2.2人的生理特性課件

1、2.2 人的生理特性第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性一、人的感覺1、人機(jī)系統(tǒng) （見圖1）2、人在系統(tǒng)中的作用1第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性圖1 人機(jī)系統(tǒng)圖返回2 把操作者作為人機(jī)系統(tǒng)中的一個“環(huán)節(jié)”來研究，人與外界發(fā)生聯(lián)系的主要是三個子系統(tǒng)，即感覺系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、運(yùn)動系統(tǒng)，如右圖所示。2、人在系統(tǒng)中的作用3第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性3、感覺的基本特征人的各種感覺器都有一定的感受性和感覺閾限。從人的感覺閾限來看，刺激本身必須達(dá)到一定強(qiáng)度才能對感受器官發(fā)生作用。一種感受器官只能接受一種刺激和識別某一種特征，眼睛只接受光刺激，耳朵只接受聲刺激。人的感覺印象80%來自眼睛，14%來自耳朵，6%來自

2、其他器官。 同時有多種視覺信息或多種聽覺信息，或視覺與聽覺信息同時輸入時，人們往往傾向于注意一個而忽視其它信息，如果同時輸入的是兩個強(qiáng)度相同的聽覺信息，則對要聽的那個信息的辨別能力將下降50%，并且只能辨別最先輸入的或是強(qiáng)度較大的信息。 感覺器官經(jīng)過連續(xù)刺激一段時間后，敏感性會降低，產(chǎn)生適應(yīng)現(xiàn)象。 4 人機(jī)系統(tǒng)中的最常用的感覺通道是視覺通道、聽覺通道和觸覺通道。不同感覺通道的適用場合如下表所示：感覺通道適用場合視覺通道傳遞比較復(fù)雜的或抽象的信息傳遞比較長的或需要延遲的信息傳遞信息以后還要引用傳遞的信息與空間方位、空間位置有關(guān)傳遞不要求立即作出快速響應(yīng)的信息所處環(huán)境不適合使用聽覺通道的場合雖適合

3、聽覺傳遞，但聽覺通道已過載的場合作業(yè)情況允許操作者固定保持在一個位置上聽覺通道傳遞比較簡單的信息傳遞比較短的或無需延遲的信息傳遞的信息以后不再需要引用傳遞的信息與時間有關(guān)傳遞要求立即作出快速相應(yīng)的信息所處環(huán)境不適合使用視覺通道的場合雖適合視覺傳遞，但視覺通道已經(jīng)過載的場合作業(yè)情況要求操作者不斷走動的場合觸覺通道傳遞非常簡明的、要求快速傳遞的信息經(jīng)常要用手接觸機(jī)器或其裝置的場合其他感覺通道已過載的場合使用其他感覺通道有困難的場合5第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性4、人的視覺特性（1）人眼的構(gòu)造 眼球的基本結(jié)構(gòu)（見圖3） 眼球的水平解剖圖 （見圖4）（2）視覺的基本參數(shù) 波長、視角、視力、視距、色覺

4、、視野6第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性圖 3 人眼球的基本結(jié)構(gòu) 眼睛是視覺的感受器官，人眼是直徑為2125mm的球體，其基本構(gòu)造與照相機(jī)類似。 視網(wǎng)膜最外層細(xì)胞包括視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞，它們是接受信息的主要細(xì)胞。7視覺-成像返回8第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性圖4 眼球的水平解剖圖 返回9 視覺的適宜刺激是光。人的兩眼可以感受到的光波只占整個電磁光譜的一小部分，其波長為380780nm。1）波長10視角：確定被看物尺寸范圍的兩端點(diǎn)光線射入眼球的相交角度。 =2arctg(D/2L) 式中：視角； D被看物體上兩端點(diǎn)的直線距離； L眼睛到被看物體的距離； 2） 視角11視力：眼睛分辨物體細(xì)微結(jié)構(gòu)能

