CN1094829A - 多笔交互式计算机图形设计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新颖实用的交互式计算机图 形设计方法及装置，其特征在于该装置装有导轨(5)、 纵臂(4)、托握柄(3)并设置有主笔(7)、副笔(10)及功 能键(①～⑥)，使用主笔(7)、副笔(10)并借助显示屏 (6)上的显示工具进行图形设计，使得交互式计算机 图形设计与人们通常在纸上制图的习惯相一致，并将 此过程中的各操作作业项分散在两手使用的工具上， 两只手既可同时配合操作，又能随时按握各功能键， 缩短了人机距离。本发明直观明了，操作简单，易学 易懂。

Description

本发明属于交互式计算机图形设计的一种方法及装置。

交互式计算机图形设计是计算机辅助设计（CAD）中不可缺少的部分，尤其在不需作大量专门辅助分析的CAD过程中占主导地位，直接影响CAD工作效率。交互式计算机图形设计的实现在很大程度上依赖所使用的设备及其支撑环境，纵观现有CAD过程中的交互式计算机图形设计技术，大致有以下几类：

一类是用鼠标器和台板与通用键盘组合或由触笔、鼠标器与数字化仪结合作为CAD系统的一部分，在相应软件的支持下进行交互式计算机图形设计，如美国专利“User    interface    tool    for    computer    system”专利号US5119479-A，使用时需借助显示屏上的系统提示，频繁移动鼠标器，寻找要选择的命令菜单或图形实体，再经思考、判断后，敲击键盘上相应的键以输入命令或精确的数据。用此方法进行交互式计算机图形设计使人感到繁锁且不直观，只有针对具体应用领域进行专门开发，才能提高使用效率，但这须有一定的专业及开发知识，大多数非计算机专业人员感到不易，因而以此类技术配置的计算机未能被充分利用。使用早期出现的光笔直接在显示屏上选择菜单或图形实体进行交互式计算机图形设计，虽较直观，但对现有一般软硬件设置，每次使用都要在显示屏上提起和放下光笔，比较麻烦。

另一类是对已有图纸上的图形，通过数字化仪配合触笔跟踪或操作扫描仪直接输入计算机内，如：EPI    Week    9233的“Coordinate    input    systemwith    pen”专利号US5134689-A，此方法虽然效率高，但在无已有图纸上的图形时，便不能发挥作用，还在一定程序上重复了制图过程。

还有一类新出现的语音输入技术，它是使用者以喊话的形式把图形特征参数及其属性输给计算机，由显示屏显示出所要求的图形，它对语言表达有较严格的要求，不适应方言俚语使用者，而且对于一些参数、属性较多的复杂图形，使用者需不停地对计算机讲话，既影响他人，也分散精力，时间一长就会疲劳，只有将此方法和别的技术结合使用，才能提高CAD效率。

本发明的目的在于提出一种能缩短人机距离，操作灵活易于掌握并具有较高绘制与编辑处理速度的交互式计算机图形设计方法及装置。

本发明的实质特征是，使用主、付笔借助显示出的工具分别控制图形的特征要素，如线段的两端点，直接在计算机控制的显示监视器屏上进行交互式计算机图形设计。此过程中的各操作作业项均分散在操作工具上完成，使得操作作业既分散又及时，缩短了时间间隔。采用此装置利用此方法使整个交互图形设计过程与人们通常在纸上制图的习惯相一致，从而方便了操作过程，缩短了人机距离。

本发明的装置包括通常的计算机、显示监视器等，还装有主、副笔及导轨、纵臂、托握柄、功能键等电气机械部件。

主、副笔作为显示屏上的检测工具，主动检测的主、副笔能检测出显示屏上任一点的位置信号，并能将所得信号转换成具有合适信噪比的逻辑电平，作为中断信号送给计算机及显示控制部件;被动检测的主笔或副笔通过专设的检测装置，如多媒体技术中的触摸屏，将其所指显示屏上任一点的位置信息，转换为相应的中断信号，送给计算机及显示控制部件配合完成某具体功能，这种检测方式须具有较高分辨率的屏前检测装置配合，因此，该检测方式下的主、副笔可为无电气参数的机械部件。

