人機工程學-顯示裝置

1、第四章第四章 顯示裝置顯示裝置第一節(jié) 人的視覺與聽覺特性一、感覺器官與感覺類型一、感覺器官與感覺類型1人體的主要感覺器官與感覺類型人體的主要感覺器官與感覺類型作用于人感覺器官的外界物理量在心理學中稱為刺激。刺激。1表4-1 人的感覺類型與感覺器官2 視覺信息在外界刺激中比例最大，聽覺次之，皮膚覺（溫度、視覺信息在外界刺激中比例最大，聽覺次之，皮膚覺（溫度、觸壓、干濕）再次之。顯示裝置也有這幾種刺激類型。觸壓、干濕）再次之。顯示裝置也有這幾種刺激類型。2人的感知響應過程人的感知響應過程人接受外界信息（刺激）而作出反應的過程稱為感知響應過程。人接受外界信息（刺激）而作出反應的過程稱為感知響應過程。

2、感知響應過程：感知響應過程： 感覺器官感覺器官 傳入神經傳入神經 大腦皮層大腦皮層 傳出神經傳出神經 運動器官。運動器官。3圖圖4-1 人的感知響應過程與人機系統(tǒng)人的感知響應過程與人機系統(tǒng)二、視覺器官與視覺機制二、視覺器官與視覺機制1視覺器官視覺器官眼睛的構造眼睛的構造圖4-2 眼球的構造5前后依次為前后依次為：角膜；角膜；前房；前房；虹膜；虹膜；晶狀體；晶狀體；玻璃體；玻璃體；視網膜視網膜。眼球壁從外向里依次為眼球壁從外向里依次為：外膜；外膜；中膜；中膜；內膜，內膜，即視網膜。視網膜。眼球周圍還有眼球周圍還有6 6塊肌肉可使眼球轉動。塊肌肉可使眼球轉動。62 2視覺機制視覺機制可見光在電磁波

3、頻譜中只占很小的范圍?？梢姽庠陔姶挪l譜中只占很小的范圍。 圖圖4-3 電磁波電磁波頻譜中的可見光頻譜中的可見光視網膜內壁上有視桿細胞和視錐細胞，功能互相不同。視網膜內壁上有視桿細胞和視錐細胞，功能互相不同。人眼能人眼能“即時即時”看清的區(qū)域很小?？辞宓膮^(qū)域很小。眼球轉動依次看清較大范圍叫目光的巡視。眼球轉動依次看清較大范圍叫目光的巡視。3 3視覺系統(tǒng)視覺系統(tǒng) 眼睛、視神經和視覺眼睛、視神經和視覺中樞組成了視覺系統(tǒng)。中樞組成了視覺系統(tǒng)。兩眼視神經交叉交兩眼視神經交叉交迭，分左、右兩支到達迭，分左、右兩支到達大腦而使人獲立體感。大腦而使人獲立體感。72 2視覺機制視覺機制可見光在電磁波頻譜中只占

4、很小的范圍。 圖4-3 電磁波頻譜中的可見光視網膜內壁上有視桿細胞視桿細胞和視錐細胞視錐細胞，功能互相不同。人眼能“即時”看清的區(qū)域很小。眼球轉動依次看清較大范圍叫目光的巡視目光的巡視。8三、人的視覺特性三、人的視覺特性（一）視野及視區(qū)（一）視野及視區(qū) 亦稱視場視場，基本定義是：頭部和眼睛在規(guī)定的條件下，人眼頭部和眼睛在規(guī)定的條件下，人眼可觀察到的水平面與鉛垂面內的空間范圍可觀察到的水平面與鉛垂面內的空間范圍。 分為直接視野、眼動視野和觀察視野。 （1）直接視野直接視野 當頭部和兩眼靜止不動時，人眼可觀察到的水平面與鉛垂面內的空間范圍。 （2）眼動視野眼動視野 頭部保持在固定位置，眼睛為了注視

