《人机工程学》课件第三章（一）

1、第3章 显示装置设计3.1 人的视觉与听觉特性 3.2 人/机信息分析及显示方式3.3 视觉显示3.4 听觉显示 3.1 人的视觉与听觉特性3.1.1 人的视觉特性（一）视野及视区 1.视野： 也称视场，是头和眼睛在规定的条件下，人眼可觉察到的水平面与铅垂面内所有的空间范围。直接视野 ：当头部与两眼静止不动时，人眼可觉察到的水平面与铅垂面内所有的空间范围。眼动视野：头部保持在固定位置，眼睛为了注视目标而移动时，能依次注视到的水平面与铅垂面内所有的空间范围。分为单眼视野与双眼视野。观察视野：身体保持在固定位置，头部与眼睛转动注视目标时，能依次注视到的水平面与铅垂面内所有的空间范围。 3.1 人的

2、视觉与听觉特性3.1.1 人的视觉特性（一）视野及视区 1.视野： 水平视野与垂直视野 见图3-1正常视线：头部和两眼都处于放松状态，头部与眼睛轴线之夹角约为105-110时的视线，该视线在水平视线下约25-35。见附图3-2眼动视野最佳值 = 直接视野最佳值 + 眼球可轻松偏转的角度（头部不动）观察视野最佳值 = 眼动视野最佳值 + 头部可轻松偏转的角度（躯干不动） 3.1 人的视觉与听觉特性3.1.1 人的视觉特性（一）视野及视区 1.视野：色觉视野：简称色视野。见附图3-3 3.1 人的视觉与听觉特性3.1.1 人的视觉特性（一）视野与视区 2. 视区 按对物体的辨认效果，即辨认的清晰程

3、度和辨认速度，分为4个视区： 视 区范 围辨 认 效 果铅垂方向水平方向中心视区1.5-31.5-3辨别形体最清楚最佳视区视水平线下1520在短时间内能辨认清楚形体有效视区上10，下3030需集中精力。才能辨认清楚形体最大视区上60，下70104可感到形体存在。但轮廓不清楚 3.1 人的视觉与听觉特性3.1.1 人的视觉特性（二）视角与视敏度 1. 视角与视距 见图3-4视角：指被视对象上两端点到眼球瞳孔中心的两条视线间的夹角。视距：物体到眼睛的距离。一定条件下人们是否能看清物体，并不取决于物体的尺寸本身，而是取决于视角。 3.1 人的视觉与听觉特性3.1.1 人的视觉特性（二）视角与视敏度

4、2. 视敏度视敏度：对相邻目标或目标细节的分辨能力。临界视角：对目标细节刚能区分和不能区分的临界状态下的视角。视敏度 = 1/临界视角 3.1 人的视觉与听觉特性3.1.1 人的视觉特性（三）视觉运动特性 P461.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 内的仪表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。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、蓝底 白字、白底黑字。 据上述特征，适用视觉的原

5、则参阅表3-2。 3.1 人的视觉与听觉特性3.1.2 人的听觉特性（一）听觉刺激 （次声）20-20 000Hz （超声）的声波 3.1 人的视觉与听觉特性3.1.2 人的听觉特性（二）听觉系统 见图3-5（三）听觉物理特性 1. 频率响应人耳能听闻的频率比为fmin/fmax=1：1000；频率感受的上限随着年龄的增长而逐年连续下降，见图3-6；听觉的频率响应特性对听觉传示装置的设计是很重要的。 附图3-12 语言强度与清晰度 3.1 人的视觉与听觉特性3.1.2 人的听觉特性（三）听觉物理特性 2. 动态范围 听觉声强的动态范围=正好可忍受的声强 / 正好能听见的声强。听阈：在最佳的听闻

6、频率范围内，一个听力正常的人刚刚能听到给定各频率的正弦式纯音的最低声强Imin。痛阈：对于感受给定各频率的正弦式纯音，开始产生疼痛感的极限声强Imax。 3.1 人的视觉与听觉特性3.1.2 人的听觉特性（三）听觉物理特性 2. 动态范围听阈和痛阈都与频率有关系，是在某一频率下的听阈值或痛阈值。听觉范围：由听阈和痛阈两曲线所包围的听觉区,见图3-7。 3.1 人的视觉与听觉特性3.1.2 人的听觉特性（三）听觉物理特性 3. 方向敏感性时差：t=声源到两耳的时间差。人耳可觉察到的声 信号入射的最小偏角为3。人耳对不同频率、不同方向的声音的感受能力不同，见图3-8。由于头部的掩蔽效应，造成声音频

