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③第3章人的感知響應(yīng)特性人的視覺特性人的皮膚感覺特性人的感知響應(yīng)過程3人的聽覺特性3神經(jīng)系統(tǒng)人體運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)特性人體的本體感覺特性3人的信息傳遞理論312345678返回總目錄第3章目錄3.1人的感知響應(yīng)過程
人的感知響應(yīng)系統(tǒng)由感覺器官、傳入神經(jīng)、大腦皮層、傳出神經(jīng)和運(yùn)動(dòng)器官組成。
人通過各種感覺器官接受外部刺激,經(jīng)傳入神經(jīng)傳給大腦皮層進(jìn)行信息處理,神經(jīng)中樞作出的決定經(jīng)傳出神經(jīng)下達(dá)給運(yùn)動(dòng)器官而作出人體運(yùn)動(dòng)響應(yīng),這就是人的感知響應(yīng)過程。
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回到本章目錄3.1人的感知響應(yīng)過程感覺和知覺感覺的基本特性知覺的基本特性1.感覺
感覺是人腦對(duì)直接作用于感覺器官的客觀事物的個(gè)別屬性的反映。感覺也反映人體本身的活動(dòng)狀況。例如,正常的人能感覺到自身的姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng),感覺到內(nèi)部器官的工作狀況,如舒適、疼痛、饑餓等。
感覺是一個(gè)過程。
3.1人的感知響應(yīng)過程3.1.1感覺和知覺回到本節(jié)目錄感覺可以分為三大類:
①接受外部刺激的外感受器,反映外界事物屬性的外部感覺,如視覺、聽覺、嗅覺、味覺和皮膚感覺;
②接受人體內(nèi)部刺激的內(nèi)感受器,反映內(nèi)臟器官的不同狀態(tài)的內(nèi)部感覺,如饑、渴等內(nèi)臟感覺;③在身體外表面和內(nèi)表面之間的本體感受器,反映身體各部分的運(yùn)動(dòng)和位置情況的本體感覺,如運(yùn)動(dòng)感覺、平衡感覺等。3.1人的感知響應(yīng)過程2.知覺
知覺是人腦對(duì)直接作用于感覺器官的客觀事物和主觀狀況整體的反映。知覺分為空間知覺、時(shí)間知覺和運(yùn)動(dòng)知覺三大類。在生活或生產(chǎn)活動(dòng)中,人都是以知覺的形式直接反映事物,而感覺只作為知覺的組成部分而存在于知覺之中,很少有孤立的感覺存在。所以,在心理學(xué)中就把感覺和知覺統(tǒng)稱為“感知覺”?;氐奖竟?jié)目錄3.1人的感知響應(yīng)過程1.適宜刺激
人體的各種感覺器官都有各自最敏感的刺激形式,這種刺激形式被稱為相應(yīng)的感覺器官的適宜刺激。
3.1人的感知響應(yīng)過程3.1.2感覺的基本特征回到本節(jié)目錄感覺類型感覺器官適宜刺激刺激來源識(shí)別外界的特征視覺眼光外部形狀、大小、位置、遠(yuǎn)近、色彩、明暗、運(yùn)動(dòng)方向等聽覺耳聲外部聲音的強(qiáng)弱和高低、聲源的方向和遠(yuǎn)近等嗅覺鼻揮發(fā)的和飛散的物質(zhì)外部辣氣、香氣、臭氣等味覺舌被唾液溶解的物質(zhì)接觸表面甜、咸、酸、辣、苦等皮膚感覺皮膚及皮下組織物理和化學(xué)物質(zhì)對(duì)皮膚的作用直接或間接接觸觸壓覺、溫度覺、痛覺等深部感覺肌體神經(jīng)和關(guān)節(jié)物質(zhì)對(duì)肌體的作用外部和內(nèi)部撞擊、重力、姿勢(shì)等平衡感覺半規(guī)管運(yùn)動(dòng)和位置的變化內(nèi)部和外部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)等3.1人的感知響應(yīng)過程2.感覺閾值
刺激必須達(dá)到一定強(qiáng)度方能對(duì)感覺器官發(fā)生作用;同時(shí),刺激強(qiáng)度又不許超過某一最高限,否則不但無效,而且還會(huì)引起相應(yīng)感覺器官的損傷。這個(gè)能被感覺器官所感受的刺激強(qiáng)度范圍,稱為感覺閾值或識(shí)別閾值。
3.1人的感知響應(yīng)過程感覺類型感覺閾值最低限感覺閾值最高限視覺(2.2~5.7)×10-17J(2.2~5.7)×10-8J聽覺1×10-12J/m21×102J/m2觸壓覺2.6×10-9J振動(dòng)覺振幅2.5×10-4mm嗅覺2×10-7kg/m3溫度覺6.28×10-9g·J/(m2·
s)9.13×10-6g·J/(m2·
s)味覺4×10-7(硫酸試劑摩爾濃度)角加速度2.1×10-3rad/s2直線加速度減速時(shí)0.78m/s2加速時(shí)(49~78)m/s2減速時(shí)(29~44)m/s2人體主要感覺的感覺閾值3.1人的感知響應(yīng)過程3.適應(yīng)性
感覺器官經(jīng)持續(xù)刺激一段時(shí)間后,在刺激不變的情況下,感覺的敏感性會(huì)逐漸降低,感覺將逐漸減小以至消失,這種現(xiàn)象稱為適應(yīng)性。3.1人的感知響應(yīng)過程4.感覺的相互作用
在一定條件下,各種感覺器官對(duì)其適宜刺激的感受能力都將受到其他刺激的干擾影響而降低,由此使感受性發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為感覺的相互作用。例如,同時(shí)輸入兩個(gè)視覺信息,人往往只傾向于注意其中一個(gè)而忽視另一個(gè)。3.1人的感知響應(yīng)過程5.對(duì)比
同一感覺器官接受兩種完全不同但屬同一類的刺激物的作用,而使感受性發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為對(duì)比。
感覺的對(duì)比分為同時(shí)對(duì)比和繼時(shí)對(duì)比兩種。幾種刺激物同時(shí)作用于同一感覺器官時(shí)產(chǎn)生的對(duì)比稱為同時(shí)對(duì)比。3.1人的感知響應(yīng)過程5.對(duì)比同樣一個(gè)灰色的圖形,在白色的背景上看起來顯得顏色深一些,在黑色背景上則顯得顏色淺一些,這是無彩色對(duì)比?;疑珗D形放在紅色背景上呈綠色;放在綠色背景上則呈紅色,這種圖形在彩色背景上產(chǎn)生向背景的補(bǔ)色方向變化的現(xiàn)象稱為彩色對(duì)比。3.1人的感知響應(yīng)過程5.對(duì)比
幾個(gè)刺激物先后作用于同一感覺器官時(shí),將產(chǎn)生繼時(shí)對(duì)比現(xiàn)象。例如,左手放在冷水里,右手放在熱水里,過一會(huì)以后,再同時(shí)將兩手放在溫水里,則左手會(huì)感到熱,右手會(huì)感到冷。3.1人的感知響應(yīng)過程6.余覺
刺激消失以后,感覺可以繼續(xù)存在一極短時(shí)間,這種現(xiàn)象稱為“余覺”。例如,在暗室里急速轉(zhuǎn)動(dòng)一根燃燒著的火柴,可以看到一圈火光,這就是由許多火點(diǎn)留下的余覺組成的。
3.1人的感知響應(yīng)過程回到本節(jié)目錄1.整體性
知覺時(shí),把由許多部分或多種屬性組成的對(duì)象看作具有一定結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一整體,該特性稱為知覺的整體性。在感知熟悉的對(duì)象時(shí),只要感知到它的個(gè)別屬性或主要特征,就可以根據(jù)累積的經(jīng)驗(yàn)而知道它的其他屬性和特征,從而整體地感知它。在感知不熟悉的對(duì)象時(shí),則傾向于把它感知為具有一定結(jié)構(gòu)的有意義的整體。3.1人的感知響應(yīng)過程3.1.3知覺的基本特征回到本節(jié)目錄2.選擇性
知覺時(shí),把某些對(duì)象從某背景中優(yōu)先地區(qū)分出來,并予以清晰反映的特性,稱為知覺的選擇性。從知覺背景中區(qū)分出對(duì)象,一般取決于下列條件:(1)對(duì)象和背景的差別
(2)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)
(3)主觀因素3.1人的感知響應(yīng)過程雙關(guān)圖形3.1人的感知響應(yīng)過程3.理解性