5、目標而移動時，能依次注視到的水平面與鉛垂面內的空間范圍。 又分單眼和雙眼眼動視野。 （3）觀察視野觀察視野 保持身體在固定位置，頭部與眼睛轉動注視目標時，能依次注視到的水平面與鉛垂面內的空間范圍。 1 1視野視野9 在鉛垂面內，水平線下的視野大于水平面上的視野。（4）正常視線正常視線 頭部和兩眼放松狀態(tài)，水平視線下2535的視線。10圖4-4 正常視線 圖4-5 最佳的直接視野11 圖4-6 最佳的眼動視野 圖4-7 最佳的觀察視野12色覺視野（色視野）色覺視野（色視野）：白色最大，黃色、藍色，紅色依次遞減，綠色視野最小。圖4-8 色視野132 2視區(qū)視區(qū) 按辨認清晰度和速度，分按辨認清晰度和

6、速度，分4 4個。個。 表表4-2 不同視區(qū)的空間范圍及辨認效果不同視區(qū)的空間范圍及辨認效果中心視區(qū)很小中心視區(qū)很小，在水平和鉛垂兩個方向上都只有，在水平和鉛垂兩個方向上都只有1.53。要看清更大的范圍靠目光的要看清更大的范圍靠目光的 “巡視巡視”。14（二）視角及視敏度（二）視角及視敏度1 1視角與視距視角與視距 D為物體的尺寸， L為視距視距，為視角，視角，三者關系是：圖4-9 視距與視角D D（/3438/3438）L L 。上式中，視角的單位是“分”： 1（1/60）。152 . .視敏度視敏度 臨界視角臨界視角 眼睛對目標細節(jié)剛能區(qū)分狀態(tài)下的視角。 視敏度視敏度 臨界視角（以分為單位

7、）的倒數，即 視敏度視敏度1/1/臨界視角臨界視角 （臨界視角單位：分） 規(guī)定照度下，視距L5000mm，用白底黑環(huán)的“缺口圓環(huán)視標”測試，所得視敏度稱為視力視力。16圖中圖中 D1.5mm，代入上，代入上式，式，1.5（/3438/3438）50005000， 1。 其視敏度即人的其視敏度即人的 視力視力1/1 。圖4-10 缺口圓環(huán)視標（三）明暗適應（三）明暗適應人眼從看亮物體到能看清暗物體的過程稱為暗適應暗適應；反之為明適應明適應。 在反復且較大強度的明、暗適應中，易發(fā)生觀察錯誤，使眼睛疲勞甚至傷害。圖4-11 暗適應和明適應18（四）目光巡視特性（四）目光巡視特性（視覺運動特性） 習慣

8、方向 水平：左右； 鉛垂：上下； 旋轉：順時針。 運動為跳躍如袋鼠、而非如蛇行。 水平運動快于鉛垂方向，且不易疲勞； 水平方向上尺寸與比例的估測較準確。兩眼同時注視一處，設計應依據雙眼視野。對不同區(qū)域的視覺感知快慢不同。（五）視錯覺（五）視錯覺視錯覺有形狀錯覺、色彩錯覺形狀錯覺、色彩錯覺和物體運動錯覺運動錯覺。圖4-13 視錯覺的一些例子20設計中有時要避免視錯覺的發(fā)生，有時又利用視錯覺來達到一定目標。圖4-14 視錯覺在設計中應用的例子 電子天平和天平（陳慎任 沈熊鍵 馬海波 設計）21 （一）人耳的聽覺范圍（一）人耳的聽覺范圍影響聽覺的因素有聲波的頻率頻率和強度強度。四、人的聽覺特性四、人

9、的聽覺特性常用聲壓級（聲壓級（dBdB，分貝）度量聲波強度，分貝）度量聲波強度。 除個體差異外，影響聽覺的因素主要是年齡。年齡增大，對高頻聲波的感受衰減。聽覺能感受的最弱、最強限值為聽閾聽閾、痛閾痛閾。 成年人能感受的頻率為2020 000Hz；最敏感的是10003000Hz，人們講話的頻率基本在此范圍內。22圖4-15 聽覺的頻率和聲壓級范圍聽覺能感受的頻率和聲壓級范圍見圖4-15。（二）方向敏感性（二）方向敏感性兩耳聽覺的微小差異，使人辨別聲音方向，稱為“雙雙耳效應耳效應”。23頻率越高，聲波波長越短，辨別聲音方向越容易。 右耳的方向敏感性與頻率的關系見圖4-16。圖4-16 聽覺方向敏感

