最新计算机图形学第6章人机交互绘图技术

《人机交互技术》课程实验指导书山东大学计算机科学技术学院软件学院《人机交互技术》课程实验教学大纲课程名称：人机交互技术英文名称：Human-computer Interaction Technology课程编号：课程负责人：王璐大纲主撰人：王璐课程总学时：32 实验学时： 16课程总学分：3适用专业及年级: 计算机科学与技术/软件工程系/数字媒体，三年级本科生一．实验教学的目的通过《人机交互技术》实验课程的实践，使学生了解《人机交互技术》与计算机图形、程序设计、认知心理学以及计算机硬件的发展等领域密切相关，并加深学生对人机交互知识的理解，增强学生的实际运用能力和开发高可用性的交互界面的能力。

二．实验教学的任务通过案例学习，让学生了解不同的人机交互模型设计类型，以及成功与失败案例所带来的启示。

通过原型设计使学生了解原型的作用，并了解用户需求对设计一个良好人机交互界面的重要性。

通过原型和界面评估，使学生掌握针对交互系统的评估方法。

三．具体实验题目名称和学时分配、适用专业及实验性质（设计性、综合性、验证性）一个具有语音提示功能的界面，要求设计交互模型，根据实际应用情况来确定是否要用语音。

技术/软件工程SpeechSDK，在公共PC机房，要求配有语音卡、耳麦、扬声器等多媒体设备2 人机交互系统的评估4计算机科学技术/软件工程/数字媒体综合性选开提交所评估的系统评估报告3 （1）基于三维运动捕捉设备的人体骨架信息的获得与处理（2）基于三维运动捕捉设备采集三维运动数据4 数字媒体演示性必开数字媒体专业实验室4 基于Web3D的虚拟漫游交互学习系统：利用Web3D构建一个如图所示的虚拟场景，结合某个主题创建一个知识学习体系，丰富场景中多媒体展示形式，支持多用户漫6计算机科学技术/软件工程/数字媒体综合性必开在普通PC机房进行，要求环游和虚拟环境中的人人交互、人物交互等。

境，建模工具Maya，游戏引擎Web3D，游戏开发环境AptanaStudio5 设计人机交互课程PC端及移动设备上的自定制网页界面。

1.1什么是人机交互（HCI）是指关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机系统，并围绕相关的主要现象进行研究的学科。

狭义地讲，人机交互技术主要是研究人与计算机之间的信息交换。

人到计算机的信息交换是用手、脚、声音、姿势或身体的动作、视线甚至脑电波等像计算机传递信息，计算机到人的信息交换是用输出或显示设备向人们提供可理解的信息。

1.2人机交互的研究内容1.人机交互界面表示模型与设计方法2.可用性分析与评估3.多通道交互技术4.认知与只能用户界面5.群件6.Web设计7.移动界面设计1.3人机交互的发展历史1.命令行界面交互阶段2.图形用户界面交互阶段 *3.自然和谐的人机交互阶段2.1人的感知：1.视觉 2.听觉 3.触觉2.2影响认知的因素：1）情感（积极的情感会使人的思想更有创造性、解决复杂问题的能力更强，而消极的情感使人的思考更加片面，还会影响其他方面的感知和认知能力）2）人的个性差异2.3对概念模型的认知：1.思维模型 2.信息处理模型3.外部认知模型3.1输入设备1.文本输入设备（键盘、手写输入设备）2.图像输入设备（二维扫描仪、数码摄像头）3.三维信息输入设备（三维扫描仪、动作捕捉器）4.指点输入设备（鼠标、光笔、控件杆、触摸板、触摸屏）3.2输出设备：显示器、打印机、语音交互设备*3.3显示器的工作原理：显示器是计算机的重要输出设备，是人机对话的重要工具。

它的主要功能是接受主机发出的信息，经过一系列的变换，最后以光的形式将文字和图形显示出来。

3.4显示器的类型阴极射线管显示器、液晶显示器、等离子显示器阴极射线管显示器原理：主要由阴极、电平控制器、聚焦系统、加速系统、偏转系统和阳极荧光粉涂层（前四个组成电子枪）组成。

CRT显示终端的工作原理就是将显像管内部的电子枪阴极发出的电子束，经强度控制、聚焦和加速后变成细小的电子流，再经过偏转线圈的作用向正确的目标偏离，穿越荫罩的小孔或栅栏，轰击到荧光屏上的荧光粉发出光。

