第4章视觉特征和显示装置设计(I)新_1

1、第四章 视觉特征和显示装置设计主要章节n41 视觉特征n42 视觉的分布与设计布置区的划分n43 显示装置和指示式仪表的设计n44 电子显示装置设计n45 仪表盘的总体布置4.1 视觉特征n据统计在认识物质世界的过程中，80%以上的信息是通过视觉得到的。n光、对象和眼睛是构成所谓看见的视觉现象的三要素。4.1.1 视野（一） 一般视野n视野一般是指眼睛观看物体的时候，头部和眼球固定不动，观看正前方所能看见的空间范围。常以角度表示。水平视野和垂直视野图n垂直方向上为120或130度，视平线上方60度，下方70度。n水平方向约为180度，两眼内侧视野重合约60度，外侧各90度。n在垂直方向6度和水

2、平方向8度角度内见到的物体落在黄斑。n视角1.5左右的影响落在中央凹上。色觉视野图白色视野最大，其次为黄、蓝、红、绿。色觉视野和被看对象的颜色和被衬色有关。（三）微观视野和宏观视野n视距为25cm，人眼能分辨物体两点间最小距离为0.075mmn显微镜-微观视野 250万倍n望远镜-宏观视野 20亿光年412 视角和视力n视角：是被看对象中两点光线投入眼角的相交角度。 n=2arctg(D/2L)=2arctg(D/2L)n视角，D被看对象上两点的距离，L眼睛至被看对象的距离n视力是眼睛识别物体细部的能力，它是眼睛能分辨被看对象最近两点的视角的倒数。 视力视力=1/=1/能够分辨的最小物体的视角

3、能够分辨的最小物体的视角n作为评价眼睛分辨细小物体清晰度的标准。它与照度、背景亮度以及对象与背景对比度的增加而增大。n为了提高视力，必须提高背景亮度或照度，或提高零部件与背景亮度的对比。413 对比感度 n颜色对比和亮度对比nCp=Lp/Lb=(Lb-Lo)/LbnSc =1/ CpnCp临界对比临界对比，Lb背景亮度， Lo零件亮度，nLp临界亮度差，人眼刚能辨别零件时，背景和零件的最小亮度差叫做临界亮度差。nSc对比感度对比感度414适应性n暗明1分钟n明暗 4-6分钟，完全适应需要30分钟n工作面的光亮要均匀，避免产生阴影。n对于夜航飞行，显示屏的亮度不应高于（或低于）显示屏以外的亮度很

4、多。n避免适应性问题导致的观察或判断延迟，视觉疲劳和事故。 夜航驾驶舱415炫光炫光的影响n炫光使瞳孔减小，在视野亮度不变的情况下降低了视网膜上的照度，n炫光在眼球媒质中散射，降低了被看对象与背景之间对比度。n视觉细胞受高亮度光远的刺激使大脑皮层细胞间产生相互作用，使观测的对象模糊不清。总之，炫光导致视力下降，头晕目眩，造成不舒适的视觉条件，应予以避免。炫光的种类n直接炫光和反射炫光n直接炫光由天然光或强烈人工光源直接引起的。如阳光或日光灯照到计算机显示屏幕上.n反射炫光是由其他表面反射而来的高亮度光线或高亮度对比产生的。 如玻璃等反射导致的炫光.减少炫光的方法n对直接炫光：减少引起炫光的面积

5、；增大视线和炫光源的夹角；提高炫光周围的亮度n对反射炫光：降低光源的亮度；改变光源位置或改变作业对象的位置；改变刺眼物体表面性质；提高环境亮度n工具:眼镜和滤光板等研究方法n生理炫光：用视力变化来研究和评价炫光的作用。n心理炫光；主观心理效果来研究和评价炫光的作用。416 视错觉n1 长度错觉n2 方位错觉n3 透视错觉n4 对比错觉417 颜色视觉n人眼可以看到波长380-780nm的电磁波n小于380nm (紫外线，X射线等)n大于780nm(红外线，无线电波等)颜色标准波长波长范围紫色420380-450蓝色470450-480绿色510480-575黄色580575-595橙色6105

6、95-620红色700620-780三色学说：n视网膜上圆锥细胞感应颜色信息。n视网膜上有三种圆锥细胞，分别感受红、绿、蓝三种基本色。n同等强刺激-白色；同等中刺激-灰色；同等弱刺激-黑色；加大颜色对比，避免保护色效应418视驼峰现象n由于视神经节细胞的作用，人在察看物体表面轮廓非常清晰，即视驼峰现象。视驼峰现象的应用n1 机电产品造型设计，建筑设计，广告设计，装潢和绘画中，背景和对象之间采用烘云托月的手法。n2 图像识别n3 电视机上色边电路n4 摄影技术42 视觉分布与设计布置区的划分421 视觉的运动规律n1眼睛的水平运动比垂直运动快n2实现习惯于从左到右和从上到下运动，看圆形内的东西时

