第11章:人机界面设计.ppt
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1、Human Factors lab, Management School, Xian Jiaotong University, China,人因工程,西安交通大学管理学院 孙林岩教授,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,篇章总汇,总论 第1章 人因工程概述 第2章 人因工程的研究方法与工具 基础篇 第3章 人体测量 第4章 人体生理特性 第5章 人的心理认知特征 第6章 人的信息处理 第7章 人的作业环境,应用篇 第8章 作业空间设计 第9章 肌肉骨骼失调及其预防 第10章 脑力负荷与脑力工作绩效提升 第11章 人机界面设计 扩展篇 第1
2、2章 可用性 第13章 安全性,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,第11章 人机界面设计,显示器设计 视觉显示器的设计 听觉显示器的设计 控制器的设计 显示与控制的组合设计 计算机界面设计,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1显示器的设计,三种显示方式传递的信息特征,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1 显示器的设计视觉显示器,视觉显示器的分类 数字显示与模拟显示的选择 视觉显示器的设计原则 视觉显示器的空间设
3、计 视觉编码 视觉符号,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,视觉显示器利用人的视觉通道向人传递信息的装置,视觉显示器的分类,视觉显示器可以按不同的标准分类:,按照显示信息的时间特性分类 根据显示信息的精度要求分类 按照显示器的结构特点分类 根据显示器的功能分类,动态显示器 (温度计、速度表、高度表、电视和雷达等 ) 静态显示器(广告牌、交通标记和各种形式的印刷符号等 ),定量显示器 (速度盘、标尺) 定性显示器 (红绿灯),机电仪表显示器 、电光显示器 、灯光显示器,读数显示器、核查显示器、告警显示器、追踪
4、显示器、调节显示器,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,数字显示器与模拟显示器的选择 按照指示方式,视觉显示器可分为模拟式显示与数字式显示,其中模拟式又可分为指针运动式与指针固定式,如下图所示。 模拟式与数字式仪表是工作中常用的两种仪表,其特点的比较见下表。,a指针运动式 b指针固定式 c 数字式 不同类型显示仪表,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.
5、1 视觉显示器的设计,数字显示器与模拟显示器的选择 视觉显示器的选择 以人机系统的任务、人的作业特点和 显示器本身的物理特性等为依据: 确定待设计显示器的功能要求 (1) 必须显示什么信息? (2) 是否需要动态显示? (3) 采用何种信息编码形式? (4) 作业空间对视觉显示器有何限制? (5) 周围环境照明有什么特点?,仪表显示方式的选择 读数用仪表数字式 检查用仪表指针运动式 警戒用仪表将警戒区、危险区与其它区域标以不同的颜色 追踪用仪表模拟式 调节用仪表指针运动式,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计
6、,视觉显示器的设计原则 视觉显示器三项基本要求: 能见性、清晰性、可识性 视觉显示器的设计原则,根据使用要求,选用最适宜的视觉刺激维度作为传递信息的代码,并将视觉代码的数目限制在人的绝对判别能力允许的范围内。 使显示器精度与人的视觉辩认能力相适应。 尽量采用形象直观且与人的认知特点相匹配的显示格式。 对同时呈现的相互关联的信息尽可能实现综合显示,以提高显示效率。 目标与背景之间要有适宜的对比关系,包括亮度对比,颜色对比和形状对比等。 具有良好的环境照明条件,以保证对目标的准确辨认。 根据任务的性质和使用条件,确定视觉显示器的尺寸和安放位置。 要与系统中其他显示器和控制器在空间关系和运动关系上相
7、兼容。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,视觉显示器的空间设计,显示器的空间设置设定,观察角度 许多工效学手册推荐水平 视线偏15为最佳观察角度 视觉作业区 人眼对视野不同区域察觉 和辨别能力有所不同。对于 搜索作业,中心视野优于边 缘视野。,视觉显示器设置的最大视区和最佳视区,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,视觉显示器的空间设计,显示器的空间排列原则,重要性原则 使用频数原则 功能原则 使用顺序原则,以上四条原则