知覺時(shí),用以往所獲得的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)來理解當(dāng)前的知覺對(duì)象的特征,稱為知覺的理解性。正因?yàn)橹X具有理解性,所以在知覺一個(gè)事物時(shí),同這個(gè)事物有關(guān)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)越豐富,對(duì)該事物的知覺就越豐富,對(duì)其認(rèn)識(shí)也就越深刻。語言的指導(dǎo)能喚起人們已有的知識(shí)和過去的經(jīng)驗(yàn),使人對(duì)知覺對(duì)象的理解更迅速、完整。3.1人的感知響應(yīng)過程4.恒常性
當(dāng)知覺的條件在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化時(shí),人的知覺映象仍然能保持相對(duì)不變的特性,稱為知覺的恒常性。知覺恒常性是經(jīng)驗(yàn)在知覺中起作用的結(jié)果,人總是根據(jù)記憶中的印象、知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)去知覺事物的。在視知覺中,恒常性表現(xiàn)得特別明顯。
視知覺恒常性主要表現(xiàn)在以下幾方面:3.1人的感知響應(yīng)過程(1)大小恒常性看遠(yuǎn)處物體時(shí),人的知覺系統(tǒng)補(bǔ)償了視網(wǎng)膜映象的變化,因而知覺的物體是其真正的大小。
(2)形狀恒常性當(dāng)看物體的角度有很大改變時(shí),知覺的物體仍然保持同樣形狀。保持形狀恒常性最起作用的線索是帶來有關(guān)深度知覺信息的線索。3.1人的感知響應(yīng)過程(3)明度恒常性一件物體,不管照射它的光線強(qiáng)度怎么變化,它的明度是不變的。決定明度恒常性的重要因素是,從物體反射出來的光的強(qiáng)度與從背景反射出來光的強(qiáng)度的比例,只要這一比例保持恒定不變,明度也就保持恒定不變。因此,鄰近區(qū)域的相對(duì)照明,是決定明度保持恒定不變的關(guān)鍵因素。
例如,無論在白天還是在夜空下,白襯衣總是被知覺為白的,那是因?yàn)樗瓷涑鰜淼墓獾膹?qiáng)度與從背景反射出來的光的強(qiáng)度的比例是相同的。3.1人的感知響應(yīng)過程(4)顏色恒常性顏色恒常性是與明度恒常性完全類似的現(xiàn)象。因?yàn)榻^大多數(shù)物體之所以可見,是由于它們對(duì)光的反射,反射光這一特征賦予物體各種顏色。一般說來,即使光源的波長(zhǎng)變動(dòng)幅度相當(dāng)寬,只要照明的光線既照在物體上也照在背景上,任何物體的顏色都將保持相對(duì)的恒常性。
例如,無論在強(qiáng)光下還是在昏暗的光線里,一塊煤看起來總是黑的。3.1人的感知響應(yīng)過程
(5)錯(cuò)覺
錯(cuò)覺是對(duì)外界事物不正確的知覺??偟膩碚f,錯(cuò)覺是知覺恒常性的顛倒。例如,在大小恒常性中,盡管視網(wǎng)膜上的映象在變化,而人的知覺經(jīng)驗(yàn)卻完全忠實(shí)地把物體的大小和形狀等反映出來。反之,錯(cuò)覺表明的則是另一種情況,盡管視網(wǎng)膜上的映象沒有變化,而人知覺的刺激卻不相同。錯(cuò)覺產(chǎn)生的原因目前還不很清楚,但它已被人們大量地利用來為工業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)。3.1人的感知響應(yīng)過程
例如:表面顏色不同造成同一物品輕重有別的錯(cuò)覺,已為生產(chǎn)設(shè)計(jì)部門所利用。小巧輕便的產(chǎn)品涂著淺色,使產(chǎn)品顯得更加輕便靈巧;而機(jī)器設(shè)備的基礎(chǔ)部分則采用深色,可以使人產(chǎn)生穩(wěn)固之感。從遠(yuǎn)處看,圓形比同等面積的三角形或正方形要大出約1/10,交通上利用這種錯(cuò)覺規(guī)定圓形為表示“禁止”或“強(qiáng)制”的標(biāo)志等等?;氐奖竟?jié)目錄3.1人的感知響應(yīng)過程
回到本章目錄3.2人的視覺特性視覺器官的功能和基本結(jié)構(gòu)視覺特性色彩
視覺器官的功能是識(shí)別視野內(nèi)發(fā)光物體或反光物體的輪廓、形狀、大小、遠(yuǎn)近、顏色和表面細(xì)節(jié)等情況。據(jù)估計(jì),人腦獲得的全部信息中,約有95%以上來自視覺輸入。因此,視覺器官無疑是人體最重要的感覺器官。3.2人的視覺特性3.2.1視覺器官的功能和基本結(jié)構(gòu)回到本節(jié)目錄
人眼的基本結(jié)構(gòu)3.2人的視覺特性視覺形成的機(jī)理
人的視覺是指眼睛在光線的作用下,對(duì)物體的明暗(光覺)、形狀(形態(tài)覺)、顏色(色覺)、運(yùn)動(dòng)(動(dòng)態(tài)覺)和遠(yuǎn)近深淺(立體知覺)等的綜合感覺。人的視覺是由光刺激、眼睛、神經(jīng)纖維和視覺中樞共同作用的結(jié)果。3.2人的視覺特性1.光覺
視覺的適宜刺激是光,波長(zhǎng)為380~760nm(納米)的電磁輻射是可見光,它作用于人眼能產(chǎn)生光覺。可見光區(qū)域內(nèi)不同波長(zhǎng)呈現(xiàn)不同的顏色,由760nm到380nm依次呈現(xiàn)紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種不同的色光。波長(zhǎng)小于380nm的為紫外線,波長(zhǎng)大于760nm的為紅外線,它們都不能引起人的光覺。光譜的可見光區(qū)3.2人的視覺特性2.光譜光效率
不同波長(zhǎng)的光在人眼中引起光覺的靈敏度是不同的,常用光譜光效率來評(píng)價(jià)人眼的光覺靈敏度,人眼對(duì)波長(zhǎng)為555nm的黃綠光感受效率最高,對(duì)其他波長(zhǎng)的光感受效率均有所降低,故稱555nm為峰值波長(zhǎng),并用λm表示。度量輻射能引起的視功能的量,稱為光譜光效能,其最大值Km=683lm/W。其他任意波長(zhǎng)時(shí)的光譜光效能為K(λ),對(duì)應(yīng)光譜光效率V(λ)可用下式表示:3.2人的視覺特性
亮度在10-6~10-2cd/m2之間時(shí),人眼的光譜光效率曲線的峰值向短波方向移動(dòng),最大靈敏度值一般出現(xiàn)在波長(zhǎng)為507nm處。光譜光效率曲線3.2人的視覺特性3.兩種細(xì)胞工作制
明暗視覺的差別與視網(wǎng)膜上兩種視覺細(xì)胞的工作特性有關(guān)。視網(wǎng)膜的邊緣部位以視桿細(xì)胞占多數(shù);中央凹處以視錐細(xì)胞占多數(shù)。視桿細(xì)胞對(duì)光的感受性很高,視錐細(xì)胞對(duì)光的感受性很低。在10-6~10-2cd/m2
之間的微弱視場(chǎng)亮度下,只有視桿細(xì)胞工作,視錐細(xì)胞不工作。隨著亮度的不斷增加,視錐細(xì)胞的作用逐漸增大。當(dāng)亮度達(dá)到10cd/m2
以上時(shí),視錐細(xì)胞將起主導(dǎo)作用,視桿細(xì)胞基本上不起作用。視桿細(xì)胞在507nm處?kù)`敏度最大,而視錐細(xì)胞在555nm處?kù)`敏度最大。這樣,就形成人眼明暗視覺的兩種“工作制”。3.2人的視覺特性
4.簡(jiǎn)化眼模型
為了具體描述和研究光線在眼內(nèi)的折光和成像情況,根據(jù)實(shí)際的光學(xué)特性而設(shè)計(jì)的與人眼的折光效果相同的等效光學(xué)系統(tǒng),稱為簡(jiǎn)化眼模型。簡(jiǎn)化眼模型3.2人的視覺特性
利用簡(jiǎn)化眼模型能計(jì)算出不同遠(yuǎn)近的物體在視網(wǎng)膜上成像的大小。如上圖所示,△AnB與△anb是兩個(gè)相似三角形,故有以下關(guān)系:
AB/Bn=ab/bn
式中:AB--物體的大小
Bn--物體至節(jié)點(diǎn)的距離
ab--物像的大小
bn--節(jié)點(diǎn)至視網(wǎng)膜的距離,其值為15mm3.2人的視覺特性
5.視覺的全過程回到本節(jié)目錄
物體發(fā)出的光射入眼睛后,由于眼的折光作用而在視網(wǎng)膜上形成物像,在物像所及的部位,由感受細(xì)胞吸收光能而發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使感受細(xì)胞產(chǎn)生一系列的電脈沖信息;這些信息經(jīng)視神經(jīng)纖維傳送到大腦的視覺域進(jìn)行綜合處理后,形成視覺映象。這種視覺映象的一部分儲(chǔ)存在腦細(xì)胞中,另一部分消失或刺激其他腦細(xì)胞,引起某種行為。3.2人的視覺特性1.視角
視角是瞳孔中心到被觀察對(duì)象兩端所張開的角度。
α=2tg-1(D/2L)
式中:α—
視角,以分(′)為單位表示;
D
—
被觀察對(duì)象上下兩端點(diǎn)的直線距離;
L
—
眼睛至被觀察對(duì)象的距離。在一般照明條件下,正常人的眼睛能辨別5m
