09人机课件7.ppt
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1、视野与视距,视野:眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围,常以角度来表示。(静视野、注视视野、动视野 ) 动视野: 水平视野(单视野/双视野): 1.53.0特优视区;(物象落在黄斑上) 10以内最优视区; 1020瞬息视区;(能在很短的时间内看清物体) 2030有效视区;(需集中注意力看) 其余:良好视区。,视觉特征总结,人的水平视野,在水平面内最大固定双眼视野为180,扩大的视野为190,在标准视线左右各1020视野内可以辨别字。在标准视线左右各530视野内可以辨别字母,在标准视线右3060范围是颜色视野,人最敏锐的视力是在标准视线两侧各10的视野内。,垂直视野: 水平视线上下1.5 为
2、特优视区; 水平视线以下10为最优视区; 水平视线以上10,以下1030内为有效视区; 其余:良好视区。,舒适视线: 直立:水平视线以下15度; 放松立:水平视线以下30度; 放松坐:水平视线以下40度。,在垂直面内,标准视线为水平视线,最大固定视野为115,标准视线上方50,下方70,扩大的视野为150,站立时的自然视线低于水平线10,坐着时自然视线代于水平视线15;人在很低松驰的状态中,站着和坐着时的自然视线偏离标准视线分别是30和38。因此,人在轻松的时刻观看展览时,展示物的位置在低于标准视线30的区域里。,人的垂直视野,一般应根据观察目标的大小和形状以及工作要求确定视距,普通操作的视距
3、范围在3876cm之间,在56cm处最为适宜。,视距:指人在操作系统中正常的观察距离,几种工作视距推荐值参阅附表,返回,表3-2不同工作任务视距的推荐值,中央视觉和周围视觉 中央视觉(明视觉)视维细胞(感色能力强、能清晰分辨物体)。 周围视觉(暗视觉)视杆细胞(观察空间范围和正在运动的物体)。,操作者在进行作业时,除要注视操作对象外,还要求看到周围情况。如果视野很小或缺损,将会对工作效率产生影响,甚至造成工作事故。因而,在选择车、船驾驶员时,必须检查其正常视野范围。如果各方面的视野都缩小10以内者称为工业盲。,4. 双眼视觉和立体视觉 双眼视物:视野范围较大;具有分辨物体深浅、远近等相对位置的
4、能力;能形成立体视觉。 5. 色觉和色视野 色视野是指颜色对眼的刺激能引起感觉的范围。,眼睛的色视野,6. 暗适应和明适应(视觉的适应) 人眼随视觉环境中光亮度的变化而感受性发生变化的过程,有暗适应和明适应两种。 见图3-8 根据视觉的明暗适应特征,要求在设计工作面照明时,需使其亮度均匀而且不产生阴影,否则,眼睛的频繁明暗调节,不仅会增加眼睛的疲劳,而且会引起错误操作。 7、眩光 物体表面产生的刺眼和耀眼的强烈光线,称为眩光。,目标与背景有一定的对比度时,人眼才能看清其形状。这种对比可以用颜色(背景与物体具有不同的颜色),也可以用亮度(背景与物体在亮度上有一定的差别)。 人眼刚刚能看辨别到物体
5、时,背景与物体之间的最小亮度差称为临界亮度差。临界亮度差与背景亮度之比称为临界对比度;临界对比的倒数称为对比感度。,8、对比感度,式中:CP 临界对比度 Lp临界亮度差 Lp背景亮度 Lo 物体的亮度 SC对比感度,1. 疲劳程度:水平优于垂直。 2. 视线变化习惯:左右,上下,顺时针。 3. 准确性:水平尺寸和比例的估计更准确。 4. 观察情况的优先性:左上右上左下右下视区,仪表的布置必须考虑这一点。 5. 设计依据:以双眼视野为设计依据。 6 .接受程度:直线轮廓优于曲线轮廓。,视觉特征,视觉的运动规律,7.颜色的易辨认顺序:红、绿、黄、白; 颜色相配时的易辨认顺序:黄底黑字、黑底白字、蓝
