键盘、鼠标、数字化仪等76.2.2 交互任务交互任务包括定位、选择、文本输入和数值输入包括定位、
7、选择、文本输入和数值输入1、定位交互任务：为应用程序指定一个位置量、定位交互任务：为应用程序指定一个位置量2、选择交互任务：从选择集中选择一个元素项目、选择交互任务：从选择集中选择一个元素项目（1）固定选择集，如命令、属性和目标选择集）固定选择集，如命令、属性和目标选择集（2）变化选择集，如目标实体选择集，包括命名和指定）变化选择集，如目标实体选择集，包括命名和指定 两种方式两种方式3、文本交互任务：输入字符串文本交互任务：输入字符串4、定值交互任务：输入某一范围内数值定值交互任务：输入某一范围内数值8 第六章 交互式绘图技术6.2 交互式绘图系统 6.2.1 交互式绘图系统组成 6.2.2
8、交互式绘图系统交互任务 6.2.3 交互式绘图系统设计原则6.2.3 设计原则设计原则1、设计一致性、设计一致性 系统各个环节应统一、简单、方便使用；系统各个环节应统一、简单、方便使用；2、简单易学、简单易学 操作步骤简单，随时对用户进行提醒，有帮助命令等；操作步骤简单，随时对用户进行提醒，有帮助命令等；3、提供反馈、提供反馈 要求：要求：a、反应越快越好、反应越快越好 b、对于一些大量计算不能及时反应，需给出计、对于一些大量计算不能及时反应，需给出计 算机正常工作指示，以免用户误认为操作不当算机正常工作指示，以免用户误认为操作不当4、减少出错的可能性、减少出错的可能性5、提供改错能力、提供改
9、错能力6、面向多种技术层次、面向多种技术层次7、减少记忆量、减少记忆量9 第六章 交互式绘图技术6.3 交互式绘图的交互技术6.3.1 构图技术6.3.2 拾取技术6.3.3 菜单技术 6.3 交互式绘图的交互技术交互式绘图的交互技术 交互式绘图技术是一种处理用户输入图形数据的技术，交互式绘图技术是一种处理用户输入图形数据的技术，可分为三类：可分为三类：构图技术构图技术 拾取技术拾取技术 菜单技术菜单技术106.3.1 构图技术构图技术 构图技术是指建立或修改物体的几何模型的技术，构图技术是指建立或修改物体的几何模型的技术，它可以通过选择作图命令和指定一系列定位点进行作图。它可以通过选择作图命
10、令和指定一系列定位点进行作图。常用构图技术有：常用构图技术有：1、定位法：、定位法：用定位设备来确定要显示物体或字符串位置用定位设备来确定要显示物体或字符串位置2、约束法：、约束法：当需要绘制水平和垂直直线段时，运用水平和垂直约束当需要绘制水平和垂直直线段时，运用水平和垂直约束技术可以避免由于人眼或定位设备带来的误差技术可以避免由于人眼或定位设备带来的误差移动 光标 按下按钮开关 +方向约束113、引力场法：、引力场法：如果要从已知直线上一点再画一条直线，如果要从已知直线上一点再画一条直线，可以在每一条直线围一条区域，当光标移到这个区域时，可以在每一条直线围一条区域，当光标移到这个区域时，就自
11、动被直线上最近一个点代替就自动被直线上最近一个点代替利用引力场法使线段互联利用引力场法使线段互联 +4、橡皮筋法：、橡皮筋法：在起点确定后，光标移出去定终点时，在起点确定后，光标移出去定终点时，在屏幕上始终显示一条连结起点和光标中心的直线在屏幕上始终显示一条连结起点和光标中心的直线橡皮筋法橡皮筋法+5、拖动法：、拖动法：用光标将形体在空间移动至任一位置用光标将形体在空间移动至任一位置+按动按钮按动按钮 选中物体选中物体 +移动光标移动光标 也移动物体也移动物体 +当物体正确定当物体正确定 位时按钮停止位时按钮停止 126.3.2 拾取技术拾取技术 当屏幕上有几个图形显示时，要处理某一图形，此时
12、当屏幕上有几个图形显示时，要处理某一图形，此时我们只需点取此图形，表示现在要处理该图形。如点取图我们只需点取此图形，表示现在要处理该图形。如点取图形上一点、划长方形框处理框内图形。形上一点、划长方形框处理框内图形。+高亮度选择点高亮度选择点 划定长方形框选择划定长方形框选择136.3.3 菜单技术菜单技术1、采用菜单技术的优点：、采用菜单技术的优点：（1）菜单可清楚显示出用户所能选择功能，如绘图菜单）菜单可清楚显示出用户所能选择功能，如绘图菜单（2）用菜单不会出现错误命令）用菜单不会出现错误命令（3）菜单使用十分灵活）菜单使用十分灵活2、菜单分类：、菜单分类：（1）主菜单：在屏幕某区域，始终显
13、示在屏幕上）主菜单：在屏幕某区域，始终显示在屏幕上（2）下拉式菜单）下拉式菜单（3）弹出式菜单）弹出式菜单14 第六章 交互式绘图技术6.5 交互式绘图系统构造方法6.5.1 界面布置6.5.2 交互式工作方式6.5.3 交互式用户接口的实现 6.5 交互式绘图系统构造方法交互式绘图系统构造方法15 6.5.1 界面布置界面布置 界面布置包括屏幕划分、显示内容、颜色搭配等界面布置包括屏幕划分、显示内容、颜色搭配等1、屏幕划分：、屏幕划分：如图如图菜单区菜单区 图形显示区图形显示区提示区提示区图形图形显示区显示区菜单区菜单区提示区提示区 (a)对称式对称式 (b)非对称式非对称式屏幕划分屏幕划分