8、不是相互排斥的,有时可根据实际情况将它们有机地结合起来。综合指标经常采用重要性分数和使用频数的加权平均值表示: 综合分数=重要性分数权数1+使用频数权数2,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,视觉显示器的空间设计,模拟显示器的设定参数 显示器尺寸往往是影响能见性和清晰度的重要原因。 表盘式仪表的最小尺寸依赖于刻度标记尺寸、刻度间距、 刻度数目和视距等因素。,表 刻度标记的最佳高度,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,视觉
9、显示器的空间设计,模拟显示器的设定参数 刻度间距 指两个最小刻度线之间的 间隔距离,与人眼的分辨能力 和视距有关。 仪表的读数效率随刻度间距 的增大而增高,在达到一个 临界值之后,读数效率不再 增高,甚至有所下降。,图 刻度间距与判断正确率的关系,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,模拟显示器的设定参数,刻度宽度 每一刻度标记代表一定的读数单位 。研究表明,刻度的宽度一般取刻度间距大小的515。当刻度线宽度为间距的10时,判读误差最小。,图 刻度标记宽度与判断正确率的关系,School of managem
10、ent,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,模拟显示器的设定参数,表盘最小允许尺寸 表盘的尺寸与刻度标记的数量和视距是相关的,一般表盘尺寸随刻度数量和观察距离的增加而增大。研究表明,表盘最小直径对视距和刻度数目有一定的依存关系 。,表 图形刻度盘最小直径与标记数量和观察距离的关系,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,模拟显示器的设定参数,指针,功能:用来指示显示器所要显示的信息。 指针的大小、宽窄、长短和颜色配置等必须符合人的生理和心理特征。 指针的形状应力求简
11、单、指示明确、不附加装饰。 指针尖的宽度应与最短的刻度线等宽。 指针与刻度盘的配合应尽量贴近。 对于高精度的仪表,指针与刻度盘必须装配在同一平面内。指针长度要合适。 一般认为指针尖离刻度有1.6mm左右的距离较好。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,模拟显示器的设定参数,字符,仪表盘上的数字、字母、汉字等统称为字符 字符形状 字符的形状应简明、易读、醒目,多用直角和尖角形。汉字推荐采用宋体或黑体的印刷体 。 字符的大小 建议采用: 黑字白底:字宽/字高=0.7:1;笔划宽/字高=1:6 白字黑底:笔划宽/
12、字高=1:8 优先采用黑字白底,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,视觉编码,视觉编码的分类 单维编码,是指用刺激物的单一视觉属性传递信息的编码。用于单维视觉编码的刺激属性有颜色、形状、大小、闪光、倾斜度、线长、亮度、数字和字母等,多维余度编码 多维视觉编码是将两种或多种视觉刺激属性结合起来作为视觉代码的编码方式。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,多维余度编码 复合编码:两种或两种以上刺激属性相结合而又分别表示不同信
13、息的编码,表 复合编码中有可能结合的代码系统,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,视觉编码,常见视觉编码的代码数目长度,数字与字母编码 单个数字的编码长度限于10个,英文字母的编码长度限长26个,而组合使用时代码数量不受限制,并具有占用空间小的特点。 几何形状编码,编码长度以15种为限,最好不超过5种。 面积编码 代码数目一般不宜超过6种,以小于3种为佳。 线长编码 代码数目以小于3种为佳,最多不超过6种。 倾斜度编码 一般使用不多于12种角度,最多不能超过24种。 亮度编码 最好只能使用4种亮度水平,因2
14、种水平时效果最好。 闪光编码 以光的闪烁速度变化作代码,闪光频率不宜超过5种,一般以2种为佳。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,视觉符号,符号(或标志)是采用一定编码方式传达信息的一种方法。 符号设计中的知觉因素 图形背景分明 边界明显 闭合 人们对不同形状目标辨认效率的一般优劣次序为: 三角形、圆形、梯形、方形、长方形、椭圆形和十字形。 简明 整体,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.1 视觉显示器的设计,视觉符号,符号标志的评价 符号
15、标志设计最基本的要求就是要使人们容易理解其涵义,因此重要的问题在于找到人们容易用被编码的信息联系起来的符号标志。评价符号标志的适用性通常采用下列各种方法:,直选法 主观评价法 反应时法 混淆矩阵法,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1 显示器的设计听觉显示器,听觉显示器与视觉显示器的比较 听觉显示器的设计原则 听觉信号响度显示要求 听觉信号编码 听觉告警信号,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.2 听觉显示器的设计,听觉显示器利用声音通过人的听觉通道向人传递信息的装