遠(yuǎn)處兩點(diǎn)間的最小距離所對(duì)應(yīng)的視角為1′,定義此視角為最小視角。此時(shí)視網(wǎng)膜上形成的物像兩點(diǎn)間的距離僅為4~5μm
,相當(dāng)于一個(gè)視錐細(xì)胞的直徑。3.2人的視覺特性3.2.2視覺特性回到本節(jié)目錄
當(dāng)視角小于1′時(shí),人眼對(duì)觀察對(duì)象就難于分辨。如果物體很亮,或者當(dāng)物體與背景的亮度對(duì)比極為明顯時(shí),則能看清被觀察對(duì)象的最小視角可略小于1′;而如果照明不良,即使視角為1′或略大于1′也不易看清。3.2人的視覺特性2.視力
視力是描述人眼對(duì)物體細(xì)部識(shí)別能力的一個(gè)生理尺度,其定義為臨界視角的倒數(shù):
視力=1/臨界視角其意義可用下圖(左)加以說明。
視力測(cè)定常采用缺口圓環(huán)視標(biāo),如上圖(右)所示。視角缺口圓環(huán)視標(biāo)3.2人的視覺特性
通常所說的視力,是指視網(wǎng)膜中央凹處注視點(diǎn)的視力,稱為中心視力。在中央凹處以外視網(wǎng)膜上各點(diǎn)的視力則稱為周邊視力。視網(wǎng)膜上視力的分布主要與視覺細(xì)胞的分布狀態(tài)有關(guān)。中央凹處視力最高,偏離中央凹處的視力急劇下降,其分布規(guī)律如下圖。3.2人的視覺特性視網(wǎng)膜上的視力分布3.2人的視覺特性3.視野(1)一般視野
視野是指人的眼睛觀看正前方物體所能看得見的空間范圍,常以角度來表示。眼睛觀看物體可分為靜視野、注視野、動(dòng)視野三種狀態(tài)。靜視野是在頭部固定、眼球靜止不動(dòng)的狀態(tài)下自然可見的范圍;注視野是指頭部固定而轉(zhuǎn)動(dòng)眼球注視某中心點(diǎn)時(shí)所見的范圍;動(dòng)視野是頭部固定而自由轉(zhuǎn)動(dòng)眼球時(shí)的可見范圍。3.2人的視覺特性雙眼靜視野3.2人的視覺特性
正常人雙眼的綜合視野在垂直方向約為130°(視水平線上方60°,下方70°),在水平方向約為120°,在垂直方向6°和水平方向8°范圍內(nèi)的物體,映象將落在視網(wǎng)膜的最敏感部分——黃斑上,而在垂直和水平方向均為1.5°范圍內(nèi)的物體,映象將落在黃斑中央——中央凹部分。映象落在黃斑上的物體,看得最為清晰,該區(qū)域稱為最優(yōu)視野。3.2人的視覺特性
靜視野、注視野和動(dòng)視野的數(shù)值范圍,以注視野為最小,靜視野和動(dòng)視野比較接近。人機(jī)工程學(xué)中,通常以人眼的靜視野為依據(jù)設(shè)計(jì)有關(guān)部件,以減輕人眼的疲勞。3.2人的視覺特性(2)色覺視野
色覺視野不同顏色對(duì)人眼的刺激有所不同,所以視野也不同。白色視野最大,其次為黃、藍(lán)色,綠色視野最小。3.2人的視覺特性視野方向白色視野藍(lán)色視野紅色視野綠色視野從中心向外側(cè)(水平方向)90°
80°
65°
48°
從中心向內(nèi)側(cè)(水平方向)60°
50°
35°
25°
從中心向下方(垂直方向)75°
60°
42°
28°
從中心向上方(垂直方向)50°
40°
25°
15°
色覺視野的大小還同被看物體的顏色與其背景襯色的對(duì)比情況有關(guān)。3.2人的視覺特性4.視距
視距是指眼睛至被觀察對(duì)象的距離。人在觀察各種顯示儀表時(shí),視距過遠(yuǎn)或過近,對(duì)認(rèn)讀速度和準(zhǔn)確性都不利。一般應(yīng)根據(jù)被觀察對(duì)象的大小和形狀在380~760mm
之間選擇最佳視距。3.2人的視覺特性5.雙眼視覺與立體視覺
人的兩眼視野有很大部分重疊,這樣,不但補(bǔ)償了單眼視覺的部分盲區(qū),擴(kuò)大了平面視野,而且增加了深度感,產(chǎn)生了立體視覺。兩眼觀察同一物體時(shí),兩側(cè)視網(wǎng)膜各形成一個(gè)完整的物像,它們按各自的視神經(jīng)視路傳向神經(jīng)中樞,再經(jīng)大腦中樞綜合處理后,形成一個(gè)物像的感覺。
兩眼視物產(chǎn)生一個(gè)視覺形象的條件是:由物體同一部分來的光線,成像在兩側(cè)視網(wǎng)膜的相稱點(diǎn)上。3.2人的視覺特性
用雙眼視物的最大優(yōu)點(diǎn)是使視覺系統(tǒng)能感知物體的“厚度”,從而形成立體感覺。
立體視覺的效果并不全靠雙眼視覺,物體表面的光線反射情況和陰影等因素,都會(huì)加強(qiáng)立體視覺的效果。生活經(jīng)驗(yàn)在產(chǎn)生立體視覺效果上也起一定作用。3.2人的視覺特性6.對(duì)比感度
人眼剛能辨別被觀察對(duì)象時(shí),被觀察對(duì)象與背景的最小亮度對(duì)比度,稱為臨界對(duì)比度,臨界對(duì)比度的倒數(shù),稱為對(duì)比感度。對(duì)比感度越大的人,能辨別越小的亮度對(duì)比度,或者在相同的亮度對(duì)比度時(shí),能更清楚地辨別被看對(duì)象。在理想情況下,視力好的人,其對(duì)比感度約為100,相應(yīng)的臨界對(duì)比度約為0.01。
對(duì)比感度與被觀察對(duì)象的大小、觀察距離、照度及眼睛的適應(yīng)情況等因素有關(guān)。3.2人的視覺特性7.暗適應(yīng)與明適應(yīng)
人眼對(duì)光亮程度的變化具有適應(yīng)性。眼睛從亮度大的觀察部位轉(zhuǎn)移到亮度小的觀察部位,或者人從光亮的地方進(jìn)入黑暗的地方,眼睛不能一下子就看清物體,需要經(jīng)過一段適應(yīng)時(shí)間后,才能看清物體,這個(gè)適應(yīng)過程稱為暗適應(yīng)。相反的情況和適應(yīng)過程,稱為明適應(yīng)。
暗適應(yīng)時(shí),眼睛的瞳孔放大,進(jìn)入眼睛的光通量增加;明適應(yīng)時(shí),眼睛的瞳孔縮小,進(jìn)入眼睛的光通量減少。暗適應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng),要經(jīng)過4~6min才能基本適應(yīng),需要在暗處停留30min左右,才能完全適應(yīng)。明適應(yīng)時(shí)間較短,lmin左右便可完全適應(yīng)。3.2人的視覺特性雙眼靜視野暗適應(yīng)與明適應(yīng)過渡曲線3.2人的視覺特性
人眼在明暗急劇變化的環(huán)境中,因受適應(yīng)性的限制,視力會(huì)出現(xiàn)短暫下降。若頻繁出現(xiàn)這種情況,則會(huì)產(chǎn)生視覺疲勞,并容易引起事故。為此,在需要頻繁改變亮度的場(chǎng)所,可采用緩和照朋,以避免光線的急劇變化。例如,在隧道入口處常采用一段緩和照明。由于明適應(yīng)的時(shí)間很短,在隧道出口處可不作其他處理。3.2人的視覺特性
人眼的適應(yīng)性對(duì)車輛的行駛安全性影響很大。例如,車輛從明亮的公路駛?cè)胨淼罆r(shí),由于隧道內(nèi)的光線遠(yuǎn)比外邊弱,眼睛不習(xí)慣,約有10s時(shí)間看不清道路和周圍環(huán)境,這時(shí)若行駛速度為50km/h,則10s時(shí)間內(nèi),車輛將向前駛過140m左右,這段路程極易發(fā)生撞車事故。為了行駛安全,應(yīng)降低行駛速度并在進(jìn)入隧道前打開車輛的前照燈。又如夜間行車,一般都開前大燈,眼睛已適應(yīng)強(qiáng)光,但會(huì)車時(shí)要關(guān)閉大燈,靠小燈照明,直至?xí)囃戤?在這段時(shí)間內(nèi),駕駛員不容易看清周圍環(huán)境,須格外小心,降低車速,且適當(dāng)提前關(guān)閉大燈開小燈,使眼睛有個(gè)適應(yīng)過程,以避免事故。3.2人的視覺特性8.眩光
物體表面產(chǎn)生刺眼和耀眼的強(qiáng)烈光線,稱為眩光。由天然光或強(qiáng)烈的人工光源直接照射物體表面而引起的眩光,稱為直接眩光;由視野內(nèi)天花板、墻壁、機(jī)器或其它表面反射而引起的眩光,稱為反射眩光。
眩光的形成多起因于物體表面過于光亮(如電鍍拋光或有光漆表面)、亮度對(duì)比度過大、直接強(qiáng)光照射。
3.2人的視覺特性眩光的危害在于導(dǎo)致不舒適的視覺條件:
(1)使眼睛的瞳孔縮小,在視野內(nèi)亮度一定的條件下,降低了視網(wǎng)膜上的照度。
(2)眩光在眼球媒質(zhì)內(nèi)散射,減弱了被看對(duì)象與背景間的對(duì)比度。
(3)視覺細(xì)胞受強(qiáng)光刺激,引起大腦皮層細(xì)胞間產(chǎn)生相互作用,使得對(duì)被看對(duì)象的觀察呈現(xiàn)模糊。3.2人的視覺特性減少直接眩光的方法:
減少引起眩光的高亮度面積、增大視線與眩光源之間的角度、提高眩光源周圍區(qū)域的亮度等。減少反射眩光的方法:
降低光源的亮度、改變光源的位置或改變作業(yè)對(duì)象的位置、使反射眩光避開觀察者的眼睛、改變刺眼物體表間的性質(zhì),使之不反射或少反射、提高周圍環(huán)境的照度,以減弱反射物與背景間的亮度對(duì)比等。3.2人的視覺特性眩光有時(shí)也可加以利用例如,用很多支白熾燈組成枝形燈或冕形燈在空間作閃閃發(fā)光的照明,以創(chuàng)造富麗堂皇的環(huán)境;用亮度高的光源照射在金碧輝煌的建筑飾物或其它飾物上,能輝映出金波銀浪似的閃耀,給人以愉快、興奮之感覺。3.2人的視覺特性9.視錯(cuò)覺
人觀察外界物體的形狀、大小、位置和顏色時(shí),所得印象與實(shí)際情況的差異,稱為視錯(cuò)覺。視錯(cuò)覺可歸納為形狀錯(cuò)覺、色彩錯(cuò)覺和物體運(yùn)動(dòng)錯(cuò)覺三大類。常見的形狀錯(cuò)覺有:線段長(zhǎng)短錯(cuò)覺、面積大小錯(cuò)覺、方位錯(cuò)覺、對(duì)比錯(cuò)覺、分割錯(cuò)覺、方向錯(cuò)覺、遠(yuǎn)近錯(cuò)覺及透視錯(cuò)覺等;色彩錯(cuò)覺有:對(duì)比錯(cuò)覺、大小錯(cuò)覺、溫度錯(cuò)覺、重量錯(cuò)覺、距離錯(cuò)覺及疲勞錯(cuò)覺等。3.2人的視覺特性線段長(zhǎng)短錯(cuò)覺方位錯(cuò)覺面積大小錯(cuò)覺3.2人的視覺特性對(duì)比錯(cuò)覺分割錯(cuò)覺3.2人的視覺特性
色彩錯(cuò)覺同色彩的心理功能或感情效果密切相關(guān)。例如:兩個(gè)尺寸、形狀、重量完全一樣的包裝箱,一個(gè)白色,一個(gè)黑色,裝卸搬運(yùn)工人的感覺卻是:白色的箱子要比黑色的輕一些,這就是色彩的重量錯(cuò)覺。
視錯(cuò)覺是人的生理和心理原因引起的對(duì)外界事物的錯(cuò)誤知覺,在人機(jī)工程設(shè)計(jì)中可以利用或夸大視錯(cuò)覺現(xiàn)象,以獲得滿意的心理效應(yīng)。例如:交通工具客艙或操縱室的內(nèi)部裝飾設(shè)計(jì),常利用橫向線條劃分所產(chǎn)生的視錯(cuò)覺來改善內(nèi)部空間的狹長(zhǎng)感,使空間顯寬;利用縱向線條劃分所產(chǎn)生的視錯(cuò)覺來增加內(nèi)部空間的透視感,使空間顯長(zhǎng)。3.2人的視覺特性
利用色彩的重量錯(cuò)覺,將包裝箱的外表面作成白色或淺色,可以提高裝卸搬運(yùn)工人的作業(yè)工效。
在另一些情況下,人機(jī)工程設(shè)計(jì)又需要避免產(chǎn)生視錯(cuò)覺現(xiàn)象,以達(dá)到預(yù)期的目的。例如:色彩的彩度太強(qiáng),則對(duì)人眼刺激太大,使人易于疲勞;許多色相混在一起,明度差或彩度差較大,也都易使人疲勞。這種疲勞能引起彩度減弱、明度升高,色彩逐漸呈現(xiàn)灰色或略帶黃色等現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為色彩的疲勞錯(cuò)覺。
在各種工作、學(xué)習(xí)或休息環(huán)境的色彩設(shè)計(jì)中,都必須注意避免產(chǎn)生對(duì)色彩的疲勞錯(cuò)覺現(xiàn)象。3.2人的視覺特性10.顏色視覺三原色學(xué)說認(rèn)為視網(wǎng)膜上有三種視錐細(xì)胞,分別感受紅、綠、藍(lán)三種基本顏色。
光具有不同的能量和波長(zhǎng),光的能量大小表現(xiàn)為人對(duì)光的明暗感覺;光波的長(zhǎng)短表現(xiàn)為人對(duì)光的顏色感覺。色光混合示意圖3.2人的視覺特性顏色標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)nm波長(zhǎng)范圍nm顏色標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)nm波長(zhǎng)范圍nm紫420380~450黃580575~595藍(lán)470450~480橙610595~620綠510480~575紅700620~760各種顏色色光的波長(zhǎng)與波長(zhǎng)范圍3.2人的視覺特性
顏色視覺(簡(jiǎn)稱色覺)是一種復(fù)雜的物理-心理現(xiàn)象。
引起色覺變化的外因有:照度、亮度、時(shí)間(白天、黃昏、夜晚)、低壓、上空、霧、煙、距離,背景、周圍狀況等。
引起色覺變化的內(nèi)因有:年齡、藥物、疲勞、色盲、色弱、色適應(yīng)性等。
色覺異常是指人缺乏色覺,或辨色能力低。前者稱為色盲,后者稱為色弱。
3.2人的視覺特性
色弱是色覺感受系統(tǒng)的一種病變,表現(xiàn)為辨別紅、綠、藍(lán)色的能力低下。
色盲分為全色盲和部分色盲。全色盲表現(xiàn)為只能分辨明暗,呈單色視覺,這類色盲極為少見。常見的主要是紅、綠色盲或藍(lán)色盲。紅、綠色盲表現(xiàn)為不能分辨紅、綠色,一般認(rèn)為是由于缺乏感紅或感綠視錐細(xì)胞而引起的。藍(lán)色盲者對(duì)綠、黃、桔黃和紅等色的感覺較藍(lán)色占優(yōu)勢(shì),所以也稱藍(lán)色弱,是由于感藍(lán)視錐細(xì)胞缺乏或稀少所致。3.2人的視覺特性11.視覺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(1)眼睛的水平運(yùn)動(dòng)比垂直運(yùn)動(dòng)快;眼睛沿水平方向運(yùn)動(dòng)也比沿垂直方向運(yùn)動(dòng)更不易疲勞。
(2)視線的移動(dòng)習(xí)慣于從左到右、從上往下和順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)。
(3)人的眼睛對(duì)水平方向的尺寸和比例的估計(jì)比對(duì)垂直方向的尺寸和比例的估計(jì)要準(zhǔn)確得多。
(4)當(dāng)眼睛偏離視中心時(shí),在偏離距離相等的情況下,人眼對(duì)左上象限的觀察最優(yōu),其次為右上象限、左下象限,右下象限最差。
(5)兩眼的運(yùn)動(dòng)總是協(xié)調(diào)的、同步的,不可能一只眼轉(zhuǎn)動(dòng)而另一只眼不動(dòng),也不可能一只眼睛看,而另一只眼睛不看。3.2人的視覺特性12.視覺辨認(rèn)能力的特點(diǎn)(1)人眼對(duì)直線輪廓比對(duì)曲線輪廓更易辨別。(2)顏色對(duì)比與人的辨認(rèn)能力有一定關(guān)系。(3)物體的顏色在有色光線的照射下會(huì)發(fā)生變化。(4)水平方向的視區(qū)分布情況:10°以內(nèi)為最優(yōu)視區(qū),其中以1.5~3°為特優(yōu)視區(qū)。20°以內(nèi)、10°以外為瞬息區(qū)。30°以內(nèi)、20°以外為有效區(qū)。頭部不動(dòng)時(shí),120°為最大視區(qū)。若頭部轉(zhuǎn)動(dòng),則最大視區(qū)可達(dá)到220°。3.2人的視覺特性(5)垂直方向的視區(qū)分布情況:視水平線以下約10°為最優(yōu)視線,該10°范圍為最優(yōu)視區(qū)。在視水平線以上10°內(nèi)與以下10°~30°范圍為有效視區(qū),視水平線以上60°和以下70°為最大視區(qū)。(6)人眼直視方向上的最小可分辨角及分辨顏色的情況,隨環(huán)境照度的不同而不同。3.2人的視覺特性13.視覺損傷與視覺疲勞(1)視覺損傷在生產(chǎn)過程中,除切屑顆粒、火花、飛沫、熱氣流、煙霧、化學(xué)物質(zhì)等有形物質(zhì)會(huì)造成對(duì)眼的傷害之外,強(qiáng)光或有害光也會(huì)造成對(duì)眼的傷害。眼睛能承受可見光的最大亮度值約為106cd/m2,300nm以下的短波紫外線會(huì)引起紫外線性眼炎,常受紅外線照射會(huì)引起白內(nèi)障,直視高亮度光源會(huì)引起黃斑燒傷,低照度或低質(zhì)量的光環(huán)境會(huì)引起眼的折光缺陷或提早形成老花,眩光或照度劇烈而頻繁變化的光會(huì)引起視覺機(jī)能的降低。3.2人的視覺特性回到本節(jié)目錄(2)視覺疲勞
