人的系统功能特征课件

第五章人的系统功能特征第五章导学

学习内容与目标：

了解人的系统功能特征的概念；了解人与外界发生联系的三个子系统；了解人体的主要感觉器官与感觉类型及相应的刺激类型和感觉的信息。人与系统的统一协调1人体的主要感觉器官与感觉类型

人的感知响应过程第五章导学

掌握人眼可以感受到的光波的波长范围，视杆细胞和视锥细胞的主要性质，视角、视力、临界视角的概念及计算公式；了解视野与视距、中央视觉和周围视觉、双眼视觉和立体视觉、色觉和色视野，理解暗适应和明适应的概念和过程；掌握人的视觉特征。视觉信息接受系统2视觉刺激视觉系统视觉机能视觉特征视错觉第五章导学4人的信息处理系统了解人机之间的信息传递和处理过程。

掌握反应时间的概念、组成及分类；了解人体动作轨迹特征；理解运动速度与准确性的关系。5人的信息输出系统反应时间反应时间的影响因素运动速度肢体的出力范围运动准确性第五章导学重点：难点：1.视角、视力、临界视角的概念及计算公式；2.声压级的定义和计算方法，双耳效应产生的原因，听觉的方向敏感性与频率的关系，掩蔽、掩蔽效应和听觉残留的概念。1.人眼可以感受到的光波的波长范围，视杆细胞和视锥细胞的主要性质，视角、视力、临界视角的概念及计算公式，人的视觉特征；2.人的听感范围，声压级的定义和计算方法，听阈和痛阈的概念，掩蔽、掩蔽效应和听觉残留的概念；3.反应时间的概念、组成及分类。5.1人与系统的统一协调人的系统功能特征：人机系统中，人对信息的接受、分析处理和输出的能力。人是系统中的重要“环节”，人与外界发生联系的主要是三个子系统，即感觉系统、神经系统、运动系统，见图5-1。1.人的感知响应过程人接受到外界信息（刺激）而作出一定反应，这一过程称为感知响应过程。2.人体的主要感觉器官与感觉类型，见表5-1。5.2.2视觉系统视觉是由眼睛、视神经和视觉中枢的共同活动完成的，见图5-3。眼睛是视觉的感受器官，人眼是直径为21~25mm的球体，质量约为7g。其基本构造与照相机类似，见图5-4。视网膜最外层细胞包括视杆细胞和视锥细胞，它们是接受信息的主要细胞，其主要性质见表5-2。5.2.3视觉机能1.视角与视力视角：确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度。

α=2arctg(D/2L)α—视角（单位：′）；D—被视对象上两端点的直线距离；L—眼睛到被视对象的距离，称为视距。

5.2.3视觉机能

视力：眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理尺度，以临界视角的倒数来表示。

视力=1/临界视角

临界视角：能够分辨的最小物体的视角（单位：′）

在规定条件下，人站在离视力检查表5m远处观看表中第十行“E”字，若能分辨清楚，视力为1.0即视力正常，此时的临界视角=1´。5.2.3视觉机能3.中央视觉和周围视觉中央视觉—视锥细胞（感色能力强、能清晰分辨物体）。周围视觉—视杆细胞（观察空间范围和正在运动的物体）。如果周围视觉的视野范围缩小到10°以内称为工业盲。5.2.3视觉机能4.双眼视觉和立体视觉

双眼视物时，具有分辨物体深浅、远近等相对位置的能力，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，见图5-7。6.暗适应和明适应当人从亮处进入暗处时，需要经过一段适应的时间才能看清物体，这种适应过程称为暗适应，反之为明适应。见图5-8。5.2.4视觉特征1.眼睛运动速度及疲劳程度：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.观察优先性：左上—右上—左下—右下（图5-9）。视区内的仪表布置必须考虑这一点。5.设计依据：应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。（图5-10：交通标志）

5.3听觉信息接受系统5.3.1听觉刺激

听觉的适宜刺激是声音，声音的声源是振动的物体，人的听感范围：20~20000Hz。5.3.2听觉系统起主要作用的部位：内耳耳蜗；起辅助作用的部位：外耳、中耳、内耳的其它部分。（见图5-15）5.3.3听觉特性1.人耳的听觉范围（1）声音的物理学计量计量声波强度的物理量有：声功率、声强和声压。另外定义的三个相应的量为：声功率级、声强级和声压级。这三个量值的名称为分贝（dB）。5.3.3听觉特性（2）声压级与分贝人耳所能听到的声音，其声压范围很宽。听阈：刚刚能听见的有效声压，约为。痛阈：刚刚能刺痛耳朵的有效声压，约为20Pa。声压级的定义:声压p与基准声压p0比值的对数的20倍，称为该声压的声压级，即声压级与人耳感受，见表5-5。5.3.3听觉特性2.方向敏感度（双耳效应）

双耳效应产生的原因：声音到达两耳的微小时间差、强度差和由于头部对声音阻挡而使声音频谱发生改变。声音的频率越高，辨别声音方向越容易，即：听觉的方向敏感性随频率增大而增大。右耳的方向敏感性与声音频率的关系见图5-18。5.3.3听觉特性3.掩蔽效应掩蔽：一个声音（主体声）被另一个声音（掩蔽声）所掩盖的现象。