6、底白字、白底黑字、白底红字。 8、物体的颜色在有色光源的照射下会产生变化,显现的颜色与物体本色,照射光线的颜色之间的关系有一定规律性。 9、眼睛在直视方向的最小分辨角和分辨颜色的情况。 10、视觉损伤 11、视觉疲劳,第五章 人的运动与输出,第五章 人的运动与输出,机器,运动 大脑 感觉 系统 系统,执行,信息,信息收集,人,处理,第五章 人的运动与输出,在中枢信息处理系统之后, 是人的反应系统, 它执行中枢信息系统发出的命令, 产生人的信息处理系统的输出.,人类的信息加工模型可以分解为“知道事件的状态、知道如何去做,以及去做”三部分。去做就是输出控制。,人的信息输出必须通过反应器官 有手,
7、脚, 口等 按反应器官可以将人的信息输出分为手动输出、足动输出、言语输出、眼动输出。,1. 信息输出的形式,5.1 人的信息输出特性,运动输出的质量指标:反应时间、运动速度和准确性。,控制:反应的选择与执行,反应速度是人机系统实现人机间优化匹配的重要因素。 人的反应速度一般用反应时测量。 反应时从刺激出现开始到做出反应为止所花的时间,也即从信息输入至信息输出所花费的时间。 反应时包括两部分: 1)从刺激开始至反应开始之间的时间潜伏期 2)从反应开始到反应完成的时间反应运动时,2. 信息输出的速度,贝塞尔 天文学家通过观测天体经过望远镜目镜中的一条线,定义,即 RT=tz+td,具体地来说,以蹲
8、距或起跑为例,如果我们把运动员手开始离地作为个体外部反应的开始,那么反应时就是指发令枪响到运动员手开始离地这段时间。而运动员手离地后所跑完50米所需的时间则不属于反应时,应把它归纳为运动时间。整个动作完成所需的时间则为反应时与运动时间之和。,反应时的分类: 简单反应时:对单一刺激做出规定反应的时间 选择反应时:有若干种刺激,不同的刺激触发不同的反应,要求被试分别对不同的刺激做不同的反应 ; 析取反应时:有若干种刺激,但只需对其中一种刺激作出反应,对其它刺激不做反应,被试在刺激呈现到做出辨别反应的这段时间。 选择反应时大于析取反应时,析取反应时大于简单反应时; 析取反应时比简单反应时有一个对刺激
9、的辨认时间,而选择反应时又比析取反应时多了一个反应的选择时间。,唐德斯提出: 简单反应时=A反应时间 选择时间=B反应时间-A反应时间 辨别时间=C反应时间-A反应时间,19世纪进行反应时实验的情景,反应时的长短受许多因素的影响。最重要的因素有刺激通道、刺激强度、刺激出现的时间的不确定程度以及操作者内部状况等。 刺激通道对反应时的影响十分明显。,视觉简单反应时 研究者进行了视觉简单反应时实验: 和听觉简单反应时相比,视觉简单反应时较长,其原因在于感官换能时间较长。 研究表明:触觉和听觉的反应时最短,其次是视觉。 例如:以听觉刺激作为告警刺激形式。,1)不同的感觉器官(不同性质的刺激) (1)不
10、同的感觉器官简单反应的时间不同; 以触觉与听觉最优,视觉次之。参阅表3-9。 (2)同一感觉器官接受的刺激不同,反应时间不同; (3)相同感觉器官接受相同的刺激,不同部位反应时间不同。,影响反应时间的主要因素,不同感觉通道的简单反应时,人对各种不同性质刺激的反应时间是不同的,,2).刺激信号的性质和强度,对各种刺激的反应时间,对于同一种性质的刺激来说,一般情况是对弱刺激的反应时间较长,刺激增加到中等强度与极强时,反应时间短。刺激方式影响反应时间。,“不可减的最少限”:反应时间不再减少的刺激强度增量的上限值。,3).刺激的清晰度和可辩性(环境影响),(1)信号与背景的亮度、颜色、信噪比及频率的对
11、比程度越强,反应时间越短; (2)刺激信号的刺激时间; (3)刺激的数目、颜色; (4)显示器及操纵器的设计。,影响选择反应速度的因素 飞机驾驶和高速公路驾驶,缩短反应时可能挽救很多人的性命 影响反应时的主要因素有: 1)感觉通道种类 2)效应器官的特点 3)刺激的强度和刺激的性质 4) 刺激出现时间的不确定性 5)训练程度,3.决策复杂性 希克定律 在选择反应试验中,希克发现: 反应时间与可供选择的反应的数目和它发生的概率有关, 可供选择的反应的数目越多, 人的反应就越慢, 某一反应发生的概率越低. 而反应的选择数目和概率可以用信息理论来测量, 这样就可以建立起反应时间与信息量之间的关系.