7、，总是沿顺时针方向看的迅速n3眼睛朝上下方向运动比沿水平方向运动容易疲劳，对水平方向的尺寸和比例的估计比对垂直方向的估计要准确得多。n4当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相同的情况下，人眼对左上象限的观察率优于对右上象限，对右上优于左下，右下最差。左上n5 两眼的运动是协调和同步的，不可能一只眼转动而另一只眼不动，也不可能一眼看，而另一眼不看。n6 对直线轮廓比对曲线轮廓更容易接受n7 颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。当人从远处辨认不同颜色时，易辨认的顺序分别是：红，绿，黄，白。两种颜色搭配在一起时，易辨认的顺序是：黄底黑字，黑底白字，蓝底白字，白底黑字等。n选用清晰配色方案：黑与黄、黑与白等。

8、422 视区的分布和色觉范围1 水平方向的视区n10 度为最佳视区n20 度为瞬息区n30 度为有效区n120 度最大视区 2 垂直方向的视区n最佳视线：视水平线下10 度左右n良好视区：视水平线以上10 度和以下30 度n最大视区：视水平线以上60 度和以下70 度3 最敏感的色觉范围n白天：555nm的黄绿光n暗视觉：绿光 。n在暗黑天, 视敏感的波长向短波方向移动4 最小分辨角n最小分辨角为07 -1 n随照度、环境、颜色和视线方向有所变化n例如白天和晚上、航海环境、对象颜色等433 设计布置区的划分nA 一般区域： 操作频繁的操纵装置；但不宜布置精度高的认读频繁的显示装置。nB 最佳区

9、域： 视觉和手操作的最佳区域nC 辅助区域nD 最大区域05043 显示装置和指示式仪表的设计n机器至人的信息传递有视觉显示、听觉显示、触觉显示等，但是无疑视觉显示是最重要的。n信息传递和处理的质量取决于人接受信息的速度和准确度，这与视觉显示装置有密切联系。n本节讨论显示装置、刻度盘设计、刻度线选择和字符选择等显示装置如何配置的问题431 视觉显示装置的种类和特点n一般分为三大类：数字显示、模拟显示、电子显示n模拟显示用模拟量来显示机器工作状态各参数的装置 n数字显示指直接用数码来显示机器工作状态各参数的装置 n电子显示器综合了模拟显示器和数字显示器的特点，它既能显示机器工作过程中的某一特定参

10、数和状态，又能显示其模拟量值和趋势，还能通过图形和符号显示机器工作状态及各有关参数。n模拟显示装置的类型： 开窗形、圆形、半圆形、水平直线形、竖直直线形模拟式仪表形式与误读率关系 n类型：读数用仪表、检查用仪表、警戒用仪表、跟踪用仪表、调节用仪表n功能：供数量认读、供质量认读、供检查认读、此外有跟踪、警戒等功能。432指针式仪表设计的人机学问题需要考虑的人机学参数：n操纵者与显示装置间的观察距离；n根据操纵者的位置，显示装置是否布置在最佳视区范围；n选择有利于显示和认读的形式，以及考虑颜色照明等条件。1 刻度盘的形状和大小n刻度盘的形状与认读准确性关系：开窗形圆形半圆形水平直线形竖直直线形模拟

11、式仪表形式与误读率刻度盘的大小n刻度盘的大小与刻度标记数量和人的观察距离有关。n刻度盘大小一般随着它们的增减而增减。但是刻度盘过大，眼睛的扫描路线变长，反而影响读数的速度和准确性，同时占了安装面积。圆度盘直径/mm观察时间/s平均反应时间/s读错率/%250820766%440720724%7707507312%刻度标记的数量刻度盘的最小允许直径（mm)观察距离500mm时观察距离900mm时3825.425.45025.432.57025.445.510036.464.315054.498.020072.8129.6300109.0196.0观察距离和标记数量与盘度直径的关系 认读速度和准确

12、度与刻度盘直径的关系n此外：开窗式仪表，要求无论刻度盘转到任何位置，都能在观察窗口看到相邻两个刻有数字的窗口。2 刻度和刻度线设计刻度大小n度盘上刻度线之间的距离称为刻度。n刻度的大小 一般1-2.5mm, 不得小于0.6-1mm，必要时4-8mm。n过小导致误读率显著增加；n最小刻度与材料有关材 料 名 称铜铝黄铜锌白铜刻度单位（mm)1.01.00.50.5n刻度线类型：单刻度线、双刻度线、递增式刻度线。n刻度线分为：长刻度线、中刻度线、短刻度线。n刻度线最小长度的近似计算 (L 为视距)长刻度线高度 L90mm 刻度线宽度 L5000mm中刻度线高度 L125mm 短刻度线间距 L600

13、mm短刻度线高度 L200mm 长刻度线间距P L50mmn刻度线宽一般为0.1+0.02mm；远距离0.6-0.8mm，刻度线间距为：L/600 - L/50mm;n刻度方向：是从左到右；从上到下；顺时针方向等每个刻度的单位值：1，2 ，5或1，2，5X10n个单位3符号文字的设计n字符形状：简单显眼，多用直线和尖角，汉字推荐采用宋体或黑体。n字符大小：尽可能大，一般为观察距离的1/200。n数字的立位：必须任何时候都同指针垂直。正对着操纵者。n符号设计：辨认较复杂的符号的效果比简单和复杂符号的效果好些（辨认速度快，错误数少） 刻度标示的比较零点位置：9点和12点位置指针零点的位置大都在时钟

