第13章 三维绘制基础与简单图形的绘制

1、Human Factors lab, Management School, Xian Jiaotong University, China人因工程西安交通大学管理学院西安交通大学管理学院孙林岩教授孙林岩教授Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY篇章总汇篇章总汇总论总论o第第1 1章章 人因工程概述人因工程概述o第第2 2章章 人因工程的研究方法与工具人因工程的研究方法与工具基础篇基础篇o第第3 3章章 人体测量人体测量o第第4 4章章 人体生理特性人体生理特性o第第5 5章章 人的心理认知特征人的

2、心理认知特征o第第6 6章章 人的信息处理人的信息处理o第第7 7章章 人的作业环境人的作业环境应用篇应用篇o第第8 8章章 作业空间设计作业空间设计o第第9 9章章 肌肉骨骼失调及其预防肌肉骨骼失调及其预防o第第1010章章 脑力负荷与脑力工作绩效提升脑力负荷与脑力工作绩效提升o第第1111章章 人机界面设计人机界面设计扩展篇扩展篇o第第1212章章 可用性可用性o第第1313章章 安全性安全性Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY第第1010章章 脑力负荷与脑力工作绩效提升脑力负荷与脑力工作绩

3、效提升o 脑力负荷概述脑力负荷概述o 脑力负荷的测量方法脑力负荷的测量方法o 脑力负荷的预测方法脑力负荷的预测方法o 脑力工作效率提升脑力工作效率提升Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY10.1 10.1 脑力负荷概述脑力负荷概述o 脑力负荷的定义脑力负荷的定义 脑力负荷（脑力负荷（mental workload）是体力负荷相对应，也可称为）是体力负荷相对应，也可称为心理负荷、精神负荷、脑负荷、脑力负担等；心理负荷、精神负荷、脑负荷、脑力负担等； 脑力负荷表示人在工作中的心理压力。脑力负荷表示人

4、在工作中的心理压力。 目前对脑力负荷的定义没用严格统一的描述，以下几种是比目前对脑力负荷的定义没用严格统一的描述，以下几种是比较有代表性的模式：较有代表性的模式： 脑力负荷是人在工作时的信息处理速度。脑力负荷是人在工作时的信息处理速度。 脑力负荷是工作者用于执行特定任务时使用的那部分信息处脑力负荷是工作者用于执行特定任务时使用的那部分信息处理能力。理能力。 脑力负荷不仅与任务有关，也与个体有关。脑力负荷不仅与任务有关，也与个体有关。 脑力负荷是为人们为满足客观和主观的业绩标准而付出的注脑力负荷是为人们为满足客观和主观的业绩标准而付出的注意力大小，它与任务需求、社会支持和个体的经历有关。意力大小

5、，它与任务需求、社会支持和个体的经历有关。 脑力负荷是衡量人的信息处理系统工作时被使用情况的一个脑力负荷是衡量人的信息处理系统工作时被使用情况的一个指标，并与人的闲置未用的信息处理能力成反比。指标，并与人的闲置未用的信息处理能力成反比。 Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY10.1 10.1 脑力负荷概述脑力负荷概述o 脑力负荷与工作绩效的关系脑力负荷与工作绩效的关系 “三阶段三阶段”模式模式Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jia

6、otong UNIVERSITY10.1 10.1 脑力负荷概述脑力负荷概述o 脑力负荷与工作绩效的关系脑力负荷与工作绩效的关系 “倒倒U型型”模式模式Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY10.2 10.2 脑力负荷的测量方法脑力负荷的测量方法o 工作测量法工作测量法 主任务测量法主任务测量法 副任务测量法副任务测量法o 生理测量法生理测量法 心电活动测量法心电活动测量法 眼电活动测量法眼电活动测量法 脑活动测量法脑活动测量法 磁共振成像技术磁共振成像技术 o 主观测量法主观测量法 库柏一哈柏量

7、表、主观负荷评估法等库柏一哈柏量表、主观负荷评估法等 Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY1、工作测量法、工作测量法 主任务测量法主任务测量法假设操作者在工作中同假设操作者在工作中同时要做两个任务，但只将时要做两个任务，但只将其主要精力放在其中一个其主要精力放在其中一个任务上任务上 。常用的主任务测量法主常用的主任务测量法主要是对速度和准确度的测要是对速度和准确度的测量量 。主任务测量法通过测量主任务测量法通过测量操作人员执行主任务的表操作人员执行主任务的表现来反映主任务脑力负荷现来反映主任务脑