主、副笔的大小、形状可与普通笔相似，其数量、功能根据设计需要设定，笔身可安装适当数量的功能键，功能键可安装在利于操作之处。

本发明所述的显示工具是显示监视器上所显示的图形，其形状、特征与通常纸上制图所用绘图工具或其组合在显示监视器上再现的图形相似，也可是使用者自己设计的帮助交互式计算机图形绘制和编辑的其它图形。

在整个交互式计算机图形设计过程中，可配合着使用本发明的主、副笔分别控制图形的特征要素，利用显示工具直接在显示屏上进行复杂的绘图和编辑，或单独使用一只笔直接或间接地进行简单的图形设计。

在以主、副笔配合绘制图形时，计算机已判断出将要完成的任务，并以可移窗的内容提示使用者操作，随着使用者的初步操作，如移动副笔确认新位置;或通过副笔间接地移动显示工具，确认所绘图形特征要素的新位置;或由显示工具选取已有图形的特征要素，将其作为所绘图形的特征要素，接着由另一支主笔或副笔在显示工具上配合操作及回车响应后，便完成了这一具体的绘制功能，显示屏上便显示出所需的设计图形。

以主、副笔配合使用编辑时，计算机以可移窗提示使用者操作，使用者用一支笔，或显示工具拾取某一图形实体，尔后继续在可移窗提示下，配合使用主、副笔，并用以上绘制图形的方式针对上述编辑功能的规律或目的进行精确的表示，并在回车响应后得到相应的设计图形。

对于绘制特征要素少的图形如画一点，或简单的编辑处理如移动某图形实体，只用单笔操作就可完成。

以上所述的可移窗是本发明人机对话的主要表达方式之一，其内容一般包括菜单、命令及系统提示，它与显示工具有以下相同之处：其内容均存放于计算机的相应存贮区中，以便于交互式图形设计时挑选使用，其显示位置与相应笔检测出显示屏上点或计算机所记忆的相应笔（如该笔暂离显示屏之前）的位置保持某一距离，此种距离可调整，其显示状态可根据需要随时隐含不显，使用时再按功能键使其复显，对于显示工具如显示尺还可对其进行旋转、改变比例、选择颜色，或挑其中几个组合使用，以上这些灵活的功能操作均可贯穿于整个交互式计算机图形设计过程中，这种方法有利于观察和集中操作。

本发明中的显示监视器上所显示的智能对话盒，可代替计算机通用键盘对数字的精确输入和属性字符的添加。智能对话盒的开启是由计算机对使用本发明一开始设定的数字输入精度与所使用显示工具所能表示的最高精度作比较后确定，当判明满足精度要求时不开，否则开启，或在对图形进行属性描述，尺寸标注等处理需添加数字、字符时开启，也可由人工操作实现，开启的位置利于操作时观察选择，具有可调性，其关闭是随某一功能完成时的回车响应后自动消失，其内容也是存放于计算机相应的存贮区中。

可移窗、智能对话盒可针对交互式计算机图形设计需要设置单个或多个，也可是其中几个间的相互组合。

本发明在实施时，若采用小幅面高分辨率的显示监视器，如液晶显示监视器，就可不必设置导轨、纵臂、托握柄等机械机构，而将部分功能键安装在显示监视器四周边框上，直接手执主、副笔操作。