14、的12点和九点的位置上。abc4指针设计n形状应单纯明确，头顶尖，尾部平，中间等宽或狭长三角形（参考钟表）n宽度与刻度线等宽，n不接触盘面，但应当尽量靠近n长度不能覆盖刻度记号，也不能远离刻度n指针颜色与度盘颜色有鲜明对比，与刻度线颜色和字符颜色相同4指针设计n形状形状应单纯明确，头顶尖，尾部平，中间等宽或狭长三角形。n下面指针分别为：杆形、刀形、带指针的剑形、塔形、直角三角形、梯形、剑形n指针指针宽度宽度与刻度线等宽，或为刻度大小的10-n倍。4指针设计n不接触盘面盘面，但应当尽量靠近n长度长度不能覆盖刻度记号，也不能远离刻度n指针颜色指针颜色与度盘颜色有鲜明对比，与刻度线颜色和字符颜色相同

15、零点位置：9点和12点位置指针零点的位置大都在时钟的12点和9点的位置上。abc433 指示式仪表的颜色匹配n盘面部分n总体效果n特殊用色n盘面部分：选用清晰配色方案：黑与黄、黑与白等。最常见的指针式仪表n总体效果：使总体颜色协调、淡雅，富有亲切感和明快感。n特殊用色： 红色的含义是禁止、停止、危险和需立即处理的指示； 黄色的含义是注意和警告； 绿色的含义是安全、正常和允许运行； 蓝色的含义是指令和必须遵守的规定； 白色表示其他状态等；公路上的标志44 电子显示装置设计n随着电子技术和计算机技术的发展，电子显示装置在各类设备中应用日趋广泛。n例如，各种家电控制面板，数控机床的数控系统面板，各种

16、计算机显示屏幕，手机显示屏等等。电子显示装置人机界面分类n硬件人机界面n软件人机界面Quantum SmartBake: 自动面包烤制机441字符的形状n检测时间：大写优于小写；简单优于复杂；n辨别型状优劣：三角形圆形梯形方形长方形椭圆形十字形442字符的大小n字符大小要适当，过小影响识别度；过大不经济。n一般每个字符所占的水平视角在22左右可以满足要求。443字符的亮度n一般来说字符亮度越高，识别效果越好，但是亮度超过一定范围，识别效果不会有多大的改善。n计算机屏幕上的字符亮度一般在10-180cd/m2444屏幕上的背景和亮度n背景亮度不低于10cd/ m2n背景亮度和字符亮度之间应有一定

17、对比度445显示屏幕外的环境亮度n周围环境亮度应比显示器亮度稍低或一致，屏幕上的符号看起来才是最清晰的。软件的人机界面人机对话界面的类型原则类型n命令行、菜单、表格、图形用户界面（GUI）等。原则n兼容性；一致性；简明性。命令行；菜单2 界面的构成 屏幕的布局 菜单的式样 光标的式样：尖头、沙漏等 对话框n3 网页界面的设计n考虑人的因素，进行审美层次的设计，又要考虑用户的构成、行为和心理期望。n处理好信息传递和控制。n要有鲜明的特色和风格。45 报警信号装置设计451报警信号装置的功用n指示方面：引起操作者的注意或指示操作，具有传递信息的作用。n执行方面：借以反映某种指令，某种状态，某些条件

18、，或某类演变正在执行或已经执行。n美国三里岛核电站事故就与这两种功能混淆有关。452信号灯的设计n1亮度： 至少两倍于背景亮度，背景以灰暗无光为好。n2颜色：红色表示警戒、禁止、停顿或指示不安全；绿色表示正常运行；黄色表示提请注意。电工成套装置中的指示灯n3闪光信号：引起操作者进一步注意需要操作者立即采取行动；反映不符合指令要求的信息。 此外用速度的快慢作情况紧急的指示。n4信号形象化：不仅用颜色，也可以用形象化形状加以区别。如高速公路收费处，机场等。公路上的标志显示飞机着陆高程的信号灯系统机场登记门指示标志n 5. 信号灯的位置：最重要的信号灯和警告灯应安置在视野中央3的范围内； 所有警告灯均应安置在视野30的范围内。 具体位置的确定还应考虑与其他显示器和控制器的空间兼容关系。 453 报警器n报警器一般是音响形的，如电铃，汽笛，蜂鸣器等；n既要高亢嘹亮，易于引起人们的重视，又要柔和悦耳，不致引起心理负担。46 仪表盘的总体布置 461 仪表盘的总体布置n直线形布置、弧形布置 、弯折形布置性能比较n直线形结构简单，安装方便，用于小型控制室，但视觉条件差，易产生炫光。n弧形结构安装结构比较复杂，视觉条件好，炫光不严重