5、力的一個生理尺度，以臨界視角的倒數(shù)來表示。 視力=1/能夠分辨的最小物體的視角3） 視力12小數(shù)：0.1, 0.12, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0 對數(shù)：4.0, 4.1 , 4.2 , 4.3, 4.4 , 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 5.0, 5.1, 5.2, 5.3換算公式：L=5+lgV。 L：對數(shù)視力； V：小數(shù)視力 對數(shù)視力表是我國繆天榮教授創(chuàng)造的。比較合理的增加了0.10.2之間的視標(biāo)，所以，視力檢查的結(jié)果更加科學(xué)、準(zhǔn)確。 小數(shù)（1.0版）與對數(shù)（5.0版）視力表

6、對照表：視角與視力的關(guān)系13 視野：指人的頭部和眼球固定不動的情況下，眼睛觀看正前方物體時所能看得見的空間范圍，常以角度來表示。分水平視野（單視野/雙視野）和垂直視野，見圖6。 視距：指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離。4）視野、視距14圖6人的水平視野和垂直視野15 中央視覺：視維細(xì)胞（感色能力強(qiáng)、能清晰分辨物體）。 周圍視覺：視桿細(xì)胞（觀察空間范圍和正在運(yùn)動的物體）。 雙眼視覺和立體視覺：雙眼視物時，具有分辨物體深淺、遠(yuǎn)近等相對位置的能力，形成立體視覺。5） 視覺16 色覺和色視野,如下圖所示。6）色覺和色視野17第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性（3）常見的幾種視覺現(xiàn)象 暗適應(yīng)與明適應(yīng)眩光 視錯

7、覺18定義： 人眼對光亮度變化的順應(yīng)性。特點(diǎn)：明適應(yīng)約需要1min就能完全適應(yīng);暗適應(yīng)約需要30min才能完全適應(yīng); 人在明暗急劇變化的環(huán)境中，視力會出現(xiàn)短暫的下降，頻繁出現(xiàn)則易導(dǎo)致視覺疲勞。1)明適應(yīng)與暗適應(yīng)19暗適應(yīng)與明適應(yīng)曲線6. 暗適應(yīng)和明適應(yīng)。暗適應(yīng)與明適應(yīng)曲線如下圖所示。20定義視野中有極強(qiáng)的亮度對比時，由光源直射或由光滑表面反射出的刺激或耀眼的強(qiáng)烈光線。主要有害影響：破壞暗適應(yīng)，產(chǎn)生視覺后像；降低視網(wǎng)膜的照度；減弱被觀察物體與背景的對比度；觀察物體時出現(xiàn)模糊感覺。眩光21定義 視覺印象與實(shí)際物體存在差異的現(xiàn)象。視錯覺的類型形狀錯覺長短、方向、對比、大小、遠(yuǎn)近和透視等錯覺；色彩錯覺

8、對比、大小、溫度、距離和疲勞等錯覺；物體運(yùn)動錯覺視錯覺22常見的圖形錯覺有幾個黑點(diǎn)？23柱子是圓的還是方的？24那個女人是真實(shí)的還是拼圖里的？25是靜的還是動的？26看著黑點(diǎn)身體前后移動27這是靜止的圖片， 圖片與心理壓力有關(guān)， 你的心理壓力越大，圖片轉(zhuǎn)動越快。 美國曾經(jīng)以此作為犯罪嫌疑人的心理測試， 他看到的圖片是高速旋轉(zhuǎn)的，而大部分的 兒童看這幅圖片是靜止的。 測試一下你的心理壓力 28幾種常見視覺錯誤 29疲勞程度： 水平優(yōu)于垂直。視線變化習(xí)慣： 左右，上下，順時針。準(zhǔn)確性： 水平尺寸和比例的估計更準(zhǔn)確。觀察情況的優(yōu)先性： 左上右上左下右下。 視區(qū)內(nèi)的儀表布置必須考慮這一點(diǎn)。（4）視覺運(yùn)