12、因此,减少选择数目,提高刺激信号的清晰度和可辩性,是缩短反应时的的一种方法。,RT=a+bHT,(HT为信息量),信息量守恒:作出少量复杂决策的效率要高于作出大量简单的决策。,4. 相容性定位运动速度(费茨定律),射击运动员举枪瞄准远处的靶心最后抠动扳击,射出子弹。 整个过程一般需要好几秒钟的时间。 如果可以改变规则,怎样才能尽可能缩短瞄准过程所需的时间呢?,很显然,如果枪口原来的方向就正对着靶心,或者说靶子上所有环的圆圈都成倍地放大,那么瞄准所需的时间都可以得到缩短。,再来看汽车上的刹车踏板和油门踏板:它们相距很近,并且刹车踏板要比油门踏板大很多,那么它们为什么没有被设计成相距很远,或者将两
13、者的大小颠倒过来呢?,朴素的使用经验告诉我们,这样的设计可以使得驾驶员能够以最短的时间把脚从油门踏板移动到刹车踏板上,从而达到以最快的速度准确制动的目的。,美国空军人类工程学部门主任的 Paul M. Fitts 博士对人类运动操作过程中的运动特征、运动时间、运动范围和运动准确性进行了研究,提出了著名的Fitts定律。,费茨用信息理论来决定人的手运动的时间, 他认为人的手的运动与人的其他的信息处理系统是一样的, 也遵循一定的规律. 他从试验中发现人的手的运动时间与运动距离, 要求的准确程度有关, 可以用下式表示: MT=k*LOG(2*D/W) 式中MT是手的运动时间, 单位是秒; D是运动距
14、离, W是目标的宽度; K是一个常量, 约为0.1。 D/W统称为运动难度系数。,该定律指的是:使用指点设备到达一个目标的时间同以下两个因素有关: 1.设备当前位置和目标位置的距离(A)。距离越长,所用时间越长; 2.目标的大小(W)。目标越大,所用时间越短。,Fitts定律示意图,该定律可用以下公式表示:t = a + b log2 (2A / W) 其中a,b是经验参数,它们依赖于具体的指点设备的物理特性,以及操作人员和环境等因素。,费茨定律从提出以来经过了广泛的验证, 证明是准确的. Fitts定律量化了一个事实,即目标离当前光标(控制器)位置越远或越小,将光标移动到目标的时间就越长。,
15、位置相容:控制器的位置应当靠近被控制的显示器。,指点设备的当前位置和目标位置相距越远,我们就需要越多的时间来移动; 目标的大小又会限制我们移动的速度,因为如果移动得太快,到达目标时就会停不住,因此我们不得不根据目标的大小提前减速,这就会减缓到达目标的速度, 延长到达目标的时间。目标越小,就需要越早减速,从而花费的时间就越多。 较短的时间限制内做出一定的移动幅度(A)时,随移动目标位置的不确定性增加,移动精度下降。,Fitts定律在软件界面设计中的应用 Fitts定律在软件界面设计中的主要作用是提高软件的可用性。更准确地说,它所提高的是软件可用性中的效率指标,即使得用户能够更快速地完成某个操作或
16、任务。 软件界面中的主要指点设备是指鼠标和轨迹球等设备,而目标则是指用户所要操作的对象,比如按钮、菜单等界面上的可视元素。从Fitts定律不难看出,要想缩短到达目标的时间不外乎两个方面:或者是缩短到目标的距离,或者是增大目标的大小。,缩短当前位置到目标区域的距离 右键菜单技术(或上下文菜单)是采取这种思路的一个很好的例子。为了弹出这种菜单,用户只要将鼠标指针移动到需要对其进行操作的某个对象所占据的区域中并单击右键即可。而在一般情况下,这个移动的距离要远小于将鼠标指针移动到应用程序主窗口顶部的下拉菜单区域。,另一个例子是Windows XP操作系统中的一个有关鼠标的设置。在系统控制面版中打开“鼠
17、标”项,然后选择“指针选项”,如图所示,2 增大目标大小以缩短定位时间 这方面最经典的例子是Windows操作系统和Macintosh 操作系统中的应用程序菜单区域位置的设计。实际测试和理论计算结果都表明,在使用Macintosh时,用户点击某个菜单所需的平均时间要比Windows上快0.4秒(The humane InterfaceJef Raskin )。,除了菜单之外, 另一个显著的例子是各种按钮的大小,包括对话框和工具条上的按钮。例如,在图所示的IE中,工具条上的所有按钮都做得比较大,其中“后退”按钮最大,这使得用户能够很容易地点中该按钮。类似地,WinZip图的工具条中的所有按钮也都
18、做得很大。,当然,增大按钮大小的做法并不是在所有的情况下都是可行的,因为屏幕空间是有限的。如果功能太多,就不可能在有限的空间里以较大尺寸显示全部按钮,这是一个需要做出权衡的问题。,Fitts定律在Web页面设计中的应用,Fitts定律是界面设计中的一个非常重要的指导原理,它能够帮助设计人员对界面上的各种视觉元素的设计进行评估,从而发现一些当用户使用指点输入设备进行操作时的可用性问题。更进一步,设计人员还可以根据该定律的要求,通过采取增大目标区域或减小当前位置到目标区域的方法来改善界面在这方面的易操作性,提高用户的操作效率和使用满意度。,运用较广:将手移动到身体的某个部位、脚踩踏板、组装线路板类