本发明以上各种技术特征均可灵活处理，用于各种坐标系及其相应的平面或三维图形设计，能显著提高工作效率。

利用本发明进行交互式计算机图形设计，使此过程与通常纸上制图习惯相一致，缩短了人机距离。由于采用了可移窗、显示工具，智能对话盒等技术，使得较少量动作就能完成较多的功能，同时功能键均分散在操作工具上，进行图形设计时两只手既可同时配合操作，又能随时按握各功能键，使得操作便捷，大大缩短了操作时间。若采用较好的支持软件，配以灵活多功能的显示工具如直尺、模板等，会使不同场合下的整个交互式计算机图形设计更加直观明了和简捷。

本发明在实施当中应以尽量直观清晰的表达方式来提高交互式计算机图形设计的效率。

图1是本发明一个实施例的硬件环境示意图;

图2是图1的Q-Q′剖面图;

图3是图2的A-A′剖面图;

图4是图1的B-B′剖面图;

图5是一个操作示意参考图;

图6是可移窗（MW）中的一个绘制命令图形菜单;

图7是绘制出的一线段BC及以BC为直经的圆P的结果示意图;

图8是可移窗（MW）中的一个编辑命令图形菜单;

图9是将圆P在一圆周上拷贝了3份的编辑结果示意图;

下面结合附图对本发明进行详细说明：

图1～图4中，图号表示的部件，（1）为主机（包括外存贮器及接口）;（2）为数据线;（3）为托握柄;（4）为纵臂;（5）为导轨;（6）为显示屏;（7）为主笔;（8）为支架;（9）为功能键盘;（10）为副笔;（11）为弹性夹具;（12）为显示监视器;（13）为显示控制器。

图5中符号“MW”表示可移窗;“IDB”表示智能对话盒;“X、Y”表示直角坐标系两轴的X、Y方向;显示直角尺直角顶点的小圆称为“宏选圈”，以“CR”表示;图5中的字母B、图7中的字母B、P、C是为叙述方便而添加的。图形设计过程中，在相应的绘图功能状态下，用主笔（7）触选图6中各图形的特征要素，即分别表示进入画点功能（Ⅰ）、画直线功能（Ⅱ）、画圆功能（Ⅲ）、画抛物线功能（Ⅳ）、画椭圆功能（Ⅴ）、画双曲线功能（Ⅵ）、下翻菜单（Ⅶ）、上翻菜单（Ⅷ）;在相应的编辑功能状态下，用主笔（7）触选图8中分图的各部分，即分别表示编辑功能中的镜象（Ⅰ）、旋转（Ⅱ）、圆角过渡（Ⅲ）、修剪单体（Ⅳ）、延长实体（Ⅴ）、矩形直线拷贝（Ⅵ）、圆周拷贝（Ⅶ）、上翻菜单（Ⅷ）、下翻菜单（Ⅸ）。

参照图1～图4，本实施例仅设置1支主笔、1支副笔，主笔（7）与主机（1）相连;副笔（10）装在托握柄（3）中，并由弹性夹具（11）固定，使与显示屏（6）适当接触，若用高灵敏度光笔还可不与显示屏接触;托握柄（3）安装在纵臂（4）上，纵臂（4）安装在导轨（5）上，能使托握柄（3）纵横移动;导轨（5）与带有支架（8）的显示监视器（12）安装在一起;这样的机械机构能使装在托握柄（3）中的副笔（10）移动检测出显示屏（6）上任一点的坐标，另外还为使用者的手臂提供了一个依托之处，使与机械式导轨绘图机的机构相似。

显示监视器（12）为光栅扫描工作方式，主笔（7）、副笔（10）均采用光笔原理，它们检测到的信号传送给主机（1）和显示控制器（13）作为中断以主笔（7）的中断信号为优先。

参照图1～图4，并结合图5～图9，利用绘制圆及对其进行圆周拷贝，对本发明实施例的主要特征及几个基本使用方法作概要描述：

在进行交互式计算机图形设计时，首先命名要设计图形的文件名称、设置图幅等，然后选择由直角尺及宏选圈组成的显示工具。绘制一线段BC，其中B（20，20）、C（30.5，20），然后以BC为直径绘制圆P，再以圆P为实体编辑，在圆心为（35.25，20）、直径为20的圆周上拷贝3份，工作过程如下：

假设为自由状态，用主笔（7）触选显示屏（6）上任一点，按主笔（7）上的键⑥-回车，则可移窗（MW）就在其附近打开，内容为：

Command：Point

Operate：X_

Y_

+02468

-13579.