9、動規(guī)律30設(shè)計依據(jù)： 以雙眼視野為設(shè)計依據(jù)。接受程度： 直線輪廓優(yōu)于曲線輪廓。顏色的易辨認(rèn)順序： 紅、綠、黃、白；顏色相配時的易辨認(rèn)順序： （4）視覺運(yùn)動規(guī)律測試黃底黑字、黑底白字、藍(lán)底白字、白底黑字31人機(jī)工程人機(jī)工程人機(jī)工程人機(jī)工程32第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性5、人的聽覺特性 （1）人耳構(gòu)造和聽覺過程 （前進(jìn)）（2）聽覺特征 1）可聽范圍人耳能聽到的聲音頻率是2020000Hz ；2）可聽聲音的強(qiáng)度3）聽覺的動態(tài)范圍4）聽覺的頻率響應(yīng)5）方向敏感度6）掩蔽效應(yīng)前進(jìn)33（1）人耳構(gòu)造和聽覺過程 起主要作用的部位：內(nèi)耳耳蝸；起輔助作用的部位：外耳、中耳、內(nèi)耳的其它部分，見下圖。返回34

10、聲強(qiáng)的單位是 W/m2，即聲波的能流密度，即在單位時間內(nèi)，通過與傳播方向相垂直的單位面積上的聲波能量。人可聽見的最小聲音強(qiáng)度（1000HZ）約為： Imin10-12 W/m2人可忍受的最大聲音強(qiáng)度（1000HZ）約為： Imin1 W/m2 因此人們耳朵可聽得到的最大聲音與最小聲音的強(qiáng)度比約1012的范圍。 聲強(qiáng)級的單位：分貝 (dB)10lg(I/Imin) 聲強(qiáng)測量：不同分貝水準(zhǔn)聲音示例2）可聽聲音的強(qiáng)度返回35 聽覺聲強(qiáng)的動態(tài)范圍=正好可忍受的聲強(qiáng) / 正好能聽見的聲強(qiáng)。 聽閾：在最佳的聽聞頻率范圍內(nèi)，一個聽力正常的人剛剛能聽到給定各頻率的正弦式純音的最低聲強(qiáng)Imin。如右圖。 痛閾：

11、對于感受給定各頻率的正弦式純音，開始產(chǎn)生疼痛感的極限聲強(qiáng)Imax。 與 都與頻率有關(guān)系，是在某一頻率下的聽閾值或痛閾值。 聽覺范圍：由聽閾和痛閾兩曲線所包圍的聽覺區(qū)，如右圖所示。3）聽覺的動態(tài)范圍返回36人耳能聽聞的頻率比為： fmin / fmax=1:1000；頻率感受的上限隨著年齡的增長而逐年連續(xù)下降，如右圖所示；聽覺的頻率響應(yīng)特性對聽覺傳示裝置的設(shè)計是很重要的。4）聽覺的頻率響應(yīng)（感受性）37老年人聽閾曲線正常人聽閾曲線返回385）方向敏感度（雙耳效應(yīng)）（2）由于頭部的阻擋效應(yīng)，造成聲音頻譜的改變。（1）時差：t=聲源到兩耳的時間差。人耳可覺察到的聲信號入射的最小偏角為3。原因？人右耳

12、對各種不同頻率純音進(jìn)行單耳聽聞的方向敏感度如右圖所示。人耳對不同頻率、不同方向的聲音的感受能力是不一樣的返回39 掩蔽：一個聲音被另一個聲音所掩蓋的現(xiàn)象。 掩蔽效應(yīng)：一個聲音的聽閾因另一個聲音的掩蔽作用而提高的效應(yīng)。 （換句話說：就是指環(huán)境中的一種聲音使得耳朵對另一種聲音的敏感度降低的現(xiàn)象。） 殘余掩蔽（聽覺殘留）：掩蔽聲去掉以后，掩蔽效應(yīng)并不立即消除的現(xiàn)象。6）掩蔽效應(yīng)返回40聽覺是僅次于視覺的重要感覺。 聽覺的適宜刺激是聲音，聲音的聲源是振動的物體。 人的聽感范圍：2020000HZ。 聽覺通道適用的場合：傳遞比較簡單簡短的信息傳遞要求立即作出快速響應(yīng)的信息作業(yè)情況要求操作者不斷走動的場合