長(zhǎng)期從事近距離和精細(xì)作業(yè)的工作者,由于長(zhǎng)時(shí)間觀看近物或細(xì)小物體,睫狀肌必須持續(xù)地收縮以增加晶狀體的曲度,這將引起視覺疲勞,甚至導(dǎo)致睫狀肌萎縮,使其調(diào)節(jié)能力降低。長(zhǎng)期在劣質(zhì)光照環(huán)境下工作,會(huì)引起眼睛局部疲勞和全身性疲勞。全身疲勞表現(xiàn)為疲倦、食欲不振、肩上肌肉僵硬發(fā)麻等自律神經(jīng)失調(diào)癥狀;眼睛局部疲勞表現(xiàn)為眼痛、頭痛、視力下降等癥狀。此外,作為眼睛調(diào)節(jié)筋的睫狀肌的疲勞,還可能形成近視。3.2人的視覺特性1.色彩的構(gòu)成色光是具有一定波長(zhǎng)和頻率的電磁波。380nm至760nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁輻射能引起人的視覺,并把它們感知為各種顏色。自然界物體的各種色彩,是光照在物體上,通過物體表面對(duì)色光的吸收和反射,再作用于視覺器官而形成的顏色感覺。光線消失時(shí),物體的色彩隨顏色視覺的消失而消失。物體的顏色雖然來源于光線,而光線又是由各種色光混合組成,但色光與顏色的物態(tài)本質(zhì)卻不同。3.2人的視覺特性3.2.3色彩回到本節(jié)目錄
無彩色指的是白色、各種深淺程度不同的灰色和黑色組成的白黑系列中的各種顏色。彩色系列的顏色是指除去白黑系列以外的各種顏色。彩色系列的顏色由色調(diào)、明度、純度三個(gè)基本要素構(gòu)成。
色彩色光顏色(或顏料)無彩色彩色3.2人的視覺特性
色調(diào)(又稱色相),是指色光光譜上各種不同波長(zhǎng)的可見光在視覺上的表現(xiàn),是決定某一顏色品質(zhì)所獨(dú)具的基本特征,如紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫是不同色調(diào)的顏色。
明度(又稱光亮度或鮮明度),是指色彩的明暗程度,與物體表面色的反射率有關(guān)。當(dāng)照度一定時(shí),反射率的大小與表面色明度的大小成正比。
純度(又稱飽和度、艷度、彩度),是指顏色的純潔程度,即某一色素凝聚的程度。光譜上的顏色是最飽和的顏色,其純度最高,色澤鮮艷、飽滿而純潔,顏色中摻入白、灰或黑色越多,就越不飽和。無彩色的顏色既無色調(diào),其純度也為零。3.2人的視覺特性2.色視原理
視網(wǎng)膜的中央凹部位主要是視錐細(xì)胞起作用,是顏色視覺的器官。由中央凹部位向外周逐漸過渡,視網(wǎng)膜邊緣部位變?yōu)橐晽U細(xì)胞起主要作用,而視桿細(xì)胞只能分辨明度,不能感受色彩。在人的正常視覺中,人眼視網(wǎng)膜邊緣上是全色盲。顏色的分辨能力由中央?yún)^(qū)向外逐漸降低,感覺顏色的飽和度也降低,直到色覺消失。在視野邊緣,任何小塊顏色看起來都是灰色的。3.2人的視覺特性視網(wǎng)膜的顏色區(qū)右眼3.2人的視覺特性
色盲區(qū)(剖面線部位)是不對(duì)稱的。當(dāng)一小塊顏色從邊緣向中央移動(dòng)到一定位置時(shí),它就依兩種顏色成分中哪種占優(yōu)勢(shì)而被看成藍(lán)色或黃色,這個(gè)中央?yún)^(qū)域稱為藍(lán)-黃區(qū)域。當(dāng)一個(gè)橙色的小塊位于這個(gè)區(qū)域時(shí),它看起來是黃色的,其真實(shí)顏色則感覺不出。只有當(dāng)它繼續(xù)向中央移動(dòng),到達(dá)紅-綠區(qū)域時(shí),它才能顯示出正常的顏色感覺。只有在紅-綠區(qū)域,人眼才可以感受到各種顏色。3.2人的視覺特性3.色彩表示
(1)色彩體系為了直觀、方便地表示和區(qū)別各種不同的顏色,將色調(diào)、明度和純度三個(gè)基本要素用字母或數(shù)碼形式構(gòu)造成表示色彩的空間立體模型,稱為色彩體系(或稱色立體)。
目前國(guó)際上主要的色彩體系有:孟塞爾(Munsell,1858—1918)色系、奧斯瓦德(Ostwald,1853—1932)色系和日本色研所色系。
孟塞爾色立體表示的色調(diào)H、明度V、純度C三要素關(guān)系的模型。3.2人的視覺特性孟塞爾色立體3.2人的視覺特性(2).顏色方程式:(C)≡r(R)+g(G)+b(B)(3).色度圖:CIE1931色度圖3.2人的視覺特性4.色彩的心理效應(yīng)
(1)色彩的感情作用:冷暖感、重量感、尺度感、軟硬感、情緒感、距離感。實(shí)驗(yàn)研究表明,悅目的色彩,通過人的視覺器官傳入色素細(xì)胞以后,對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生良好的刺激,對(duì)心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)也有一定作用,在此過程中使人體分泌出某種有益于健康的生理活性物質(zhì),可以調(diào)節(jié)血液的流量和神經(jīng)的傳導(dǎo),使人保持朝氣蓬勃的精神狀態(tài);反之,雜亂而刺目的色彩,會(huì)損傷人的健康和正常的心理情緒。3.2人的視覺特性
明度較高而鮮艷的暖色,容易引起人疲勞;明度較低、柔和的冷色,使人有穩(wěn)重和寧?kù)o的感覺;暖色系顏色給人以興奮感,可以激發(fā)人的感情和情緒;冷色系顏色給人以沉靜感,可以抑制人的感情和情緒。明亮而鮮艷的暖色給人以輕快活潑的感覺;深暗渾濁的冷色給人以憂郁沉悶的感覺。無彩色系列中的白色與純色配合給人以明朗活潑的感覺,而黑色產(chǎn)生憂郁感覺,灰色則為中性。在色視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)中,要合理地應(yīng)用色彩的情緒感,造成適應(yīng)人的情緒要求的色彩氣氛。3.2人的視覺特性(2)色彩的象征作用
色彩的象征意義隨民族、時(shí)代、地區(qū)、社會(huì)、宗教、歷史傳統(tǒng)和生活環(huán)境的不同而有差異,但也有許多共同之處。
(3)各國(guó)喜愛與禁忌的色彩由于政治、社會(huì)、宗教、歷史、文化、教育、風(fēng)俗習(xí)慣等因素的不同,各個(gè)國(guó)家和地區(qū)都會(huì)有自己喜愛和禁忌的色彩。為了使產(chǎn)品的色彩設(shè)計(jì)夠適應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要,必須對(duì)各個(gè)國(guó)家和地區(qū)對(duì)色彩的喜愛和禁忌的情況有所了解。3.2人的視覺特性(4)標(biāo)志顏色應(yīng)用的意義
標(biāo)志顏色主要選用紅、黃、藍(lán)、綠四色。
作為“國(guó)際安全色”,把傳播最遠(yuǎn),對(duì)人的視覺和心理刺激最強(qiáng)烈的紅色用于表示危險(xiǎn)性最大和法制性最高的禁令類的標(biāo)志;色澤鮮明的藍(lán)色多用于法制性較強(qiáng)的指示類的標(biāo)志;把明度較高、色彩艷麗奪目的黃色用于表示警示性的危險(xiǎn)標(biāo)志;把對(duì)人的視覺刺激小,給人以舒適、寧?kù)o感的綠色用于表示安全類的標(biāo)志。此外.還將紅紫色作為放射能方面的標(biāo)志色。3.2人的視覺特性
對(duì)于一些特別的行業(yè)標(biāo)志、性質(zhì)標(biāo)志等,也采用一些特定的顏色來表示。例如,以綠色作為郵政業(yè)的標(biāo)志色,以紅色作為消防事業(yè)的標(biāo)志色。根據(jù)人對(duì)色彩的知覺特點(diǎn),對(duì)操縱器及儀表顯示的顏色選擇,既要注意顏色的性質(zhì),又要注意它表示的內(nèi)容和作用,以使每種顏色表示一個(gè)確定的意義。在一般設(shè)計(jì)中,建議采用下述顏色:帶透明透鏡或漫射透鏡的指示燈采用紅、黃、綠、藍(lán)和白色;按鈕(在白光下的表面色)采用紅、黃(或橙)、綠、藍(lán)、黑、白和灰色。3.2人的視覺特性顏色意義說明典型用途舉例紅危險(xiǎn);警報(bào)。警示可能的危險(xiǎn)或需要立即采取干預(yù)措施的狀態(tài)。溫度超過規(guī)定的界限;消防設(shè)備。紅停止;關(guān)閉。切斷一切電路;機(jī)器都停止運(yùn)行。黃小心提示條件改變或即將改變,須采取措施。溫度或壓力偏離了正常值;綠安全顯示安全的運(yùn)行條件;允許繼續(xù)運(yùn)行。機(jī)器已作好啟動(dòng)準(zhǔn)備;溫度或壓力正常。綠接通;起動(dòng)。切斷一切電路;接通設(shè)備開關(guān)。
藍(lán)特殊信息表示紅、黃、綠三個(gè)顏色意義之外的任何一種意義。調(diào)節(jié)位置的選擇開關(guān);遙控的顯示。白一般信息當(dāng)使用紅、黃、綠有疑問時(shí),可表示各種意義除切斷和停止按鈕以外,可用于任何意義3.2人的視覺特性
