第六章顯示器控制器設(shè)計(jì)

第六章顯示器控制器設(shè)計(jì)第一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)人機(jī)界面的概念第二節(jié)顯示器設(shè)計(jì)

第三節(jié)控制器的設(shè)計(jì)

第六章顯示器和控制器設(shè)計(jì)(3)第二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)人機(jī)界面的概念一、人機(jī)界面在人機(jī)系統(tǒng)中，存在著一個人與機(jī)相互作用的“面”所有的人機(jī)信息交流都發(fā)生在這個面上。人機(jī)界面上的裝置＊顯示器：向人傳遞信息的裝置。＊控制器：供人操縱機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置。第三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五二、人機(jī)界面的三要素基本模型第四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五司機(jī)-汽車三要素基本模型第五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)顯示器的設(shè)計(jì)按人接受信息的感覺通道的不同顯示器可分為：視覺顯示器聽覺顯示器觸覺顯示器

視覺顯示器—指在信息交往過程中利用人的視覺通道向人傳遞信息的裝置，其形式多種多樣，應(yīng)用最為廣泛。第六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五第七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五一、視覺顯示器的分類1.按顯示的形式可分為：

數(shù)字式顯示儀表

刻度指針式儀表（模擬式）2.按顯示功能分為：讀數(shù)用儀表檢查用儀表警戒用儀表追蹤用儀表調(diào)節(jié)用儀表

第八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五數(shù)字式顯示儀表是直接用數(shù)碼來顯示信息的儀表，如各種數(shù)碼顯示屏、機(jī)械的和電子的數(shù)字記數(shù)器等。特點(diǎn)：簡單、準(zhǔn)確、便于認(rèn)讀、不易產(chǎn)生視覺疲勞第九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五刻度指針式儀表（模擬式）

用標(biāo)定在刻度盤上的指針來顯示信息的，如最常見的手表、電流表、電壓表等。

特點(diǎn)：顯示信息直觀、形象，使人對模擬值在全量程范圍內(nèi)所處的位置一目了然，并能明顯顯示出偏差量，特別適合于監(jiān)控。(a)指針可動，刻度盤不動；(b)刻度盤可動，指針不動

第十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五讀數(shù)用儀表第十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五檢查用儀表

用以顯示系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)偏離正常值的情況，一般無需讀出其確切數(shù)值。這類儀表宜采用指針運(yùn)動刻度盤不動的顯示器為好。第十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五警戒用儀表屬于檢查用儀表，用以顯示機(jī)器是處于正常區(qū)、警戒區(qū)還是危險(xiǎn)區(qū)。如用綠、黃、紅三種不同的顏色分別表示正常區(qū)、警戒區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)。第十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五追蹤用儀表。追蹤操縱是動態(tài)控制系統(tǒng)中最常見的操縱方式之一，它根據(jù)顯示器所提供的信息進(jìn)行追蹤操縱，以便使機(jī)器按照所要求的動態(tài)過程工作。

調(diào)節(jié)用儀表只用以顯示操縱器調(diào)節(jié)的值，而不顯示機(jī)器系統(tǒng)運(yùn)行的動態(tài)過程。第十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五二、視覺顯示器的選擇1.確定待設(shè)計(jì)顯示器的功能要求。內(nèi)容：必須顯示什么信息；是否需要動態(tài)顯示；采用何種信息編碼形式；作用空間對視覺顯示器有何限制；周圍照明有何特點(diǎn)？2.同時考慮人的感知特性和顯示器的物理特性，以確定具體的設(shè)計(jì)要求。3.根據(jù)設(shè)計(jì)要求與各種顯示器物理特性的比較，選定符合要求的顯示器。第十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五指針運(yùn)動式指針固定式數(shù)字式讀數(shù)用尚可尚可好檢查用好差差追蹤用好尚可差調(diào)節(jié)用好尚可好第十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五三、視覺顯示器的設(shè)計(jì)原則