7、谱的改变。 3.1 人的视觉与听觉特性3.1.2 人的听觉特性（三）听觉物理特性 4. 掩蔽效应 掩蔽：一个声音被另一个声音所掩盖的现象。 掩蔽效应：一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应。 3.2 人/机信息分析及显示方式3.2.1 人的信息流的分类从机器到人的信息流、从人到机器的信息 流正常的信息流、不正常的信息流 （专门设计来传播信息的通讯工具传递）直接信息、间接信息 直接信息：凡是能由感觉器官在直接感受过程中接受的信息。 间接信息：凡是必须以复制或代码的形式传播的信息。 3.2 人/机信息分析及显示方式3.2.1信息流的分析对信息流进行分析，目标是确定能够令人满意地完成所分配

8、的功能需要何种信息更好，以及如何传递这种信息。必须精确地表明哪一项信息应该流动或传播。必须明确何者是信息的发送者或接受者。必须确定是正常的信息还是非正常的信息。如果 涉及的信息接受者是人，还必须明确它是直接感受的信息还是间接感受的信息。必须明确什么时候需要信息。必须明确信息将发挥什么作用。是作为报警、检查、跟踪、识别还是作为一道指令，以及这些信息间的关系。 3.2 人/机信息分析及显示方式3.2.2显示形式确定的三个步骤从人机工程学的观点出发，有三个步骤：确定用以传递信息的感觉器官。选择最合适的产品装置，以便传播信息。提供设计这种产品装置的人机工程学依据。 3.2 人/机信息分析及显示方式3.

9、2.3听觉与视觉刺激的特点听觉刺激具有时间性，其信息是通过时间延续的；视觉刺激则具有空间性，它们具有空间位置。听觉刺激可以随着时间延续而连续传递不同的信息；视觉刺激则能连续地或同时并存地表现不同信息。听觉刺激是相继呈现的，所以，除非为听者所察觉，否则无法持续保持。（弱相关性）听觉刺激与视觉袭击比较，所提供的信息编码的维数较少。言语作为一种特殊形式的听觉刺激能通过表达方式的改变及感情、语调的细微变化而比视觉刺激表现出更大的灵活性。 3.2 人/机信息分析及显示方式3.2.3听觉与视觉刺激的特点言语具有时间上的优越性，恰当的信息能及时为听者接受，而在视觉刺激中，操作者必须以一定的时间进行搜寻才能找

10、到所需要的信息。言语传播速度有一定的限制，即必须符合人的正常说话的速度，而视觉 表现却快的多。听觉刺激在必要时能有效吸引听者的注意，它们是全方位的；而视觉刺激则要求操作者在一定范围内直接观察。与听觉相比，人的视觉更容易感到疲劳。触觉能够有效传递有限的不连续的刺激，例如发出报警信号。在视觉和听觉的传播途径被占满或负担过重时，触觉系统也可以很好的部分分担它们的工作。使用例子显示状态电子灯亮,显示“准备好了”打印机上显示“出纸”信息定时器指示周期完成时的嗡嗡声复印机上的控制标志符号 确认功能投币电话机上的图表 指 示用户手册上的插图为五速度汽车传动的齿轮移动标志符号汽车上的警报灯发出警告割草机上的警

11、报标志符号 显示质信息在汽车上的温度计量器(热,冷,正常)压力计量器 显示量信息车速表计数器显示的典型应用 在一种特定的显示方式被采用以前。必须了解用户将会进行的工作,完成这些任务所需的信息，这些产品将在那些环境下被使用，例如，必须回答以下的问题：用户是否需要精确的数量数据、质量数据或者状态指示是否充分?信息或消息是简单的还是复杂的？ 它是否需要立刻响应?用户在原地或是在产品附近移动吗？环境的照明和听觉的特性是什么?视觉或听觉显示的恰当与否取决于信息或消息的特征，取决于产品相关用户的相对位置以及环境(如下表)。例如, 如果环境很嘈杂，如果将被显示的信息过于复杂(如大量精确的信息或趋势), 通常