19、。键盘布局,运动的相容:控制器的运动方向应当与反馈指示器的运动方向以及系统本身的运动方向一致。,5. 运动的准确度 一般有如下规律 1)右手较左手运动速度快,右手由左向右运动又比由右向左运动速度快。 2)手朝向身体的运动比离开身体的运动速度快。前后往复运动比左右往复运动速度快。 3)水平面内的运动比垂直面内的运动快; 4)从下往上运动比从下往上运动速度快; 5)向下按的按钮比向前按的按钮操作准确;水平安装的旋钮比垂直安装的旋钮操作准确。 6)手操纵旋钮、指轮、滑块的准确度,以操纵旋钮为最佳,指轮次之、滑块最差。,4。人的操作动作分析,人的操作动作分析 动作经济原则: 同时使用两手,避免一手操作
20、一手空闲; 力求减少动作数量,避免一切不必要的动作; 尽可能减少动作距离,避免出现全身性动作; 寻求舒适的工作环境,减少动作的难度,避免不合理的工作姿态或作业方法。,分析手段:目视动作分析和摄影分析,人体各部分的活动范围,5.2 人体各部分运动特性,人体上部及上肢固定姿势活动角度范围,表36 身体主要部位肌肉所产生的力(单位:N,2030岁),返回,结论:女性的肌力比男性底20%30%,右手比左手强 10%,而习惯有左手的人,其左手的肌力比右手强 6%7%。,立姿弯臂时的力量分布,180,图T2,返回,立姿直臂时拉力和推力分布,拉力,推力,图T1 坐姿时手臂的操纵力的测试方位,返回,表37 手
21、臂在坐姿下对不同角度和方向的操纵力(单位:N),不同体位下的蹬力,返回,图T3,图T4,结论:由最大值衰减到1/4,只需要min,操作力最大肌力的20, 不容易疲劳,操作力最大肌力的15,操作可无限持续。,返回,影响人体能的因素,肢体的动作速度与频率,、动作速度 (1)肢体肌肉收缩的速度:不同的肌肉,肌力、阻力; (2)动作方向和动作轨迹等特征(动作特征) 、动作频率 取决于动作部位和动作方式。参阅表3-8。,3、人体动作的灵活性:是指操作时动作速度和频率,由人体的生物力学特性所决定。人体重量轻的部位比重的部位、短的部位比长的部位、肢体末端比主干部位的动作更灵活。因此,设计机器及其操纵装置时,
22、应当充分考虑人体动作灵活性的特点。参阅表B5,表38 人体各部位动作速度与频率限度,返回,表B5 人体各部分的最大运动频率,返回,作业 1. 对用户使用手机时的动作进行分析,选择使用手机的某个功能进行分析,比如接听电话的动作过程。得出是否合理的结论 2. 找出3个界面设计或产品设计中不符合fitts定理的设计实例。,5.3 控制器 控制器:把人的控制信号传递给机器系统的工具。 人机系统中,控制器是人和机器之间的纽带,是把人的控制意愿转化为机器运作命令的手段。,5.2 控制器设计人的信息输出设计 控制器的概念,第五章 人的运动与输出,2、控制器的类型 操纵控制器的类型很多,一般常用下列方法分类。
23、 1)按传递信息的特性 离散型和连续型控制器,离散型 离散型控制器所传递的控制信息是离散的。是有限值域内的选择。如开、关 连续型 传递的信号是连续的。是连续值域上的一个选择则。如声音、压力、温度。,2、控制器的类型 操纵控制器的类型很多,一般常用下列方法分类。 2按操纵方式划分 1)手动控制器,如各种手柄、按钮、旋钮、选择器、杠杆、手轮等。 2)脚动控制器,如脚踏板、脚踏钮、膝控制器等。 这些控制器与人的肢体有关,其外形、大小、位置、运动方向、运动范围和操作力等,都要适合于人的生理特征,便于手和脚的操纵。,2按控制器的功能划分 1)开关控制器,用于简单的开或关,启动或停止的操纵控制。常用的有按
24、钮、踏板、手柄等。 2)转换控制器,适用于系统当中不同状态之间的转换操纵控制。如手柄、选择开关、转换开关、操纵盘等。 3)调整控制器,用于调整系统中工作参数定量增加或减少的操纵控制。如旋钮、手轮、操纵盘等。 4)制动控制器,用于紧急状态下启动或停止的操纵控制。要求灵敏度高、可靠性强,如制动闸、操纵杆、手柄、按钮等。 3其他控制器 其他控制器主要有光控制器和声控制器,它们通常是利用一些传感元件将非电量信号转换成电信号,以便进行启闭开关或开关电路,实现控制的目的。这类控制器在安全生产当中较少使用,故不赘述。,2控制器的选择原则 正确地选择控制器的类型对于安全生产、提高功效极为重要,一般原则: 1)
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