随此系统提示，用主笔（7）尖端顺序触选2、0两数字然后回车，再重复一次，则可移窗（MW）内容变为：

Command：Point

Operate：X    20

Y    20

+02468

-13579.

确认后，再回车，则可移窗（MW）消失，显示屏（6）上坐标（20，20）处显示出点B，随后用左手移动托握柄（3），使点B落在显示直角尺直角顶点的宏选圈（CR）内，用主笔（7）尖端触选显示直角尺X方向的刻线10与11之间，则智能对话盒（IDB）立即开启，内容为：

02468

13579

如图5所示。

随此系统提示，用主笔（7）触选数字5，然后回车，则（IDB）消失，线段BC重合在显示直角尺工作边刻线0～10.5之间显示出来，其中C（30.5，20），如图7所示。

此处的宏选圈（CR）是为进行精确地选择定位或拾取等功能目的而设计的显示工具，可用来捕捉已有图形的特征要素，也可拾取图形实体;所述显示直角尺也可不标刻度线，利用智能对话盒（IDB）输入全部数据，但不直观。

以上点和直线的绘制也可如同下面圆的绘制一样，由菜单层次进入：

假设按动托握柄（3）上键盘（9）的功能键①进入绘图功能的第一个图形菜单-圆锥曲线菜单，此时可移窗（MW）打开，其内容如图6所示图形，用主笔（7）触选底面圆直径上任一点，当其颜色发生变化，表示系统已接受对话信息，然后回车，则可移窗（MW）内容变为：

Command：Circle

Operate：Select    Diameter    Or

Select    lst    Point：

2nd    Point：

随此系统提示，用主笔（7）尖端触选图7线段BC上任一点，观察其颜色变化表示已被选取后，回车就可得到以BC为直径的圆P，可移窗（MW）消失。

再以圆P为实体进行编辑，假设按动功能键②进入编辑功能中的第一个菜单，可移窗（MW）打开，内容如图8所示，用主笔（7）触选圆周拷贝（Ⅶ）的有效区，其颜色变化表示系统接受了对话信息，回车后，可移窗（MW）中的内容变为：

Command：CArray

Operate：Select    Object：

Number：

02468

13579

随此系统提示用主笔（7）触选圆P上任一点，其颜色变化表示被拾取，回车后再用主笔（7）触选数字3，再回车，则可移窗（MW）的内容变为图6所示的图形，以主笔（7）触选底圆直径上任一点，其颜色变化表示操作有效后，回车，则可移窗（MW）内容变为：

Command：CArray

Operate：Seleet    Diameter    Or

Seleet    lst    Point：

2nd    Point：

熟练后此时可按功能键③关闭可移窗（MW），然后移动托握柄（3），使P圆圆心（只是以一定方式显示它，并未生成一点实体）落在宏选圈（CR）内，然后用主笔（7）尖端触选显示直角尺X方向的刻线20与21之间，此时智能对话盒（IDB）会如前述开启，但编辑精度已满足要求，无需继续操作，回车后消失，圆P便在圆心为（35.25，20）直径为20的圆周上拷贝了3份，如图9所示。

从以上实施例可看出使用本发明进行交互式计算机图形设计，突出优点是符合人们通常纸上的制图习惯，可移窗（MW）始终便于观察和输入信息，加之采用了显示工具、图形菜单，直观明了、信息量大，使菜单层次减少，智能对话盒（IDB）的使用还具有非键盘输入特征，这些使得操作大大便捷。