按鈕顏色的選用:紅色只允許用于停止按鈕和緊急按鈕;起動(dòng)和接通按鈕主要使用綠色;反復(fù)操作的起動(dòng)和停止按鈕或者接通和切斷按鈕交替起作用的場(chǎng)合,必須用黑色、白色或灰色標(biāo)志,不能用紅色,也不能用綠色標(biāo)記;開動(dòng)時(shí)動(dòng)作、放開后停止的按鈕(例如打字機(jī)按鈕)必須標(biāo)以黑白,白色、灰色或綠色,主要用黑色標(biāo)志,而不得用紅色標(biāo)志;復(fù)位按鈕必須用藍(lán)、黑、白或灰色標(biāo)志,但它同時(shí)作為停止或切斷按鈕使用時(shí),則必須用紅色標(biāo)志。3.2人的視覺特性
用顏色信號(hào)編碼來傳達(dá)信息是常用的信息傳遞方式。采用顏色編碼的信號(hào)不宜超過22種顏色,若使用過多的顏色,則不能保證不出現(xiàn)混淆和錯(cuò)認(rèn)。建議采用以下10種顏色為主要的編碼色,按其優(yōu)劣次序排列依次為:黃、紫、橙、淺藍(lán)、紅、淺黃、綠、紫紅、藍(lán)、粉黃,選用時(shí)按所需顏色個(gè)數(shù)依次選用,上述優(yōu)劣次序主要表示不同顏色之間互不混淆的程度,并不表示單獨(dú)呈現(xiàn)時(shí)的清晰度。就單個(gè)信號(hào)的清晰度而言,藍(lán)、綠燈光信號(hào)最為清晰,在同等物理強(qiáng)度下,使人感覺到的亮度最高,受背景的影響也最小,有利于遠(yuǎn)距離觀察。但它與別的顏色信號(hào)并用時(shí),不混淆的程度不如黃色和紫色。3.2人的視覺特性
紅色光波長(zhǎng)較長(zhǎng),空氣散射較小,所以射程較遠(yuǎn),宜于遠(yuǎn)距離觀察。白光消耗功率最少,但白光在遠(yuǎn)距離觀察時(shí)將失去它的純白色,容易混淆,因此一般不采用。
橙黃色光在遠(yuǎn)距離和有霧天氣條件下,其色變現(xiàn)象較小,功率損失也較小,所以具有破霧的效果,有利于在遠(yuǎn)距離和惡劣氣象環(huán)境中觀察。工業(yè)中管道傳輸?shù)母鞣N流動(dòng)物料采用顏色加以標(biāo)識(shí),有利于管理、維護(hù)和保證生產(chǎn)安全?;氐奖竟?jié)目錄3.2人的視覺特性3.3人的聽覺特性聽覺器官的功能與人耳的基本結(jié)構(gòu)人的聽覺特性回到本章目錄圖
3-21
聽覺器官的功能是分辨聲音的強(qiáng)弱和高低,以及環(huán)境中聲源的方向和遠(yuǎn)近?;氐奖竟?jié)目錄3.3人的聽覺特性3.3.1聽覺器官的功能與人耳的基本結(jié)構(gòu)(1)聽覺的頻率響應(yīng)特性
聲音在空氣中的傳播3.3人的聽覺特性3.3.2人的聽覺特性回到本節(jié)目錄聽力損失曲線3.3人的聽覺特性聽閾、痛閾與聽覺區(qū)域3.3人的聽覺特性800~1500Hz
頻率范圍內(nèi),聽閾無明顯變化;低于800Hz
時(shí),可聽響度隨著頻率的降低明顯減小;在3000~4000Hz
之間達(dá)到最大的聽覺靈敏度。超過6000Hz
時(shí),聽覺靈敏度再次下降,大約在17000Hz時(shí),聽覺靈敏度降至標(biāo)準(zhǔn)值的1/10;除2000~5000Hz
之間有一段谷值外,開始感到疼痛的極限聲強(qiáng)幾乎與頻率無關(guān);在1000Hz
時(shí)的平均聽閾值I0值大約為10-12W/m2,痛閾Imax
約為10W/m23.3人的聽覺特性(2)對(duì)聲音高低強(qiáng)弱的辨別能力
人耳對(duì)頻率的感覺很靈敏,表現(xiàn)為辨別音調(diào)高低的能力。這是由于不同頻率的聲波使不同長(zhǎng)度的基底膜纖維產(chǎn)生共振,而不同長(zhǎng)度的基底膜纖維上的聽覺細(xì)胞產(chǎn)生的興奮,將沿不同的神經(jīng)纖維傳送到大腦皮層的不同部位,因而能產(chǎn)生高低不同的音調(diào)感覺。
3.3人的聽覺特性(3)對(duì)聲源方向和距離的辨別能力
人耳的聽覺,絕大部分涉及到所謂“雙耳效應(yīng)”,或稱“立體聲效應(yīng)”,是正常的雙耳聽覺具有的特性。人聽到聲響時(shí),根據(jù)聲音到達(dá)兩耳的時(shí)間先后和強(qiáng)度差別來判定聲源的方向。根據(jù)聲音響度差別辨別高聲,根據(jù)聲音到達(dá)先后之差來判定低聲。判定聲源的距離,主要靠人的主觀經(jīng)驗(yàn)來估計(jì)。
3.3人的聽覺特性(3)聽覺的掩蔽效應(yīng)
一個(gè)聲音被另一個(gè)聲音所掩蓋的現(xiàn)象,稱為掩蔽。一個(gè)聲音的聽閾因另一個(gè)聲音的掩蔽作用而提高的效應(yīng),稱為掩蔽效應(yīng)。在設(shè)計(jì)聽覺傳遞裝置時(shí),應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要,有時(shí)要對(duì)掩蔽效應(yīng)的影響加以利用,有時(shí)則要加以避免或克服。
3.3人的聽覺特性純音對(duì)純音的掩蔽效應(yīng)曲線3.3人的聽覺特性聽覺掩蔽效應(yīng)具有如下特性:(1)掩蔽聲越強(qiáng),掩蔽效果越大,被掩蔽聲的聽閾提高得越多。
(2)掩蔽聲對(duì)頻率同自己的頻率鄰近的被掩蔽聲之掩蔽效應(yīng)最大。
(3)低頻掩蔽聲對(duì)高頻被掩蔽聲的掩蔽效應(yīng)較大,而高頻掩蔽聲對(duì)低頻被掩蔽聲的掩蔽效應(yīng)較小。
(4)掩蔽聲越強(qiáng),被掩蔽的頻率范圍越大。
回到本節(jié)目錄3.3人的聽覺特性3.4人的皮膚感覺特性觸覺溫度覺痛覺回到本章目錄
人體皮膚內(nèi)主要的感受器是:觸覺感受器、溫度感受器和痛覺感受器。皮膚感覺主要有三種:觸覺、溫度覺(冷覺和熱覺)和痛覺。3.4人的皮膚感覺特性3.4.1觸覺(1)觸覺的類型觸-壓覺觸-壓覺按所受刺激的強(qiáng)度不同,又可分為接觸覺和壓覺。輕輕的刺激產(chǎn)生接觸覺;刺激強(qiáng)度增大就產(chǎn)生壓覺。觸-摸覺觸-摸覺是皮膚感覺與肌肉運(yùn)動(dòng)感覺的結(jié)合,是在高級(jí)神經(jīng)支配下,通過手的運(yùn)動(dòng)感覺與皮膚感覺把信息傳給大腦,經(jīng)大腦綜合分析后,判別出的肢體與被觸摸的物體之間的相對(duì)空間位置。3.4人的皮膚感覺特性回到本節(jié)目錄觸覺容易辨認(rèn)的手柄形狀3.4人的皮膚感覺特性(2)觸覺的適宜刺激
對(duì)觸覺感受器的適宜刺激是皮膚位移(變形)的梯度和接觸界面皮膚變形的曲率,由皮膚變形引起感受器和神經(jīng)末梢的變形,從而產(chǎn)生觸覺。3.4人的皮膚感覺特性(3)觸覺的閾限用毛發(fā)觸覺計(jì)測(cè)定身體不同部位對(duì)刺激的觸覺感受性和觸覺閾限,結(jié)果表明,身體不同部位的觸覺絕對(duì)感受性,從高到低,依次為:鼻部、上唇、前額、腹部、肩部、小指、無名指、上臂、中指、前臂、拇指、胸部、食指、大腿、手掌、小腿、腳底、足趾。3.4人的皮膚感覺特性(4)觸覺定位觸覺不但能夠感知物體的長(zhǎng)度、大小、形狀等特征,而且還能夠區(qū)分出刺激作用于身體的部位,這項(xiàng)功能稱為觸覺定位。
觸覺定位實(shí)驗(yàn),通常都是在排除被試者視覺參與的條件下(例如,把被試者的眼睛蒙住),由被試者對(duì)刺激作出定位反應(yīng)。3.4人的皮膚感覺特性(5)觸覺編碼大小編碼形狀編碼位置編碼3.4人的皮膚感覺特性(6)觸覺特性的應(yīng)用
人的觸覺特性的應(yīng)用,關(guān)鍵問題在于如何選擇合適的形狀或壓力作為觸覺的適宜刺激,與此相關(guān)的一些實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)要領(lǐng),也需嚴(yán)格掌握?;氐奖竟?jié)目錄3.4人的皮膚感覺特性3.4.2溫度覺
溫度感受器分布在皮膚的不同部位,形成所謂冷點(diǎn)和熱點(diǎn)。每一平方厘米皮膚內(nèi),冷點(diǎn)有6~23個(gè),熱點(diǎn)有3個(gè),溫度覺的強(qiáng)度,取決于溫度刺激強(qiáng)度和被刺激部位的大小。在冷刺激或熱刺激不斷作用下,溫度覺也會(huì)產(chǎn)生適應(yīng)。回到本節(jié)目錄3.4人的皮膚感覺特性3.4.3痛覺
人體各個(gè)組織的器官內(nèi),都有一些特殊的游離神經(jīng)末梢,在一定刺激強(qiáng)度下,就會(huì)產(chǎn)生興奮而出現(xiàn)痛覺。神經(jīng)末梢在皮膚中分布的部位,稱為痛點(diǎn)。每平方厘米皮膚表面約有100個(gè)痛點(diǎn),整個(gè)皮膚表面,痛點(diǎn)的數(shù)目可達(dá)一百萬個(gè)。痛覺的中樞部分,位于大腦皮層。人體不同部位的痛覺敏感度不同,皮膚和外粘膜有高度痛覺敏感性,角膜的中央,具有人體最痛的痛覺敏感性。回到本節(jié)目錄3.4人的皮膚感覺特性3.5人體的本體感覺特性
人在進(jìn)行各種操作活動(dòng)的同時(shí)能給出身體及四肢所在位置的信息,這種感覺稱為本體感覺。