10、性（右耳）與頻率的關系24（三）遮蔽效應（三）遮蔽效應一個聲音（主體聲）被另一個聲音（遮蔽聲）掩蓋的現象，稱為遮蔽遮蔽。 遮蔽的效應遮蔽的效應，與遮蔽聲、主體聲的相對頻率和相對強度有關，對聽覺傳達和語言通訊的設計關系甚大。第二節(jié) 顯示裝置的類型、設計與布置一、顯示裝置的類型與性能特點一、顯示裝置的類型與性能特點顯示是有目的的信息傳遞。顯示是有目的的信息傳遞。顯示設計的基本要求顯示設計的基本要求是將信息分配給合適的信息通道，使之順利通過人將信息分配給合適的信息通道，使之順利通過人機界面機界面。兼顧傳遞信息能產生情感或審美上的愉悅。顯示裝置有：視覺、聽覺、觸覺顯示裝置顯示裝置有：視覺、聽覺、觸覺顯

11、示裝置。視覺顯示應用最廣，聽覺顯示次之，觸覺顯示只用于輔助顯示。26視覺顯示的優(yōu)點：能傳示數字、文字、圖形圖表、公式等復雜信息，便于延時保留和儲存，受環(huán)境干擾小。聽覺顯示的優(yōu)點：即時性警示性強，能向所有方向傳示且不易受到阻隔，但與環(huán)境間的相互干擾較大。 顯示裝置按形式可分為：儀表顯示儀表顯示、信號顯示信號顯示（信號燈、聽覺信號、觸覺信號）、熒光屏顯示熒光屏顯示等。顯示儀表的常見類型有：刻度指針式儀表刻度指針式儀表和數字式顯示儀表數字式顯示儀表。27表4-3 刻度指針式儀表與數字式儀表的性能對比28二、顯示儀表設計的人機學因素二、顯示儀表設計的人機學因素（一）儀表刻度盤（一）儀表刻度盤1 1儀表

12、刻度盤的形式儀表刻度盤的形式圖4-17 刻度指針式儀表的形式a）開窗式 b）半圓形 c）圓形 d）水平直線形e）鉛垂直線形 f）、g）、h）非整圓形對比數字式儀表，刻度指針式儀表的人機學因素更加豐富。29圖4-18 幾種儀表刻度盤的形式與誤讀率302 2儀表刻度盤的尺寸儀表刻度盤的尺寸在基本保證清晰分辨刻度條件下，宜選取較小的直徑。刻度盤外輪廓對應的視角，一般 （2.55）。同時考慮刻度線的數量、光照條件、空間限制等因素的影響?？潭缺P外輪廓尺寸D與視距L的關系如下：D D（L L/23/23）（）（L L/11/11） 。即刻度盤外輪廓尺寸宜在視距L的（的（1/231/11）間選取。 31表4

13、-4 刻度盤最小尺寸、標記數量與視距的關系 儀表盤外邊緣的寬窄、顏色深淺，以能“攏”住視線，又不過于“搶眼”、不干擾認讀為佳。（二）數碼與字符（二）數碼與字符 因素有：尺寸大小；字符寬高比和筆畫粗細；字體選擇；數碼、字符主體色與背景色的搭配等。數碼字符對應的視角為1030。由此算出字符尺寸D與視距L的關系： D D = = （L L/350/350）（）（L L/110/110）影響因素還有：光照強弱、字符與背景的明度色彩對比、認讀快慢要求等。33中等光照及通常條件下，D L/250。表4-5 儀表盤上 字符的高度與視距34（三）刻度及刻度線（三）刻度及刻度線1刻度標值刻度標值只在長刻度線上標

14、注整數，按左到右、從到下，順時針方向遞增。a）適宜 b）不適宜圖4-19 適宜與不適宜的刻度標值示例2 2刻度間距刻度間距刻度太小，分辨困難；過大，則認讀速度降低。一般照明下，刻度對應的視角取 511?？潭乳g距D與視距L應有關系：D D（L L/700/700）（）（L L/300/300） 。3刻度線刻度線短、中、長三級刻度線的寬度、長度示例見圖4-22 、圖4-23。圖4-20 三級長度的刻度線 圖4-21 三級刻度線的寬度長度36 表4-6 刻度線 長度與視距的關系（四）有關儀表結構因素的舉例（四）有關儀表結構因素的舉例1 1指針與盤面指針與盤面指針形狀應有鮮明的指向性。圖4-22 指針

