桌面环境下的三维用户界面和三维交互技术研究

论文题目: 桌面环境下的三维用户界面和三维交互技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 计算机应用技术

作者: 付永刚

导师: 戴国忠

关键词: 三维用户界面,三维交互技术,层次模型,双手交互,笔式三维交互,开发工具

文献来源: 中国科学院研究生院（软件研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 随着计算机软硬件技术的发展和应用需求的增加,目前占据主流地位的WIMP界面的缺点也日益体现出来。交互带宽的限制、复杂的操作语法和小屏幕效应等成为阻挠其继续发展的主要障碍。90年代以来,研究者们提出了下一代用户界面的思想,作为其中的一种主要界面形式,三维用户界面以其自然、直观等特点受到了人们的重视。维度的增加给用户界面带来了质的变化,三维用户界面研究中的交互范型、界面隐喻、交互技术、开发工具等都没有一个统一的原则可循。它和其它学科的交叉也使这种界面的构造面临种种困难。目前,三维用户界面的研究大多数集中在交互技术的设计方面,在提高用户性能上缺乏对人类本身特点的利用和空间线索的挖掘,更没有一个完整的系统的开发工具。可以说三维用户界面的研究还处在起步阶段,本文即在这样的背景下来进行桌面环境下的三维用户界面和三维交互技术的研究。 从目前的技术背景和用户界面的发展来看,三维用户界面要走向实用必须借助于主流交互环境的支持。为了研究通用的、大众化的三维用户界面,本文选取了桌面环境作为其研究环境,使用目前主流的交互设备来开展研究工作。 本文分析了三维用户界面的主要特征和层次模型,从两个研究角度深入讨论了双手交互和笔式三维交互技术,提出了三维用户界面开发工具的软件架构,并实现了几个典型的原型系统。这些内容涵盖了三维用户界面的理论、方法和实现等方面,是三维用户界面研究的基础工作。 在理论层次上,本文首先分析了三维用户界面的主要特征:多维性、连续性和隐含性,并分析了其层次模型。这些基础理论有助于我们发现三维用户界面的本质并为构造开发工具提供理论指导。在方法层次上,本文对三维交互技术进行了分类讨论,重点分析了两大类三维交互技术:场景漫游和对象操纵。从任务分析、任务分类到交互技术设计原理进行了深入细致的分析。总结了主流三维交互技术的适用性并给出了几个初步的设计准则。基于这些讨论本文提出了两种提高交互技术自然性的研究思路:一种是从对人类自身特点尤其是行为特点出发进行双手三维交互的研究;一种是从现实中的空间线索出发进行笔式三维交互研究。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 三维用户界面的发展和研究现状

1.3 三维用户界面的研究内容

1.4 三维用户界面的应用领域

1.5 本文的动机和所做的工作

1.6 本文的组织

第二章 三维用户界面的特征分析和层次模型

2.1 三维用户界面特征描述

2.1.1 交互信息的连续性特征

2.1.2 交互信息的多维性特征

2.1.3 交互信息的隐含性特征

2.2 三维用户界面特征分析

2.2.1 交互连续性分析

2.2.2 交互多维性分析

2.2.3 交互隐含性分析

2.3 三维用户界面的层次模型

2.4 本章小节

第三章 三维交互技术分析

3.1 三维交互技术的分类

3.2 对象操纵技术(Manipulation)

3.2.1 任务分析

3.2.2 操纵技术的分类

3.2.3 交互技术

3.2.4 讨论

3.3 场景漫游技术(Navigation)

3.3.1 任务分析

3.3.2 漫游技术的分类

3.3.3 交互技术

3.3.4 讨论

3.4 设计方法的讨论

3.5 本章小节

第四章 双手三维交互研究

4.1 双手操作的行为学原理

4.2 双手操作的心理学基础

4.3 双手操作在人机交互中的应用特征

4.4 双手交互建模

4.4.1 双手交互特性分析

4.4.2 双手交互描述

4.4.3 双手交互的时序模型

4.5 双手交互的运行结构

4.5.1 抽象设备层

4.5.2 原语生成器

4.6 双手交互技术

4.6.1 设计思想

4.6.2 交互技术

4.7 双手交互技术评估

4.7.1 评估过程

4.7.2 结果与讨论

4.8 本章小节

第五章 笔式三维交互研究

5.1 研究现状

5.2 研究思路

5.2.1 研究方法分析

5.2.2 交互任务的生成与执行

5.3 Pen3D：笔式三维交互系统

5.3.1 系统结构

5.3.2 事件与原语

5.3.3 语义场景图

5.3.4 交互技术

5.4 本章小节

第六章 三维用户界面开发工具

6.1 开发工具概述

6.2 设计思路分析

6.3 开发工具的软件架构

6.4 绘制引擎

6.4.1 引擎结构

6.4.2 基于双分派机制的扩展

6.5 抽象事件与处理

6.6 交互技术库

6.7 脚本和可视化的开发环境

6.8 本章小节

第七章 应用实例与原型系统

7.1 双手三维交互原型系统

7.2 基于笔式交互的虚拟家居系统

7.3 城市规划实时漫游系统

7.4 本章小节

结束语

1.论文工作总结

2.进一步工作的讨论

附录

附录A 双手交互技术用户评估问卷的维度

附录B 双手交互技术用户评估问卷

参考文献

就读博士期间发表论文目录

就读博士期间参加研究的课题项目

致谢

发布时间: 2005-07-08

参考文献

• [1].虚拟环境中基于语义的三维交互技术研究及应用[D]. 王亮.中国科学技术大学2008
• [2].增强现实环境下基于手势的自然交互[D]. 孙超.浙江大学2010
• [3].医学数据三维交互可视化方法的研究[D]. 肖永飞.哈尔滨工业大学2010
• [4].海量数据实时三维交互式显示关键技术研究[D]. 崔滨.上海大学2010

相关论文

• [1].笔式用户界面研究——理论、方法和实现[D]. 粟阳.中国科学院研究生院（软件研究所）2002
• [2].支持概念设计的手势描述和草图设计系统的研究[D]. 马翠霞.中国科学院研究生院（软件研究所）2003
• [3].Post-WIMP软件界面研究[D]. 田丰.中国科学院研究生院（软件研究所）2003
• [4].自适应人机交互界面研究[D]. 李晓.西南师范大学2004
• [5].人—人交互界面模型及其应用的研究[D]. 冯键.中国科学院研究生院（计算技术研究所）2000
• [6].面向多投影显示墙的画面校正与三维交互技术研究[D]. 王修晖.浙江大学2007

标签：三维用户界面论文;  三维交互技术论文;  层次模型论文;  双手交互论文;  笔式三维交互论文;  开发工具论文;