3.5人的本體感覺特性平衡覺運(yùn)動(dòng)覺回到本章目錄3.5.1平衡覺平衡覺系統(tǒng)的外周感受器官是前庭器官,前庭器官由位于內(nèi)耳迷路中的三個(gè)半規(guī)管和橢圓囊、球囊組成,是人體對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和頭部在空間位置的感受器?;氐奖竟?jié)目錄3.5人的本體感覺特性3.5.2運(yùn)動(dòng)覺
人體組織中,有三種類型的運(yùn)動(dòng)覺感受器,第一類是肌肉內(nèi)的紡錘體,它能給出肌肉拉伸程度及拉伸速度方面的信息;第二類是位于腱中各個(gè)不同位置的感受器,它能給出關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)程度的信息,由此指示運(yùn)動(dòng)速度和方向;第三類是位于深部組織中的層板小體,埋藏在組織內(nèi)部的這些小體對(duì)形變很敏感,能給出深部組織中壓力的信息。
回到本節(jié)目錄3.5人的本體感覺特性3.6神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
腦的機(jī)能
反射活動(dòng)的規(guī)律
神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)軀體運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)
中樞對(duì)感覺傳入沖動(dòng)的反饋控制回到本章目錄神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)(a)神經(jīng)系統(tǒng)(b)信息在神經(jīng)系統(tǒng)中的循環(huán)過程3.6神經(jīng)系統(tǒng)3.6.1神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)回到本節(jié)目錄神經(jīng)系統(tǒng)的信息傳遞情況示例回到本節(jié)目錄3.6神經(jīng)系統(tǒng)3.6.2腦的機(jī)能
腦是神經(jīng)系統(tǒng)的中樞,大腦皮層則是最高級(jí)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。人腦是一種結(jié)構(gòu)上極其復(fù)雜、機(jī)能上特別靈敏的物質(zhì)。大腦從外形上分左、右兩個(gè)半球,左半球的主要功能是言語、抽象邏輯思維和數(shù)學(xué)計(jì)算;右半球的主要功能是空間感知和形象加工。
3.6神經(jīng)系統(tǒng)回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄人腦的基本功能3.6神經(jīng)系統(tǒng)3.6.3反射活動(dòng)的規(guī)律(1)反射的概念
反射是指在中樞神經(jīng)系統(tǒng)參與下,人的機(jī)體對(duì)來自體內(nèi)、外刺激的規(guī)律性反應(yīng)。反射活動(dòng)分為非條件反射與條件反射兩大類。先天生成、出生后無需訓(xùn)練就具有的反射活動(dòng),稱為非條件反射;出生后通過訓(xùn)練而形成的反射活動(dòng),稱為條件反射。3.6神經(jīng)系統(tǒng)回到本節(jié)目錄(2)反射弧:反射活動(dòng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)稱為反射弧。
反射弧3.6神經(jīng)系統(tǒng)(3)中樞抑制
在任何反射活動(dòng)中,中樞內(nèi)既有興奮活動(dòng)又有抑制活動(dòng)。在某一反射進(jìn)行過程中,某些其它反射即受抑制。(4)反射活動(dòng)的反饋調(diào)節(jié)
回到本節(jié)目錄3.6神經(jīng)系統(tǒng)3.6.4中樞對(duì)感覺傳入沖動(dòng)的反饋控制
中樞不但接受感覺器官的傳入沖動(dòng),而且也發(fā)出傳出沖動(dòng)來改變感覺器官的活動(dòng),以調(diào)節(jié)感覺器官的敏感性。例如,瞳孔對(duì)光的反射就是中樞調(diào)節(jié)視覺器官敏感性的一個(gè)反射,當(dāng)強(qiáng)光照射眼晴時(shí),視覺傳入沖動(dòng)明顯增加,由此而發(fā)生的瞳孔對(duì)光的反射,使瞳孔縮小,以減少進(jìn)入眼球的光通量,對(duì)眼睛起著保護(hù)作用。
回到本節(jié)目錄3.6神經(jīng)系統(tǒng)3.6.5神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)軀體運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)
在脊髓的前角中,存在大量的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元(α和γ運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元),它們的軸突經(jīng)前根離開脊髓后直達(dá)所支配的肌肉。
α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元是脊髓運(yùn)動(dòng)反射的最后公路。由一個(gè)α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元及其所支配的全部肌纖維所組成的功能單位,稱為運(yùn)動(dòng)單位。
3.6神經(jīng)系統(tǒng)回到本節(jié)目錄
γ運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的細(xì)胞體分散在α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元之間,其細(xì)胞體比α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的小。γ運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的軸突也經(jīng)前根離開脊髓,支配骨骼肌內(nèi)的梭內(nèi)肌纖維。γ運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮性較高,常以較高頻率持續(xù)放電,即使α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元無放電,一些γ運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元仍持續(xù)放電。在一般情況下,當(dāng)α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元活動(dòng)增加時(shí),γ運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的活動(dòng)也相應(yīng)增加,從而調(diào)節(jié)著肌梭對(duì)牽拉刺激的敏感性。
3.6神經(jīng)系統(tǒng)
當(dāng)皮膚受到傷害性刺激時(shí),受刺激一側(cè)的肢體出現(xiàn)屈曲反應(yīng),關(guān)節(jié)的屈肌收縮而伸肌弛緩,稱為屈肌反射,屈肌反射具有保護(hù)性意義。對(duì)側(cè)伸肌反射是一種姿勢(shì)反射,具有維持姿勢(shì)的生理意義。由神經(jīng)支配的骨骼肌,受到外力牽拉而伸長(zhǎng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生反射效應(yīng),引起受牽扯的同一肌肉收縮,稱為牽張反射。牽張反射主要是使受牽拉的肌肉發(fā)生收縮,并不影響其它關(guān)節(jié)的肌肉。牽張反射的主要生理意義在于維持站立姿勢(shì)?;氐奖竟?jié)目錄3.6神經(jīng)系統(tǒng)3.7人的信息傳遞理論信息與信息量
信息輸入的途徑信息輸入顯示器
影響信息傳遞的主要因素信息流模型人的反應(yīng)時(shí)間
回到本章目錄3.7.1信息與信息量信息的定義
信息是客觀存在的一切事物通過物質(zhì)載體所發(fā)出的消息、情報(bào)、指令、數(shù)據(jù)和信號(hào)中所包含的一切傳遞與交換的知識(shí)內(nèi)容,是表現(xiàn)事物特征的一種普遍形式,是自然界、人類社會(huì)和人類思維活動(dòng)中普遍存在的一切物質(zhì)和事物的屬性。3.7人的信息傳遞理論回到本節(jié)目錄(2)信息量的計(jì)算:信息量以計(jì)算機(jī)的“位”(“bit”)為基本單位,稱為“比特”。其定義:式中:H—