人机交互技术课件第一部分：引言人机交互技术，顾名思义，就是指人与计算机之间的交互方式。

这种交互方式包括我们日常生活中使用的计算机、手机、平板电脑等各种设备。

随着科技的发展，人机交互技术也在不断地进步，使得我们与计算机之间的交互变得更加自然、便捷。

人机交互技术的发展历程人机交互技术的发展历程可以追溯到20世纪60年代。

当时，计算机主要用于科学计算，用户通过键盘输入数据和命令，计算机输出结果。

这种交互方式被称为命令行界面（CLI）。

随着计算机技术的不断发展，图形用户界面（GUI）逐渐取代了CLI，使得用户可以通过鼠标和键盘与计算机进行交互。

随后，触摸屏、语音识别、手势识别等技术不断涌现，使得人机交互变得更加多样化和自然。

人机交互技术的应用领域人机交互技术已经广泛应用于各个领域，如智能家居、虚拟现实、智能交通、医疗健康等。

在智能家居领域，用户可以通过语音控制家中的电器设备，如灯光、空调、电视等。

在虚拟现实领域，用户可以通过头戴设备与虚拟世界进行交互，体验更加真实的虚拟现实体验。

在智能交通领域，人机交互技术可以用于自动驾驶汽车的导航和驾驶控制。

在医疗健康领域，人机交互技术可以用于医疗设备的操作和监控。

人机交互技术的未来展望人机交互技术是计算机科学中一个重要的研究领域，它的发展和应用已经深刻地改变了我们的生活方式。

随着科技的不断进步，人机交互技术将继续发展，为我们的生活带来更多的便利和乐趣。

人机交互技术的发展趋势1. 自然语言处理：自然语言处理（NLP）技术的发展将使得计算机能够更好地理解和处理人类语言。

这将使得用户与计算机之间的交互更加自然和流畅，用户可以通过语音与计算机进行交流，无需使用键盘和鼠标。

2. 机器学习：机器学习技术的发展将使得计算机能够更好地学习和适应用户的需求。

通过分析用户的行为和偏好，计算机可以提供更加个性化的服务和推荐。

3. 增强现实和虚拟现实：增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术的发展将使得用户能够与虚拟世界进行更加沉浸式的交互。

什么是计算机人机交互请解释几种常见的人机交互技术计算机人机交互（Human-Computer Interaction，缩写为HCI）是指通过计算机科学、心理学和设计原则等学科的综合应用，改善和优化人与计算机之间的交互方式和体验的研究领域。

其主要目标是使计算机系统能够更好地适应人类的认知、行为和需求，以提供更好的用户体验和效果。

人机交互技术是实现计算机人机交互的具体手段和方法，下面我们将介绍几种常见的人机交互技术。

1. 图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）图形用户界面是一种使用图形元素（如窗口、按钮、菜单等）来呈现计算机应用程序的用户界面。

它使用户能够通过点击、拖拽等直观的方式与计算机进行交互。

GUI已成为当前计算机系统中的主流用户界面技术，用户可以通过操作可视化的图形元素来完成各种任务。

2. 触摸界面技术（Touch Interface）触摸界面技术是利用触摸屏设备和手指触摸等方式来实现人机交互。

触摸界面技术的应用广泛，如智能手机、平板电脑、触摸屏计算机等设备都广泛采用该技术，用户可以通过触摸、滑动和捏合等手势来控制计算机系统。

3. 语音交互技术（Voice Interface）语音交互技术是利用语音识别与合成技术来实现人机交互。

用户可以通过语音指令来控制计算机系统，例如语音助手、语音搜索和语音识别输入等。

语音交互技术在智能家居、智能音箱、汽车导航等领域得到广泛应用。

4. 虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）虚拟现实技术是一种通过计算机生成的模拟环境，用户可以通过佩戴虚拟现实头盔和手柄等设备来与虚拟环境进行交互。

虚拟现实技术可以为用户提供身临其境的感觉，被广泛应用于游戏、培训、设计等领域。

5. 手势识别技术（Gesture Recognition）手势识别技术是利用摄像头或传感器等设备来识别和解释人的手势动作，从而实现人机交互。

用户通过手势动作来操作计算机系统，例如在无触摸屏设备上进行画图、控制音乐播放等。

人机交互知识点人机交互（Human-Computer Interaction，简称HCI）是计算机科学和人类行为学的交叉学科，研究人与计算机之间的交互方式和技术，旨在改善人们与计算机系统的互动体验与效率。

以下是人机交互的一些重要知识点。

一、基本概念和原则人机交互是指人类与计算机之间通过输入输出设备进行信息交流和操作的过程。

其核心原则包括可用性、可理解性、易学性、反馈机制、一致性以及人机工程学等。

可用性是指系统对用户需求的满足程度，包括易用性、有效性和满意度等。

二、人机界面设计人机界面是用户与计算机系统之间进行信息传递和交互的平台，良好的界面设计是提高用户满意度和效率的关键。

界面设计应充分考虑用户需求、体验和心理特点，采用一致的操作方式和明确的反馈机制。

常见的界面设计包括图形用户界面（GUI）、命令行界面（CLI）和自然语言界面等。

三、交互方式和技术人机交互的主要交互方式包括输入和输出。

输入方式多样化，包括键盘、鼠标、触摸屏、语音识别、手势识别和眼动追踪等；输出方式包括显示器、打印机、音频输出和触觉反馈等。

随着技术的不断进步，虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、自然用户界面（NUI）等新兴交互技术的应用也越来越广泛。