15、造型的指向性示例為避免讀數誤差，指針旋轉平面與刻度線盤面在同一平面上。圖4-23 指針旋轉與刻度線在同一平面 上的方案示例38392. 盤面結構與字符數碼的立位盤面結構與字符數碼的立位字符與數碼的上下朝向稱為立位立位。立位的選擇與指針盤面的相對運動有關。圖4-24 刻度盤結構與字符數碼的立位兩種情況，兩種情況，左圖、右圖，左圖、右圖，哪個合理？哪個合理？40三、顯示儀表的布置三、顯示儀表的布置一般原則如下：所在平面與人的正常視線接近垂直。圖4-25 顯示裝置平面與視線盡量垂直41 布置應緊湊，按重要性和觀視頻度分別布置在合適的視區(qū)內。 圖4-26 顯示裝置布置區(qū)域及認讀效果的示例a）儀表板的尺

16、寸（mm）與分區(qū)：最佳認讀區(qū)，一般認讀區(qū)b）不同區(qū)域的正確認讀時間：1認讀右半部，2認讀左半部42 顯示裝置較多時，儀表板改為弧圍或折彎形。 a）弧圍形 b）折彎形圖4-27 弧圍形、折彎形儀表板43按從左到右、從上到下、按順時針方向布置。按“功能分區(qū)功能分區(qū)”的原則布置。圖4-28 美國SAEJ209號標準推薦的儀表功能分區(qū)布置44 檢查類檢查類、警戒類儀警戒類儀表的表的“零位”和輔助線。 顯示與被顯示對象有容易理解的一一對應關系。圖4-30 顯示與被顯示對象對應關系正確與否的示例圖4-29 檢查類儀表的零位選擇和輔助線的應用45第四節(jié) 信號顯示設計一、信號顯示的類型與特點一、信號顯示的類型

17、與特點信號顯示有視覺、聽覺、觸覺視覺、聽覺、觸覺信號3種類型。各類型都可以是有源有源、或無源信號無源信號。表4-7 視覺、聽覺和觸覺的有源和無源信號的示例461 1視覺信號視覺信號由穩(wěn)光、或閃光的信號燈構成。遠距離信息顯示遠距離信息顯示常用，主要優(yōu)點：刺激持久、明確、醒目；閃光信號燈刺激強度更高。易于管理維護，便于自動控制。缺點是不適于傳達復雜信息。2聽覺信號聽覺信號鈴、蜂鳴器、哨笛、語言等聽覺信號的即時性、警示即時性、警示性強性強；尤其語言能傳達復雜信息語言能傳達復雜信息。 主要應用于報警、提示報警、提示。聽覺信號侵擾無關人群，不宜持續(xù)提供。聽覺信號多需要人員守護管理。48表4-8 聽覺信號

18、功能參數和應用場合 3 3觸觸覺信號覺信號近身傳遞信息的輔助方法。49圖4-31 僅用觸覺可識別形狀的示例二、信號燈二、信號燈（一）信號燈的視距與亮度（一）信號燈的視距與亮度1 1信號燈與背景的亮度及亮度比信號燈與背景的亮度及亮度比亮度比應大于2 。為避免過亮的“眩光眩光”刺激，背景亮度應較低。2 2信號燈的亮度與視距信號燈的亮度與視距由環(huán)境、氣象、警戒級別等因素決定，參照相關技術資料。（二）信號燈的顏色（二）信號燈的顏色與圖形符號顏色的使用規(guī)則相同，例如：紅色紅色 警戒、禁止、停頓等；黃色黃色 提請注意；藍色藍色 指令；綠色綠色 安全或正常；白色白色 無特定含義，等。51表4-9 險情信號顏色分類表52（三）穩(wěn)光與閃光信號的閃頻（三）穩(wěn)光與閃光信號的閃頻閃光信號燈造成緊迫感，用于警示，險情警示及緊急警告等。一般警示，如路障警示等，可用1Hz以下的低閃頻； 緊急、重大險情，用高閃頻，并與聲信