13、所處環(huán)境不適合使用視覺通道的場合雖適合視覺傳遞，但視覺通道已過載的場合 （3）聽覺刺激及其適用場合41（1）嗅 覺（2）味 覺（3）膚 覺觸覺（觸覺感受器見圖5 ，觸覺閾限）溫度覺分為冷覺和熱覺，以30C為界。痛覺（見圖6）6、人的嗅覺、味覺和膚覺特性42嗅覺嗅覺的感受性較強(qiáng)，環(huán)境條件（適宜的溫度，清潔的空氣）和生理條件（傷風(fēng)）影響嗅覺的感受性。嗅覺的適應(yīng)性較快，有一定的選擇性?！叭胫ヌm之室,久而不聞其香；入魚市，久而不聞其臭 人類能辨別的四味為：甜酸苦咸嗅覺味覺43第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性圖 5 部分觸覺感受器返回觸覺:指尖和舌尖能非常準(zhǔn)確的定位。44圖 6 人的痛、溫度和粗略觸覺傳導(dǎo)

14、通路 痛覺:具有很大的生物學(xué)意義，可導(dǎo)致肌體產(chǎn)生一系列保護(hù)性反應(yīng)來回避刺激物，動員人的肌體進(jìn)行防衛(wèi)或改變本身的活動來適應(yīng)新的情況。45467、本體感覺本體感覺:人在進(jìn)行各種操作活動時能同時給出身體及四肢所在位置的信息。感覺軀體的位置、運(yùn)動及作用力，能告知操作者軀體正在進(jìn)行的動作及其相對于環(huán)境和機(jī)器的位置。平衡覺是人對自己頭部位置的各種變化及身體平衡狀態(tài)的感覺。影響平衡覺的因素：酒、年齡、恐懼、突然的運(yùn)動、緊迫感、不常有的姿勢。 了解某些現(xiàn)場事故的原因有助于作出全面的合理分析。運(yùn)動覺是人對自己身體各部位的位置及其運(yùn)動狀態(tài)的一種內(nèi)部感覺。感受四肢和身體不同部分的相對位置。47人的神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)神經(jīng)系

15、統(tǒng)中樞神經(jīng)周圍神經(jīng)脊髓按解剖分腦神經(jīng)；脊神經(jīng)按功能分感覺（傳入）神經(jīng)運(yùn)動神經(jīng)（傳出）腦：延髓；腦髓；中腦；間腦；小腦；大腦軀體運(yùn)動神經(jīng)（支配骨骼肌)植物性神經(jīng)（支配內(nèi)臟器官）二、人體的神經(jīng)系統(tǒng)前進(jìn)48返回49大腦皮質(zhì)功能定位 1. 軀體感覺區(qū)，見下圖(a)； 2. 軀體運(yùn)動區(qū)，見下圖(b)； 3. 其他功能區(qū)。50 骨運(yùn)動的杠桿 關(guān)節(jié)運(yùn)動的樞紐 肌肉運(yùn)動的動力骨的功能和骨杠桿 1.骨的功能； 2.骨杠桿，見圖1。 三、運(yùn)動系統(tǒng)的機(jī)能及其特征51 根據(jù)支點(diǎn)，力點(diǎn)（動力點(diǎn)）、重點(diǎn)（阻力點(diǎn)）三者不同的位置分布，分為： 1）平衡杠桿； 2）省力杠桿； 3）速度杠桿：用力大，但運(yùn)動速度快 由等功原理，得之于力則失之于速度，反之亦然。因此，最大的力量與最大的運(yùn)動范圍兩者是相矛盾的。圖1522、 主要關(guān)節(jié)的活動范圍 關(guān)節(jié)的活動范圍有一定的限度，人體處于舒適時，關(guān)節(jié)必然處在一定的舒適調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。3、 肌體的出力范圍 肌體所能發(fā)揮的力量大小取決于： 1）人體肌肉的生理特征 2）施力的姿勢、部位、方式和方向，分別見圖2，圖3和圖4。53圖2立姿彎臂時的力