12、将要求采用视觉的显示。如果信息需要迫切,或者如果用户不断与产品发生关系，听觉的显示通常比较受欢迎。 3.2 人/机信息分析及显示方式3.2.4听觉与视觉刺激的特点参考教材P91 表5-1选择显示形式的准则信息或消息比较喜欢的形式视觉听觉短的或是简单的X长的或是复杂的X日后将被提交X及时处理事件X处理一个空间位置X需要时刻注意X环境是暗的X环境是很吵闹的X用户持续不断地与产品发生接触X 3.3 视觉显示利用视觉信号传递信息的显示。（仪表、指示灯、标志符号等）包括以下内容：数字显示（电脑显示和计算器）质量的分析显示（不同范畴的移动指示）状态指示器（指示灯）标志符号具有指示性质的材料左图列出了各种不

13、同类型视觉显示的例子。显示数量信息，质量信息，状态指示和警告中比较受欢迎的类型都在下一表中列出。该表也指出了每个显示类型的一些重要特性并且举出应用的例子,其中包括消费者产品和商业的产品。用于数据信息、品质信息、状态表述以及警示信息的合适显示界面 信息类型 合适的显示界面注释应用 数 值1数字式2数据读取准确（即错误率低）数据读取迅速显示面板较小，所需空间很小不宜用在读取时数据值变化很快的情况不宜用于信息变化幅度的显示手表，时钟，计时器，里程表，计数器，录音设备，点钞机，计算器，温度计，称，摄像机，加油机指针指示读取一般不如数字式显示器快速准确通常比数字式显示器体积大适用于读数时数值变化较快的情

14、况操作员可以推测出数据变化的范围手表，高度计，音像设备，流速计，测速仪，温度计，收音机，称重计，压力计品质3指针指示适用于显示明确的信息（如工作正常，温度高，温度低等）可以用不同的颜色来表示各种类别（ 例如绿色表示安全）适用于显示与期望值的差异（如读数检验）量尺（多种规格），流速计，飞行器信息类型 合适的显示界面注释应用 状态指示灯所有的指示灯必须标明其显示的内容可以用色彩作为标记可以结合控制器来显示控制情况录音设备，录像机，复印机，开关板，光驱，调制解调器信号灯采用多种颜色来表示不同的状态打印机，电脑报警器可以用多种颜色来表示不同的情况汽车，飞机图 标要进行测试确保其能传达期望的信息汽车，摄

15、像机信息类型 合适的显示界面注释应用 警告4警示灯闪烁的灯光效果最佳汽车，摄像机图标 必须进行测试确保其能传达期望的信息动力机械主体设计必须能引起人的注意（大尺寸，粗狂的外表，独特的边界设计等）扫雪机，草坪割草机 3.3 视觉显示从人机工程学的角度出发，在视觉显示设计时应考虑的问题：必须要确定要传递的信息是什么，它的用途和功能怎样，以及谁或什么是发送者和接受者。应确定采用何种显示方式。要考虑信息传递的视觉环境的性质。要考虑所选择的显示器类型的细节设计。3) 要考虑信息传递的视觉环境的性质。 显示器所在环境的照明强度、朝向、照明光源的强度与方向以及工作场所中各种表面(包括天花板、墙、地板、控制台

16、的桌面)对光的反射状况都是重要的影响因素。例如，在距显示器最近的环境中，光线很暗时就应该在显示器上附加照明。这可以采用在显示器外增设照明装置的方法，也可以采取在显示器内部设置照明的形式。3.3 视觉显示3.3 视觉显示显然，前者较经济，且易于安装与维修。但要注意当照明设置在外部时应避免在显示器表面产生镜面反射而造成眩光，影响认读。与此相反，如果显示器附近光线过于强烈，也会影响辨读显示器的内容，这时就有必要适当遮盖显示器，以便有效减弱环境中直射其表面的光照强度，使其达到能为人所接受的光照强度，以免影响辨读显示器的内容。3.3 视觉显示4) 要考虑所选择的显示器类型的细节设计。当信息的接受者要求数