8、力负荷的轻重。的轻重。 工作测量法工作测量法 以工作者在执行工作时的表现作为脑以工作者在执行工作时的表现作为脑力负荷的衡量指标，反映了操作者在模拟力负荷的衡量指标，反映了操作者在模拟或实际操作环境中执行任务的能力或实际操作环境中执行任务的能力 副任务测量法副任务测量法副任务测量也可称次任副任务测量也可称次任务测量法。务测量法。采用这种方法的前提是采用这种方法的前提是：人是有限能力的单通道：人是有限能力的单通道信息处理器信息处理器 它通过测量人们完成副它通过测量人们完成副任务的表现间接反映主任任务的表现间接反映主任务的脑力负荷大小。务的脑力负荷大小。它是反映操作人员做主它是反映操作人员做主任务时

9、剩余能力的一个指任务时剩余能力的一个指标标。Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY2、生理测量法、生理测量法o 生理测量法就是通过测量操作者的某些生理指生理测量法就是通过测量操作者的某些生理指标的变化来反映其脑力负荷水平的改变。标的变化来反映其脑力负荷水平的改变。o 生理测量法的最大优点是客观性和实时性，并生理测量法的最大优点是客观性和实时性，并且不影响工作任务执行的情况下进行连续的监且不影响工作任务执行的情况下进行连续的监测。测。o 常用的生理测量法有三类：心电活动相关指标、常用的生理测量法有三

10、类：心电活动相关指标、眼活动相关指标以及脑活动相关指标。眼活动相关指标以及脑活动相关指标。 Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY2、生理测量法、生理测量法心电活动测量法心电活动测量法o 心电活动测量法心电活动测量法 心电活动测量法一般采用心电监护仪、多导生理仪心电活动测量法一般采用心电监护仪、多导生理仪等仪器记录心电图，将信号放大后分析心电活动变等仪器记录心电图，将信号放大后分析心电活动变化，其中以心率及心率变异性与脑力负荷的关系研化，其中以心率及心率变异性与脑力负荷的关系研究较多。究较多。例如

11、例如Wilson研究了飞行训练研究了飞行训练中工作负荷与多种生理指标的中工作负荷与多种生理指标的关系，发现心率和心率变异性关系，发现心率和心率变异性在不同的飞行阶段变化非常显在不同的飞行阶段变化非常显著，脑力负荷加重时心率加快，著，脑力负荷加重时心率加快，而心率变异性则减少。而心率变异性则减少。Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY2、生理测量法、生理测量法眼电活动测量法眼电活动测量法o 眼电活动测量法眼电活动测量法 研究脑力负荷和眼电活动的关系时，一般通过眼动研究脑力负荷和眼电活动的关系时，一般

12、通过眼动仪等仪器记录眼电图信号，然后通过电脑将信号放仪等仪器记录眼电图信号，然后通过电脑将信号放大，分析不同脑力负荷下眨眼信号的变化。大，分析不同脑力负荷下眨眼信号的变化。 眨眼是人的一种正常的保眨眼是人的一种正常的保护性生理反应，人们在自然护性生理反应，人们在自然情况下也可发生眨眼现象。情况下也可发生眨眼现象。但眨眼率可随所执行的任务但眨眼率可随所执行的任务而发生变化，提高任务要求而发生变化，提高任务要求可使眨眼率降低。可使眨眼率降低。 有研究表明随工作任务难有研究表明随工作任务难度的增加，相邻两次眨眼间度的增加，相邻两次眨眼间隔时间延长，眨眼率会下降。隔时间延长，眨眼率会下降。Team o

13、f Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY2、生理测量法、生理测量法脑活动测量法脑活动测量法o 脑电活动测量法：主要有脑电活动测量法：主要有ERP和和EBM两种。两种。 脑事件相关电位测量法脑事件相关电位测量法（Event-related Potential，ERP）n 与脑的认知活动密切相关，是近年来比较新的脑力负荷评价与脑的认知活动密切相关，是近年来比较新的脑力负荷评价指标。指标。n 脑活动特别是其中的晚发正波成份脑活动特别是其中的晚发正波成份P300与认知活动关系最为与认知活动关系最为密切，被认为是脑认知活

14、动的窗口，可反映任务的脑力负荷，密切，被认为是脑认知活动的窗口，可反映任务的脑力负荷，其波幅可以反映诱发其产生的刺激任务的脑力资源的多少。其波幅可以反映诱发其产生的刺激任务的脑力资源的多少。 脑地形图脑地形图（Electrical Brain Mapping，EBM）。）。n 脑地形图是利用头皮电极和微机技术研究脑诱发电位的时间脑地形图是利用头皮电极和微机技术研究脑诱发电位的时间和空间变化的一种方法。和空间变化的一种方法。n 由于作业的种类和难度的不同，头部电活动类型和脑诱发电由于作业的种类和难度的不同，头部电活动类型和脑诱发电位成分有明显的差异，我们可以运用这种差异研制功能性脑位成分有明显的