掩蔽效应：主体声的听阈因掩蔽声的掩蔽作用而提高的效应。

听觉残留：掩蔽声去掉后，掩蔽效应并不立即消除的现象。5.4人的信息处理系统

在人和机器相互作用的过程中，最本质的联系是信息交换，可以类比为一种信息传递和处理过程。5.5.1反应时间

反应时间（RT）又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应的时间间距。

RT——反应时间tz

——反应知觉时间（自出现刺激到开始执行操纵的时间）td

——动作时间（执行操纵的延续时间）RT=tz+td5.5.1反应时间反应时间呈现的刺激只有一个，要求人做出的反应也是一个。呈现的刺激多于一个，要求人对不同刺激作出一一对应的不同反应。呈现的刺激多于一个，要求人只对其中某种刺激作出预定反应，而对其余刺激不作反应。简单反应时析取（辨别）反应时选择反应时5.5.2反应时间的影响因素3.刺激的清晰度和可辨性影响反应时间

信号与背景的亮度、颜色、信噪比及频率的对比程度越强越好。颜色对比对反应时间的影响见下表：

此外，刺激信号的持续时间、数目，显示器及操纵器的设计也影响反应时间，见表5-8，表5-9。4.人的主体因素影响反应时间由先天性的个体差异、当时状况和培训造成的差异。5.5.3运动速度

1.动作特点

人体各部位动作一次的最少平均时间，见表5-10。

2.肢体的动作速度与频率

人体各部位的最高运动频率，见表5-11。

3.运动方向

运动方向对定位运动速度的影响，见图5-19，运动方向和距离对重复运动速度的影响，见图5-20。5.5.3运动速度4.动作轨迹特征

①水平运动快于垂直运动，前后运动快于左右运动，从上往下的运动快于从下往上，顺时针运动快于逆时针运动；②手向着身体的运动比离开身体的运动灵活；③圆形轨迹的动作比直线轨迹动作灵活；④连续改变方向的曲线运动快于突然改变方向的折线运动；⑤单手可在此手一侧60⁰范围内自如运动；双手只在左右各30⁰范围内自如运动；正中方向及附近，单、双手运动最自如（见图5-21）。5.5.4肢体的出力范围肢体所能发挥的力量大小取决于：

(1)人体肌肉的生理特征肢体的力量来自肌肉收缩，肌肉收缩时所产生的力称为肌力。一般女性的肌力比男性低20%~30%。右利者右手肌力比左手高约10%；左利者左手肌力比右手高约6%~7%。

5.5.4肢体的出力范围(2)施力的姿势、部位、方式和方向立姿的手臂操纵力，见图5-22，图5-23，图5-24。坐姿的手臂操纵力，见图5-25，相应的出力数值见教材表5.13。坐姿的脚蹬力，见图5-26。(3)持续时间随着施力持续时间加长，力量会很快减少。

5.5.5运动准确性准确性是运动输出质量的重要指标。运动准确性包括：♦运动方向的准确性；♦运动量（操纵量）的准确性；♦运动速度的准确性；♦操纵力的准确性。5.5.5运动准确性1.运动速度与准确性运动速度与准确性二者间存在互相补偿的关系，描述其关系的曲线称为速度-准确性特性曲线，见图5-27。2.盲目定位运动的准确性

手的盲目定位运动准确性，见图5-28。3.运动方向与准确性

手臂运动方向对准确性的影响，见图5-29。4.操作方式与准确性不同控制操作方式对准确性的影响，见图5-30。本章思考题1、人的系统功能特征指什么？2、人体的旋转、直线加速度是由何种感觉器官感知？属于何种感觉类型？3、分述在光线很弱（强）的条件下起感觉作用的是视网膜内壁上的什么视觉细胞？各有何性质？4、人最敏锐的视力是在什么范围内？5、观看展示物的最佳视区在什么范围内？6、简述简单反应时、析取反应时和选择反应时的特点。本章结束本章所附插图图5-1人与外界的协调模式返回图5-2全部电磁光谱中的可见光谱返回图5-3人的视觉系统返回图5-4眼睛结构示意图返回在水平面内，双眼视区大约在左右62°以内区域，在标准视线左右各10°～20°视野内可以辨别字；在标准视线左右各5°～30°视野内可以辨别字母；在标准视线左右30°～60°范围可以辨别颜色。人最敏锐的视力是在标准视线两侧各1°的范围内。图5-5人的水平视野图5-6人的垂直视野在垂直面内，标准视线为水平视线，最大视区为视平线以上50°到视平线以下70°。站立时的自然视线低于水平线10°，坐着时自然视线低于水平视线15°；人在很松驰的状态下，站着和坐着时的自然视线偏离标准视线分别是30°和38°。观看展示物的最佳视区在低于标准视线30°的区域里。返回图5-7人的色视野返回图5-8暗适应与明适应返回图5-9观察情况的优先性右上限左上限左下限右下限返回图5-10交通标志禁止驶车禁止超车解除禁止超车注意行人注意危险注意儿童返回

图5-11视错觉——形状错觉(a)

(b)

(c)

(d)

(e)返回图5-12视错觉——色彩错觉返回图5-12视错觉——色彩错觉返回图5-13视错觉——物体运动错觉(a)(b)(c)返回返回图5-14视错觉在设计中应用的例子图5-15人耳的构造

（a）人耳的基本结构（b）耳蜗返回图5-16听阈、痛阈与听觉区域返回图5-17听力损失曲线返回图5-18右耳的方向敏感性与声音频率的关系返回图5-19手向各方向运动的时间差异返回图5-20不同区域内手指敲击运动速度差异

返回图5-21单手与双手能较快自如运动的区域返回图5-22立姿屈臂操纵力的分布图5-22立姿屈臂操纵力的分布图5-23立姿直臂时的拉力与推力分布

（a）拉力分布（b）推力分布图5-24立姿、前臂在水平面两方向上的推拉力返回图5-25坐姿手臂操纵力返回图5-26坐姿下不同体位的蹬力返回图5-2