17、字化的信息时，应采用定量显示器。这种显示器有两种形式：直接数字显示和指针模拟显示。下图表示了各种指针式显示器的形式。指向刻度的指针位置即模拟了某个特定值。3.3 视觉显示用于表示定量信息的显示器 3.3 视觉显示 3.3 视觉显示3.3.1模拟显示与数字显示的选择模拟式显示 用模拟量（刻度和指针）来显示机器的有关参数和状态。 特点：显示的信息形象化、直观，使人对模拟值在全量程范围内所处的位置一目了然，并能给出偏差量，对于监控作业效果很好。 应用：汽车上的车速表、氧气瓶上的压力表。 3.3视觉显示3.3.1模拟显示与数字显示的选择模拟式显示 3.3视觉显示3.3.1模拟显示与数字显示的选择数字式

18、显示 直接用数码来显示有关的参数或工作状态。 特点：认读过程简单、直观，只要对单一数字或符号辨认识别就可以了。认读速度快，精度高，且不易产生视觉疲劳。 应用：计算器、电子表及列车运行的时间显示屏幕。 3.3视觉显示3.3.1模拟显示与数字显示的选择数字式显示 3.3视觉显示3.3.1数字显示与模拟显示的选择状 况比较受欢迎的显示模 拟数 字活动指针固定刻度固定指针移动刻度读取精确性是重要的X读取速度是重要的XX数据改变得很快或很频繁X用户需要变化率的信息X用户需要相对于固定数值改变了的信息X能显示的最小的空间XX用户要求设置数值XX 3.3视觉显示3.3.2 模拟显示设计 1. 仪表形式：见图

19、3-9 2. 表盘尺寸： 以圆形仪表为例，其最佳直径D、目视距离L、刻度显示最大数I之间的关系参见阅P 94表5-3 3.3视觉显示3.3.2 模拟显示设计3. 刻度与标数： 表盘上的刻度线高度（杆高）是依据视距确定的，参阅P94 表5-3，刻度（间距） 小刻度最小间距为视距/600，大刻度的最小间距为视距/50。直接读取的一般情况下取1-2.5mm。刻度线宽度一般取间距大小的5%-15%，最佳为10%。标数：参阅P94 图5-4 3.3视觉显示3.3.2 模拟显示设计4. 仪表指针指针的形状：头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形。针尖应与最小刻度线等宽。指针的长度：与刻度线的间隔取0.1-0

20、.2cm。指针尽量贴近表面，以减少视差。指针的零位：12时或9时。5. 仪表的色彩仪表色彩是否合适，将影响认读速度和误读率 墨绿色表面配白色刻度线 淡黄色表面配黑色刻度线 3.3视觉显示3.3.2 模拟显示设计6. 仪表面板形式及其布置仪表板上的仪表位置设计原则如下：按仪表的重要程度排列按适用顺序排列按功能进行组合排列按最佳零点方向排列，见图3-10按视觉特性排列按显示于操纵相合性排列，见图3-11 附图3-10 最佳零点 附图3-11 仪表排列方式 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示电子视觉显示根据显示信息的能力分为4等：仅能显示一些数字字符或字母符号。有些显示使用分割线段的格式；另外一

21、些则使用点阵的形式。点阵方式显示具有显示几千个字符的能力。其中一些还具有显示图形的能力；具备完整图象的载体与高分辨率显示；高分辨率及其载体使灰度显示成为可能。有些还具备了显示真色彩的能力. 这些显示适用于图形应用，例如电视机。35毫米相机液晶显示屏体微焦(对焦主体物，背景不在焦距范围内), 长焦 (主体，前景，背景都在焦距内), 运动场景禁止 (运动的物体“禁止”背景也不模糊)。动态画面 (运动的物体及其场景都是模糊的)，等等，附加的图形显示照相机是否加载了图片，闪光灯是否被启用， 是否对准了拍摄物体。 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示电子视觉显示有：阴极射线管（CRTs）、发光二极管（

22、LEDs）、等离子显示、场致发光（EL）显示、荧光灯的真空显示（VFDs）光发射器液晶显示（LCDs）、电铬显示（ECDs）、电能发散显示（EPDs）光调制器表采用电子视觉显示的消费品以及商业产品 消费品商业产品电子表电子打字机 词处理器手持计算器汽车仪表面板CAD/CAM电视机大型器具个人电脑立体声音响相机图像显示终端收音机电子游戏复印机影视放映机天平收款机个人电脑恒温器打印机家庭安全系统 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示 1.CRT荧光屏的尺寸大小 屏面的大小与视距和要显示目标的大小有关。 一般视距范围为50-70cm。 屏面大小为14in，信息较多或较复杂时，可到17in或20in