16、置 ,可分为声音听觉显示器和言语听觉显示器两大类,听觉显示器与视觉显示器的比较,听觉显示和视觉显示的条件对比,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.2 听觉显示器的设计,听觉显示器与视觉显示器的比较 与视觉通道相比,听觉具有易引起人的随意注意,而且反应速度快和不受照明条件限制等突出的优点。但信道容量低于视觉,且对复杂信息模式的短时记忆保持时间较短。,听觉显示器通常适用于下列场合:,信号源本身是声音; 视觉通道负荷过重; 信号需要及时处理; 使用视觉受到条件限制; 显示某种连续变化而不需要短时存贮的信息等,School of man
17、agement,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.2 听觉显示器的设计,听觉显示器的设计原则,听觉刺激所代表的意义一般应与人们已习惯或自然的联系相一致。 采用声音的强度、频率、持续时间等维度作信息代码时,应避免使用极端值,而且代码数目不应超过使用者的绝对辨别能力。 信号的强度应高于背景噪声,要保持足够的信噪比,以防声音掩蔽效应带来的不利影响。 尽量使用间歇或可变的声音信号,要避免使用稳定信号,使对声音信号的听觉适应减至最小。 不同声音信号应尽量分时段呈现。 显示复杂的信息时,可采用两级信号。第一级为引起注意的信号,第二级为精确指示的信号。 对不同场合使用的听觉信号尽可
18、能标准化。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.2 听觉显示器的设计,听觉信号响度显示要求,响度水平的确定主要依赖于接收者的作业性质和周围环境的噪声 水平。 在实际使用场合,信号经常伴随着一定的噪声背景出现,该类信号的响度必须提高到足以抵消掩蔽效应的水平。,信号的响度接近背景噪声的掩蔽阈限时,信号响度的增加对提高觉察效率有显著作用。一旦信号响度高于掩蔽阈限15dB(A),背景噪声对检测任务的不利影响会大为减弱,此时若继续提高信号响度,觉察效率提高甚微,响度过高甚至还会导致接收者觉察绩效和满意感的下降。,School of man
19、agement,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.2 听觉显示器的设计,听觉信号编码,在声音信号编码中,常使用声音的强度、频率、持续时间、方位等维度特性。人对不同声音信号的识别,依赖于人对信号特性的绝对辨别能力。,表 人对声音维度的绝对辨别等级数,研究表明,多维编码优于单维编码;代码数目相等的场合,使用较多的维度和较少的等级的编码方案优于用较少的维度和较多的等级的方案;当编码维度超过6个时,每个维度的等级数以不超过3个为佳。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.2 听觉显示器的设计,听觉告警信号,人的听
20、觉器官的特性特别适合把听觉显示器用于告警显示.,听觉告警显示器的选择,表 听觉警报的特点,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.2 听觉显示器的设计,听觉告警信号,告警信号的频率选择,Patterson等人通过对听觉告警和警报信号的频谱研究,于1982年提出以下建议: 告警信号的音高频率范围应以1501000HZ为宜。 信号至少应该由四个主要频率成分组成。这样做的好处是: 可使信号被其他声音掩蔽的机会减少到最低限度; 可使在掩蔽条件下信号的音高和声音质量下降减到最低限度; 使可辨别信号的编码数目增加。 信号尽量用谐音频率成分组成。
21、应使信号的主要频率成分中至少有4/10的谐 音成分落入10004000HZ的频率范围内。 采用使信号基频滑移的方法向接收者传递紧急事件的信息。,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.1.2 听觉显示器的设计,听觉告警信号,话音告警,在现代人机系统中,常使用话音告警信号,话音告警中,信文格 式是决定其告警效率的关键因素之一。 有关这方面人的因素问题的研究主要涉及以下三类问题: 研究表明,在自然言语过程中,多音节词的言语可懂度高于单音节词,语句信文比关键词信文的传递速度更快。当话音只用作告警信号时,纯音先导信号不仅没有减少反应时,反而使反
22、应时增加;当话音既用作告警信号又用作与紧急状态无关的信号时,有纯音先导的告警信号显示格式优于无纯音先导的格式。,单音节词和多音节词对话音告警效率的影响; 关键词信文与语句信文的比较; 信文前有无先导纯音告警信号对告警效果的影响,School of management,Xian Jiaotong UNIVERSITY,11.2 控制器的设计,控制器是人用以将控制信息传递给机器,使之执行控制功能的装置。 人也通过触觉和本体感觉从控制器那里接收到完成作业所需要的反馈信息,因此控制器构成了人机系统的又一人机界面。 控制器的操作有效性包括操作绩效,安全和操作者体验到的紧张等,控制器的设计是否合理是影响
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- 11 人机 界面设计
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