信息量;n—
某信號(hào)中所包含的二進(jìn)制碼的個(gè)數(shù)。有人估計(jì),人的大腦的信息儲(chǔ)存總量約為1015bit
?;氐奖竟?jié)目錄3.7人的信息傳遞理論3.7.2信息輸入的途徑
回到本節(jié)目錄從末端刺激到人的感覺器官的信息輸入途徑3.7人的信息傳遞理論3.7.3信息輸入顯示器
末端刺激源(即信息源)發(fā)出的信息或刺激,很多情況下需要通過某種類型的顯示器加以放大或變換能量形式,才能被人的感覺器官所接受。3.7人的信息傳遞理論回到本節(jié)目錄信息輸入顯示器的適應(yīng)場(chǎng)合(1)末端刺激雖然能夠?yàn)槿说母杏X器官所接受,但不能充分被人直接感受,因而要求使用信息輸入顯示器。
(2)末端刺激不能為人的感覺器官所直接感受,因而必須借助于傳感器來感受刺激并把刺激轉(zhuǎn)換成人的感覺器官所能感受的能量形式,這就要求使用某種形式的信息輸入顯示器。3.7人的信息傳遞理論信息輸入顯示器的類型信息輸入顯示器分動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩類。信息輸入顯示器傳送的信息可分為以下八種類型:
定量信息、定性信息、狀態(tài)信息、報(bào)警信息、圖象信息、識(shí)別信息、字符信息、時(shí)間-相位信息?;氐奖竟?jié)目錄3.7人的信息傳遞理論3.7.4信息流模型
B.N.Haber和M.Hersbenson提出的一種信息流模型回到本節(jié)目錄
隨環(huán)境條件的不同,信息流可能是下列各項(xiàng)功能的不同組合:注意,感覺,感知,編碼和譯碼,學(xué)習(xí),記憶,回憶,推理,判斷,決策或決定,發(fā)出指令信息,執(zhí)行或人體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。3.7人的信息傳遞理論3.7.5影響信息傳遞的主要因素1.背景噪聲背景噪聲干擾人的感寬器官對(duì)有用信息的接受,使有用刺激更難于被人所感受。3.7人的信息傳遞理論回到本節(jié)目錄2.刺激的速率與負(fù)荷刺激的速率指單位時(shí)間輸入的刺激數(shù);刺激的負(fù)荷指需要同時(shí)注意接受與處理的刺激的類型及數(shù)量多少。人體感受刺激的精確度隨刺激的速率與負(fù)荷的增大而降低。
3.7人的信息傳遞理論3.分時(shí)輸入與處理(1)盡可能使?jié)撛诘男畔⒃磾?shù)目減至最少。(2)設(shè)法使傳感器具有某種“優(yōu)先選擇”的功能。(3)盡可能把利用短暫記憶或涉及低概率事件的需求降到最少限度。(4)盡可能將要求個(gè)別響應(yīng)的刺激暫時(shí)分開,并使其刺激速率適合于個(gè)別響應(yīng)。(5)聽覺通道的抗干擾能力和耐久性一般要比其它感覺通道更強(qiáng)。(6)采取一定的辦法引導(dǎo)人的注意力。(7)將有用的刺激信號(hào)加以恰當(dāng)安排。(8)訓(xùn)練操作人員對(duì)某項(xiàng)手工操作的熟練程度。3.7人的信息傳遞理論4.剩余感覺通道的利用
兩個(gè)或兩個(gè)以上感覺通道同時(shí)用于接受同一個(gè)刺激,就是具有“剩余感覺通道”
的信息輸入方式。適當(dāng)利用剩余感覺通道,可提高信息接受的概率。E.T.Klemmer曾對(duì)單有視覺輸入、單有聽覺輸入以及同時(shí)具有視覺、聽覺輸入三種情況進(jìn)行比較試驗(yàn),結(jié)果測(cè)得正確響應(yīng)的百分率如下:
單獨(dú)利用視覺通道時(shí)89%
單獨(dú)利用聽覺通道時(shí)91%
同時(shí)利用視覺與聽覺通道時(shí)95%3.7人的信息傳遞理論5.刺激與響應(yīng)之間的協(xié)調(diào)性
刺激與響應(yīng)之間在空間、運(yùn)動(dòng)和概念上相互關(guān)系的協(xié)調(diào)程度,稱為協(xié)調(diào)性。
空間協(xié)調(diào)性指的是物理特征或空間布置上的協(xié)調(diào)關(guān)系,特別是顯示器與操縱器之間的空間協(xié)調(diào)關(guān)系。
運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性主要指的是顯示器、操縱器及系統(tǒng)響應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方向之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。
概念協(xié)調(diào)性主要指的是人們對(duì)于具體刺激與響應(yīng)之間早已形成的固有概念或習(xí)慣定型。3.7人的信息傳遞理論6.感覺通道的選擇
人的感覺器官各有自身的特性、優(yōu)點(diǎn)和適應(yīng)能力,對(duì)于一定的刺激,選擇合適的感覺通道能獲得最佳的信息處理效果。常用的是視覺通道和聽覺通道,在特定條件下,觸覺和嗅覺通道也有其特殊用處,尤其在視覺和聽覺通道都超載的情況下,專門的觸覺傳感器貼在皮膚上可作為一種有價(jià)值的報(bào)警裝置。3.7人的信息傳遞理論7.刺激的維數(shù)
感覺的“維”指的是每一種不同的感覺性質(zhì)(如視、聽、嗅、味、觸覺,各算作一個(gè)“維”
)或同一種感覺內(nèi)的每一種不同的特征(如視覺中的形狀、顏色、大小、明度等,也各算作一個(gè)“維”
)。刺激的維數(shù)則是指一個(gè)刺激物所包含或發(fā)出的感覺“維”數(shù)。3.7人的信息傳遞理論8.人的生理和心理狀態(tài)由于環(huán)境條件的影響及其它主、客觀因素的干擾,人的生理和心理狀態(tài)會(huì)發(fā)生各種不同的變化,從而影響對(duì)信息的接受和處理能力。3.7人的信息傳遞理論9.人的技術(shù)熟練程度通過訓(xùn)練提高操作人員的技術(shù)熟練程度,能顯著提高信息接受和處理的速率與精度?;氐奖竟?jié)目錄3.7人的信息傳遞理論3.7.6人的反應(yīng)時(shí)間
從感覺器官接受外界刺激到運(yùn)動(dòng)器官開始執(zhí)行操縱動(dòng)作所經(jīng)歷的時(shí)間,稱為人的反應(yīng)時(shí)間。只對(duì)一種刺激作出一種反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間,稱為簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間。有兩種以上的刺激同時(shí)輸入,而需要對(duì)不同的刺激作出不同的反應(yīng),或者只對(duì)其中某些刺激作出反應(yīng)的情況,稱為選擇反應(yīng),相應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間,稱為選擇反應(yīng)時(shí)間。通常,選擇反應(yīng)時(shí)間要比簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。
3.7人的信息傳遞理論回到本節(jié)目錄影響人的反應(yīng)時(shí)間的主要因素:(1)刺激的性質(zhì)
據(jù)試驗(yàn),人對(duì)光、聲和皮膚刺激的簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間較短,而對(duì)氣體、溫度等刺激的簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。對(duì)各種刺激性質(zhì)或不同感覺通道的刺激的簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間如下表所示。
3.7人的信息傳遞理論刺激性質(zhì)簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間/s刺激性質(zhì)簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間/s
光0.180
冷、熱0.300~1.600
聲0.140
旋轉(zhuǎn)0.400
觸0.140
咸味0.308
嗅0.300
甜味0.446
壓痛0.268
酸味0.536
刺痛0.888
苦味1.0823.7人的信息傳遞理論(2)刺激的強(qiáng)度
同一性質(zhì)的刺
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