15、差异，我们可以运用这种差异研制功能性脑地图集，并预示可以运用这种地图集确定各种认知作业间的地图集，并预示可以运用这种地图集确定各种认知作业间的认知功能的相似处和差异，进而探讨作业脑力负荷。认知功能的相似处和差异，进而探讨作业脑力负荷。 Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY2、生理测量法、生理测量法磁共振成像技术磁共振成像技术 （MRI）o MRI在脑力负荷的研究中有着广泛的应用前景。在脑力负荷的研究中有着广泛的应用前景。o 各种认知活动在功能上都有高灵敏度的显示成像工作方各种认知活动在功能上都有

16、高灵敏度的显示成像工作方式，我们可以检测到作业前后信号强度变化的大式，我们可以检测到作业前后信号强度变化的大小和速度，通过小和速度，通过“差图法差图法”或或“信号强度信号强度时间时间”关系关系曲线，可以直观描述信号强度的变化规律，分析认知作曲线，可以直观描述信号强度的变化规律，分析认知作业的种类和脑力负荷。业的种类和脑力负荷。Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY3、主观测量法、主观测量法o 主观测量法是最简单也是最流行的脑力负荷评定方法。主观测量法是最简单也是最流行的脑力负荷评定方法。o 主观测

17、量法的理论基础是操作者脑力资源的占用与个人主观测量法的理论基础是操作者脑力资源的占用与个人的努力程度是相关的，并且这种努力程度能够由操作者的努力程度是相关的，并且这种努力程度能够由操作者准确表达出来。准确表达出来。o 主观评价法操作简单，使用方便，容易为操作人员所接主观评价法操作简单，使用方便，容易为操作人员所接受，对任务也没什么干扰，受，对任务也没什么干扰，o 使用统一的维度进行评定，可以对不同任务的负荷结果使用统一的维度进行评定，可以对不同任务的负荷结果进行比较，它不仅能区分超负荷与非超负荷，且对中、进行比较，它不仅能区分超负荷与非超负荷，且对中、低负荷的变化也较敏感。低负荷的变化也较敏感

18、。o 用于脑力负荷评价的主观测量方法很多，主要分为多因用于脑力负荷评价的主观测量方法很多，主要分为多因素评价法和单因素评价法两类。素评价法和单因素评价法两类。Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY3、主观测量法、主观测量法CH量表量表o CH量表是由量表是由Cooper和和Harper在在1969年提出的用于评年提出的用于评价飞机驾驶难易程度的一种图表式主观方法。价飞机驾驶难易程度的一种图表式主观方法。 该方法把飞机驾驶该方法把飞机驾驶的难易程度分为的难易程度分为10个等级，飞行员在个等级，飞行员

19、在驾驶飞机后，根据驾驶飞机后，根据自己的经验和感觉，自己的经验和感觉，对照各种困难程度对照各种困难程度的定义，作出对该的定义，作出对该种飞机的评价。种飞机的评价。Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY3、主观测量法、主观测量法-SWAT量表量表 o SWAT量表是由美国空军某基地航空医学研究所开发的量表是由美国空军某基地航空医学研究所开发的一个多维脑力负荷评价量表。一个多维脑力负荷评价量表。o 该量表由三个维度组成，即时间负荷、努力负荷和心理该量表由三个维度组成，即时间负荷、努力负荷和心理紧张负荷

20、。紧张负荷。 时间负荷反映了人们执行任务过程中可用的空闲时间的多少；时间负荷反映了人们执行任务过程中可用的空闲时间的多少； 努力负荷反映了执行任务需要付出多大的努力；努力负荷反映了执行任务需要付出多大的努力； 心理紧张负荷测量的是执行任务过程中产生的焦虑、不称心心理紧张负荷测量的是执行任务过程中产生的焦虑、不称心等心理状态表现的程度。等心理状态表现的程度。 o 采用采用SWAT量表进行脑力负荷评价分两个步骤量表进行脑力负荷评价分两个步骤量表开发阶段量表开发阶段评分阶段评分阶段Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UN

21、IVERSITY10.3 10.3 脑力负荷的预测方法脑力负荷的预测方法o 脑力负荷的测量方法的应用重点是在人机系统设计后的脑力负荷的测量方法的应用重点是在人机系统设计后的使用阶段的脑力负荷评价。在很多情况下，我们更多的使用阶段的脑力负荷评价。在很多情况下，我们更多的需要考虑在系统设计之前的脑力负荷评估。这就涉及导需要考虑在系统设计之前的脑力负荷评估。这就涉及导对脑力负荷的预测问题。对脑力负荷的预测问题。o 对脑力负荷的预测主要采用分析的方法。本节就介绍几对脑力负荷的预测主要采用分析的方法。本节就介绍几个有代表性的预测模型。个有代表性的预测模型。 Siegel和和Wolf的时间压力模型的时间压