14、162、字型选取：、字型选取：中文或英文、字体中文或英文、字体3、颜色选取、颜色选取4、窗口：、窗口：屏幕上可划分大小不同窗口，方便交互式对话屏幕上可划分大小不同窗口，方便交互式对话5、菜单：、菜单：用菜单表示程序中各种功能用菜单表示程序中各种功能176.5.2 交互式工作方式交互式工作方式1、固定输入、固定输入/输出方式输出方式2、问答方式、问答方式3、表处理方式、表处理方式4、命令语言、命令语言5、菜单方式、菜单方式6、图标方式、图标方式 第六章 交互式绘图技术6.5 交互式绘图系统构造方法6.5.1 界面布置6.5.2 交互式工作方式6.5.3 交互式用户接口的实现6.5.3 交互式用户
15、接口的实现交互式用户接口的实现1、交互式输出界面设计、交互式输出界面设计（1）设计原则）设计原则 要全盘考虑显示信息内容，布局和格式等；要全盘考虑显示信息内容，布局和格式等；反馈信息和屏幕输出应面向用户，指导用户，以满足反馈信息和屏幕输出应面向用户，指导用户，以满足 用户需求为目标；用户需求为目标；反馈信息内容应准确、简洁；反馈信息内容应准确、简洁；屏幕显示和布局应美观、清楚、合理；屏幕显示和布局应美观、清楚、合理；合理安排信息在屏幕上显示顺序；合理安排信息在屏幕上显示顺序；显示方式一致性；显示方式一致性；合理选择文本方式和图形方式显示；合理选择文本方式和图形方式显示；使用图形、多窗口方式显示
16、。使用图形、多窗口方式显示。18（2）屏幕显示技术）屏幕显示技术 文本式屏幕显示一般格式文本式屏幕显示一般格式 a标题引。标题引。b屏幕主体。屏幕主体。c出错信息区。出错信息区。d状态和提示行。状态和提示行。问答式屏幕设计问答式屏幕设计 一问一答，问答分开一问一答，问答分开 信息屏幕设计信息屏幕设计 包括输人命令的反馈、程序的运行结果、出错信息以及帮包括输人命令的反馈、程序的运行结果、出错信息以及帮 助信息等。助信息等。程序控制屏幕设计程序控制屏幕设计 程序控制屏幕提供给用户用来监视、操纵或控制系统的运程序控制屏幕提供给用户用来监视、操纵或控制系统的运 行。行。如命令语言、菜单等。如命令语言、
17、菜单等。标题标题 屏幕号屏幕号屏幕体屏幕体错误信息错误信息状态、提示行状态、提示行19窗口设计原则：窗口设计原则：对简单系统或为生疏型用户使用，设计瓦片式窗口便对简单系统或为生疏型用户使用，设计瓦片式窗口便足够了，在完成同样功能下能够减少不必要复杂性；足够了，在完成同样功能下能够减少不必要复杂性；可以利用窗口进行任务切换，但应该尽可能减少任务可以利用窗口进行任务切换，但应该尽可能减少任务切换次数，以减少系统开销，提高运行速度；切换次数，以减少系统开销，提高运行速度；删除与现在任务无直接关系的窗口，以使屏幕显示清删除与现在任务无直接关系的窗口，以使屏幕显示清晰，并提高运行效率。晰，并提高运行效率
18、。充分利用窗口系统，进行多窗口的设计。充分利用窗口系统，进行多窗口的设计。20（2）窗口操作）窗口操作 对一个窗口操作有：对一个窗口操作有：建立建立保留保留恢复恢复拖动拖动关闭关闭（3）窗口管理系统）窗口管理系统 定义：管理屏幕空间，使多种程序利用屏幕空间而定义：管理屏幕空间，使多种程序利用屏幕空间而 不相互干扰。不相互干扰。作用：作用：a、为显示终端开出不同窗口；、为显示终端开出不同窗口；b、在窗口内可显示结果；、在窗口内可显示结果；c、改变屏幕窗口区域、大小、位置；、改变屏幕窗口区域、大小、位置；d、可生产弹出式或下拉式菜单对话窗。、可生产弹出式或下拉式菜单对话窗。21形式：形式：以程序库
19、的形式向用户提供基本的窗口管理库函数，以程序库的形式向用户提供基本的窗口管理库函数，这种类型的系统功能较简单，图形技术应用较少。这种类型的系统功能较简单，图形技术应用较少。以集成操作环境为特点的窗口系统。这种操作系统就以集成操作环境为特点的窗口系统。这种操作系统就是以窗口形式进行各种操作，它具有统一的用户界面，并是以窗口形式进行各种操作，它具有统一的用户界面，并有一套完整的软件开发工具。有一套完整的软件开发工具。建立在分布系统上的窗口系统，它既具有集成操作环建立在分布系统上的窗口系统，它既具有集成操作环境的特点，又具有网络透明性。境的特点，又具有网络透明性。组成：组成：窗口管理程序。窗口管理程序。窗口系统。窗口系统。22窗口系统和图形包窗口系统和图形包操作系统操作系统硬件硬件应用应用程序程序1 1应用应用程序程序3 3应用应用程序程序2 2窗口窗口管理器管理器高级高级图形包图形包终端仿终端仿真程序真程序用户用户客户程序客户程序服务器服务器窗口系统与应用程序之间关系 23思考题：思考题：构图技术有哪几种？你认为哪一种技术构图技术有哪几种？你认为哪一种技术最容易实现？为什么？最容易实现？为什么？24