23、。 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示 2. 亮度、呈现时间与运动速度发光度至少为光亮度30cd/m2（坎德拉/平方米）目标呈现时间为0.5s目标的运动速度不能超过80度/秒，越慢越好。 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示 3. 目标的形状、大小和颜色辨认效率：三角形、圆形、梯形、方形等。颜色：绿色最好。字符的大小与视距 视距/m字符直径/mm0.531.063.010 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示 4. 目标与背景亮度对比度=（目标亮度- 背景亮度）/背景亮度背景亮度一般为68cd/平方米最小对比度为3：1一般是6：1或15：1 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示 5.

24、显示器的种类： 诺基亚 6610i 西门子C62等。 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示 5.显示器的种类：STN屏幕：STN（是我们接触得最多的LCD了，与其他几种LCD相 比，STN型属于被动矩阵式LCD器件，它的好处是功耗小，具有省电的最大优势，价格也比较便宜，缺 点是亮度、色彩数、对比度较差，在强光下可能会看不清屏幕，反应速度也较慢，播放动态影像时容 易造成拖影。彩色STN的显示原理是在传统单色STN液晶显示器上加一彩色滤光片，并将单色显示矩阵中的每一像素 分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色就可显示出彩色画面。一般最高能显示65K种色彩。 3.3视觉显示3.3.

25、3 电子视觉显示 5.显示器的种类：三星X608（65K色） LG 810（65K色） 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示 5.显示器的种类：UFB屏幕：UFB是Ultra Fine&Bright的缩写。2002年3月，作为占有LCD世界第一市场份额的三 星电子发布了一款手机用的UFB LCD，其特点为超薄和高亮度。在设计上UFB LCD还采用了特别的光栅 设计，可减小像素间距，以获得更佳的图像质量。通常UFB LCD可显示65536种色彩，能够达到 128160像素的分辨率，同时UFB LCD的对比度还是STN液晶显示屏的两倍，在65536色时亮度与TFT显 示屏不相上下，而耗电量比TF

26、T显示屏少，售价与STN显示屏差不多，现在采用UFB显示屏的主要是三 星和LG的中高档机型，使用面不是很广。 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示 5.显示器的种类： 三星V208（65K色） LG8280（26万色） 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示 5.显示器的种类： TFD屏幕：TFD是Thin Film Diode（薄膜二极管）的缩写。由于TFT耗电而且成本高昂，这无疑增加了 可用性和手机成本，因此TFD技术被手机屏幕巨头精工爱普生开发出来专门用在手机屏幕上。它是TFT 和STN的折中，有比STN更好的亮度和色彩饱和度，却又比TFT更省电。不过相对TFT在色彩显示上还是有所不及

27、，现在主要为日韩系等厂家采用。 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示 5.显示器的种类： 诺基亚7200 索尼爱立信 K700C 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示 5.显示器的种类： TFT屏幕：TFT（Thin Film Transistor薄膜晶体管）是有源矩阵类型液晶显示器（AM-LCD）中的一种， TFT在液晶的背部设置特殊光管，可以“主动”对屏幕上的各个独立的像素进行控制，这样可以大大提高反应时间，与STN相比TFT有出色的色彩饱和度、还原能力和更 高的对比度，但是缺点就是比较耗电，而且成本也比较高。中高端机型的首选，价格一般都在2500元以上。 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示 5.显示器的种类：小部分小尺寸产品开始采用低温多晶硅 （Low Temperature Poly Silicon）技术。低温多晶硅TFT是TFT衍生的新一代的产品，具有超薄、 重量轻、耐久性强的特色，加上反应速度快，低耗电及电路可贴在玻璃上的优势应用层面覆盖手机，能够提供更亮、更精细的画面，轻、薄、更省电。但因目 前量产尚未形成，因此成本偏高，不是所有的厂家都愿意使用。 3.3视觉显示3.3.3 电子视觉显示 5.显示器的种类：Retina显示屏： Retina屏幕是一种具备超高像素密度的液晶屏，