22、力模型 波音公司的脑力负荷预测方法波音公司的脑力负荷预测方法 Aldrich的脑力负荷预测方法的脑力负荷预测方法 Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY1、 Siegel和和Wolf的时间压力模型的时间压力模型 o 20世纪世纪60年代，年代，Siegel和和Wolf开发了一个以人为中心开发了一个以人为中心的人机计算机模拟系统，在这个计算机模拟中，人的的人机计算机模拟系统，在这个计算机模拟中，人的负荷情况是影响人一机系统效率的最主要的因素。负荷情况是影响人一机系统效率的最主要的因素。o 脑力负荷可

23、以用脑力负荷可以用“压力压力”这个变量来表示。压力主要受这个变量来表示。压力主要受以下四个方面的影响以下四个方面的影响 操作人员的工作速度；操作人员的工作速度； 工作同伴带来的工作压力；工作同伴带来的工作压力； 重复工作带来的工作压力；重复工作带来的工作压力； 被迫等到机器作出反应带来的烦躁和压力。被迫等到机器作出反应带来的烦躁和压力。 Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY1、 Siegel和和Wolf的时间压力模型的时间压力模型 （续）（续）o 时间压力模型最基本的假定是人对还剩有多少时间可以

24、时间压力模型最基本的假定是人对还剩有多少时间可以用来完成任务的判断。这个判断的结果就是时间压力。用来完成任务的判断。这个判断的结果就是时间压力。时间压力影响到操作人员的操作速度。时间压力影响到操作人员的操作速度。o Siegel和和Wolf的模型的主要目的是预测人能否完成他的模型的主要目的是预测人能否完成他被赋予的在系统中的使命。被赋予的在系统中的使命。o Siegel和和Wolf认为时间压力可以被定量的描述。他们认为时间压力可以被定量的描述。他们把时间压力定义为完成任务所需要的时间与给定的完成把时间压力定义为完成任务所需要的时间与给定的完成任务之比即：任务之比即： TP=TD/TA 其中：其

25、中：TP是时间压力，是时间压力，TD是完成任务需要的时间，是完成任务需要的时间，TA是给出的完成任务的时是给出的完成任务的时间）间）Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY2、波音公司的脑力负荷预测方法、波音公司的脑力负荷预测方法 o 从波音从波音737开始，飞机上开始用电子计算机显示和控制开始，飞机上开始用电子计算机显示和控制系统，波音公司提出了用时间研究的方法分析人的业绩系统，波音公司提出了用时间研究的方法分析人的业绩的可能性问题。的可能性问题。o Stern等人把这种方法扩展到用操作人员的能力

26、和剩余等人把这种方法扩展到用操作人员的能力和剩余的能力，来估算人的负荷比例。的能力，来估算人的负荷比例。o Smith提出用时间占有率作为负荷比例。时间占有率是提出用时间占有率作为负荷比例。时间占有率是完成任务所需要的时间与给出的完成任务时间之比。完成任务所需要的时间与给出的完成任务时间之比。Team of Prof. Sun L. Y. School of managementXian Jiaotong UNIVERSITY3、 Aldrich的的脑脑力力负负荷荷预测预测方法方法 o 工作分析阶段工作分析阶段在这一阶段把操作人员在系统中应该完成的任务按照在这一阶段把操作人员在系统中应该完成的

27、任务按照“系统一使命一阶段系统一使命一阶段性使命一功能一任务一行为一人工作的部位性使命一功能一任务一行为一人工作的部位”的顺序逐级进行分解。的顺序逐级进行分解。o 估计每项任务所需要的时间估计每项任务所需要的时间任务可分为间断性任务和连续性任务两大类。时间的确定就比较困难。主任务可分为间断性任务和连续性任务两大类。时间的确定就比较困难。主要是根据专家的意见确定的。要是根据专家的意见确定的。o 确定人的各个部位被占用的情况确定人的各个部位被占用的情况人的工作系统分为感觉、认知、反应三个子系统。感觉又可分为视觉、听人的工作系统分为感觉、认知、反应三个子系统。感觉又可分为视觉、听觉、触觉。这样人的工作系统被分为五个可以同时工作的子系统。觉、触觉。这样人的工作系统被分为五个可以同时工作的子系统。o 确定工作内容的脑力负荷，确定工作内容的脑力负荷，在本方法中，每一个子系统的脑力负荷定在在本方法中，每一个子系统的脑力负荷定