四、用户体验设计用户体验设计（User Experience Design，简称UXD）是人机交互中的重要环节，关注用户对产品的感知、情感和行为等方面。

良好的用户体验设计能提高用户满意度、效率和忠诚度。

UXD包括界面设计、交互设计、信息架构和可视化设计等多个方面。

五、可访问性和人机辅助技术人机交互还要关注特殊人群的需求，如视觉障碍者、听觉障碍者和运动障碍者。

可访问性设计（Accessibility Design）和人机辅助技术（Assistive Technology）致力于提供适合这些人群使用的界面工具和辅助功能，以确保每个人都能享受到信息化带来的便利。

六、交互评估和用户研究交互评估是对人机交互系统进行定量和定性分析的过程，以评估系统的可用性和用户满意度。

交互式计算机图形学技术的研究与应用随着计算技术和图形学技术的不断发展，交互式计算机图形学技术得到了越来越广泛的应用和深入的研究。

这一领域涉及到多个方面的技术和知识，包括数字图像处理、计算机视觉、人机交互、图形学算法等等。

本文将从多个方面分析交互式计算机图形学技术的研究与应用。

一、数字图像处理技术在交互式计算机图形学中的应用数字图像处理是交互式计算机图形学中非常重要的一部分。

它主要是用来对图像进行数字化处理，包括图像的增强、压缩、去噪音等等。

在交互式计算机图形学中，数字图像处理可以用来对图像进行修复和处理，使之更加清晰明了，同时也可以提高图像识别和表现的效果。

比如，在虚拟现实技术中，数字图像处理可以用来对虚拟场景进行处理和优化，使用户体验更好，实现更加真实的感觉。

二、计算机视觉技术在交互式计算机图形学中的应用计算机视觉技术主要是针对计算机的视觉系统进行研究和应用。

它可以用来对图像进行识别和分类，提高交互式计算机图形学技术的效果。

在计算机视觉技术的应用中，常常会用到图像识别、模式匹配等技术。

例如，在图像识别方面，可以将图像中的对象与模板进行匹配，从而实现目标物体的识别和定位。

三、人机交互技术在交互式计算机图形学中的应用人机交互技术在交互式计算机图形学中起着至关重要的作用。

它可以用来打造更具人性化的交互式界面，提高用户的使用体验。

在人机交互技术的应用中，常常会用到手势识别、语音识别等技术。

例如，在虚拟现实技术中，可以通过语音识别来控制场景和角色，从而使交互更加便捷和自然。

四、图形学算法在交互式计算机图形学中的应用图形学算法是交互式计算机图形学不可或缺的一部分。

它可以用来实现计算机对图像的处理和生成。

在图形学算法的应用中，常常会用到光线追踪、立体成像、纹理映射等技术。

例如，在虚拟现实技术中，可以通过图形学算法来实现对虚拟场景的渲染和生成，从而使虚拟场景更加真实和逼真。

总结：交互式计算机图形学技术的研究和应用涉及到多个方面的技术和知识。

交互式计算机图形学的新方法和技术随着计算机图形学的不断发展，人们对于图像生成的要求也越来越高。

之前的计算机图形学在渲染出图像后，用户是无法进行任何交互的，而现在的计算机图形学则能够支持对图像进行实时的交互，让用户更好地了解和控制图像。

这种能够实时交互的计算机图形学称之为交互式计算机图形学。

交互式计算机图形学的出现，不仅直接提升了用户对图像的感知质量，还解决了之前存在的瓶颈，让用户可以更加顺畅地对图像进行操作和控制。

下面我们就来探讨交互式计算机图形学的新方法和技术。

一、物理引擎技术交互式计算机图形学的核心是实时交互，而物理引擎技术可以让用户在交互时感受到更真实的质感。

常见的物理引擎技术包括仿真重力、碰撞检测、弹性算法等。

通过这些物理引擎技术,用户能够感受到更加真实的世界运动学。

例如，在游戏设计领域，借助物理引擎技术可以更好地模拟游戏场景的真实感，从而提升玩家的游戏体验。

二、虚拟现实技术虚拟现实技术是交互式计算机图形学的核心，通过虚拟现实技术,用户可以感知到更加真实的世界，例如，虚拟现实游戏让用户可以非常真实地感受到游戏的乐趣。

当前虚拟现实技术正以前所未有的方式迅猛发展，未来有望嵌入到更多应用领域。

例如，在军事和医疗方面，可以使用虚拟现实技术进行模拟仿真，更加安全高效的完成实际任务。

虚拟现实技术可以模拟现实的环境感，更好的向用户展现产品细节和表现能力。

三、光线跟踪技术光线跟踪技术可以让计算机更好地模拟真实的光线动态，从而让图像看起来更加真实、自然，而不是像之前一样过分平滑、简单。

通过光线跟踪技术,计算机可以更加准确地模拟出光线的运动轨迹，从而更加真正地描述实际环境。

例如，使用场景中千变万化的光线来模拟太阳光，用户可以更好地感受到太阳的辐射。

光线跟踪技术还可以模拟多样化的反光、折射、透明等光学效应，在视觉上有更好的表现力。

总结本文讨论了交互式计算机图形学的新方法和技术，包括物理引擎技术、虚拟现实技术和光线跟踪技术。