在使用本发明的整个过程中，图形显示的灵活性是提高效率应注意的主要问题，对于图形属性特别是字符较繁多的交互式计算机图形设计，可先将图形设计完后再利用键盘进行字符文字的添加和编辑。

本发明在实施过程中，所选择的显示监视器对使用效果有较大影响，若采用一般显示设备如CGA、EGA等虽然能用，但效率低，使用不方便，若能采用较大幅面的“平面阴极射线管”或“平板彩色显示器”等作为显示监视器，效率更高;若采用能折叠的“纸电视”作为显示监视器，则应将支架及机械机构也做成折叠式，并使二者既可分开又能组合，使用时打开安装好，用完后折叠起来，既轻巧又节省空间，还可与便携式计算机一起构成便携式CAD工具。

本发明在实施当中，笔的检测可以是各式各样的，如对于光栅扫描监视器等可采用已有光笔的原理;对于被动发光的液晶显示监视器，可采用美国书写式计算机GRiDRad的笔的伏特计检测原理;还可采用多媒体技术中触摸屏的工作原理由无电气参数的笔完成被动检测。

在使用本发明进行CAD工作时，若显示监视器是主动发光，使用者可配戴防护眼镜以解决眼睛卫生问题。

Claims (8)

1、多笔交互式计算机图形设计方法及装置，是由主机(1)、数据线(2)及显示监视器(12)组成，其特征在于：该装置装有两支或两支以上的主笔(7)、副笔(10)及功能键(①～⑥)，显示监视器(12)上安装了导轨(5)，导轨(5)上装有纵臂(4)，纵臂(4)上装有托握柄(3)，托握柄(3)内装有副笔(10)，主笔(7)与主机(1)相连，并以主笔(7)、副笔(10)借助显示工具在显示屏(6)上进行交互式计算机图形设计。

2、根据权利要求1所述的多笔交互式计算机图形设计方法及装置，其特征在于：主笔（7）、副笔（10）均作为显示屏（6）上的检测工具，主动检测显示屏（6）上任一点的信号，并将信号转换成逻辑电平作为中断送给主机（1）及显示控制器（13），或被动检测时作为无电气参数的机械部件。

3、根据权利要求1所述的多笔交互式计算机图形设计方法及装置，其特征在于：所述显示监视器（12）在其幅面小、分辨率高时，也可不必设置导轨（5）、纵臂（4）、托握柄（3），而将部分功能键（①～⑥）直接安装在显示监视器（12）的四周边框上。

4、根据权利要求1所述的多笔交互式计算机图形设计方法及装置，其特征在于：所述显示工具，是显示监视器（12）上所显示的图形，其形状、特征与通常纸上制图所用绘图工具或其组合在显示监视器（12）上再现的图形相似，也可是帮助交互式计算机图形设计的其它图形。

5、根据权利要求1所述的多笔交互式计算机图形设计方法及装置，其特征在于：显示屏（6）上设有供人机对话的可移窗（MW），其内容包括菜单命令、系统提示等。

6、根据权利要求1所述的多笔交互式计算机图形设计方法及装置，其特征在于：显示屏（6）上还设有代替键盘精确输入数字或添加字符属性的智能对话盒（IDB），其开启是由计算机自动开启或人工操作实现，其关闭是由计算机完成某一功能后自动消失。

7、根据权利要求1、5和6所述的多笔交互式计算机图形设计方法及装置，其特征在于：显示工具、可移窗（MW）及智能对话盒（IDB）的内容存放于主机（1）相应的存贮区，其中显示工具和可移窗（MW）的显示位置与相应笔检测出的显示屏（6）上的点或主机（1）所记忆的相应笔的位置保持某一距离且可调，并可依相应功能键（①～⑥）隐没或复显。

8、根据权利要求5和6所述的多笔交互式计算机图形设计方法及装置，其特征在于：可移窗（MW）和智能对话盒（IDB）可针对交互式计算机图形设计需要，可以设置单个或多个，也可是其中几个间的相互组合。

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