1.基本原則

能見性，清晰性，可識性2.視覺顯示器的設(shè)計(jì)原則1）根據(jù)使用要求選擇最適宜的視覺刺激維度作為傳遞信息的代碼，并將視覺代碼的數(shù)目限制在人的絕對辨別能力允許的范內(nèi)。第十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五2）使顯示器精度與人的視覺辨認(rèn)能力相適應(yīng)3）盡量采用形象直觀且與人的認(rèn)識特點(diǎn)相匹配的現(xiàn)實(shí)格式。4）對同時呈現(xiàn)的相互關(guān)聯(lián)的信息，盡可能實(shí)現(xiàn)綜合顯示以提高顯示效率。5）目標(biāo)與背景之間要有適合的對比關(guān)系，包括亮度對比，顏色對比，形狀對比等。第十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五6）具有良好的環(huán)境照明條件，以保證對目標(biāo)的準(zhǔn)確辨認(rèn)。7）根據(jù)任務(wù)的性質(zhì)和使用條件，確定視覺顯示器的尺寸和安放位置。8）要與系統(tǒng)中其他顯示器和控制器在空間關(guān)系和運(yùn)動關(guān)系上相兼容。第十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五四、視覺顯示器的空間特性的設(shè)計(jì)1.顯示器的空間位置設(shè)定1）觀察角度工效學(xué)手冊推薦水平視線偏15°為最佳觀察角，與顯示器夾角至少達(dá)45°，實(shí)際作業(yè)中，可隨任務(wù)要求改變。第二十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五2）視覺作業(yè)人眼對視野不同區(qū)域察覺和辨別能力有所不同，對于搜索作業(yè)，中心視野優(yōu)于邊緣視野。圖中為推薦的最佳視覺作業(yè)和最大視覺作業(yè)區(qū)域。第二十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五2.視覺顯示器的空間排列特性1.重要性原則：按照每個控制器的重要程度決定其位置，安排優(yōu)先權(quán)。2.使用頻率原則：按照每個控制器在完成任務(wù)中使用的頻率決定其位置，安排優(yōu)先權(quán)。3.功能原則：按照控制器的功能關(guān)系安排其位置，將功能相同或相關(guān)的控制器或顯示器組合在一起。4.使用順序原則：對使用順序固定的控制器，按他的使用順序安排位置。第二十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五三、模擬式視覺顯示器的設(shè)計(jì)

1.刻度盤的設(shè)計(jì)2.刻度與刻度線的設(shè)計(jì)3.數(shù)碼與字符設(shè)計(jì)4.指針與盤面設(shè)計(jì)5.儀表的色彩匹配

第二十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五1.刻度盤的設(shè)計(jì)刻度盤的形狀第二十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五實(shí)驗(yàn)研究表明，不同形式刻度盤的誤讀率

亦不同

36%28%17%11%0.5%第二十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五誤讀率比較:開窗型：由于指針不動，刻度數(shù)字動，窗中的數(shù)字易讀，其誤讀率最小。圓型半圓型：由于需在儀表中尋找和確認(rèn)指針的位置，所以在較短的揭示時間內(nèi)比開窗型的誤讀率高。水平型和豎直：尋找指針位置最費(fèi)時間，在提示時間短的情況下，誤讀率最高，但與豎直型相比，水平型的誤讀率偏低，這是因?yàn)檠矍虻倪\(yùn)動快的緣故。第二十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五刻度盤的大小

刻度盤的大小取決于盤上標(biāo)記的數(shù)量和觀察距離。以圓形刻度為例，當(dāng)盤上標(biāo)記數(shù)量多時，為了提高清晰度，須相應(yīng)增大刻度盤。但是，這必將增加眼睛的掃描路線和儀表占用面積。而縮小刻度盤又會使標(biāo)記密集不清晰。

刻度盤的最佳直徑與監(jiān)控者的視角有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，最佳視角為2.5～5°。因此，由最佳直徑和最佳視角便可確定最佳視距，或已知視距和最佳視角便可推算出儀表刻度盤的最佳直徑。第二十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五懷特（W．J．White）等人對圓形刻度盤最優(yōu)直徑作過實(shí)驗(yàn)，將儀表安裝在儀表盤上，然后測試反應(yīng)速度和誤讀率。結(jié)果表明，圓形刻度盤的最優(yōu)直徑是44mm。關(guān)于圓形刻度盤的直徑、觀察距離和標(biāo)記數(shù)量的推薦值請參見下表。第二十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五認(rèn)讀速度和準(zhǔn)確度與直徑大小的關(guān)系

（視距750mm）刻度盤直徑mm觀察時間s平均反應(yīng)時間s讀錯率%250.820.766440.720.724700.755.7312第二十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五觀察距離和標(biāo)記數(shù)量與刻度盤直徑的關(guān)系

刻度標(biāo)記的數(shù)量刻度盤的最小允許直徑觀察距離500mm時觀察距離900mm時3825.425.45025.432.57025.445.510036.464.315054.498.020072.8129.6300109.0196.0第三十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五2.刻度與刻度線的設(shè)計(jì)

識讀速度、識讀準(zhǔn)確性還與刻度的大小、刻度線的類型、刻度線的寬度和刻度線的長短有關(guān)?？潭鹊拇笮】潭缺P上兩個最小刻度標(biāo)記(如刻度線)之間的距離稱為刻度間距，簡稱刻度?？潭忍。曈X分辨困難；刻度過大，也使認(rèn)讀效率下降。第三十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五刻度的大小可根據(jù)人眼的最小分辨能力和刻度盤的材料性質(zhì)及視距而確定。人眼直接讀識刻度時，刻度的最小尺寸不應(yīng)小于0.6～1mm。當(dāng)刻度小于1mm時，誤讀率急劇增加。因此，刻度的最小尺寸一般在1～2.5Omm之間選取,必要時也可采用4～8mm。采用放大鏡讀數(shù)時，刻度的大小一般取1／Xmm（X為放大鏡放大倍數(shù)）。第三十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五刻度線的類型常見的刻度線類型有單刻度線、雙刻度線和遞增式刻度線。第三十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五刻度線的寬度刻度線一般分短、中、長三級?？潭染€的寬度一般可在刻度間距的l／3～1／8的范圍內(nèi)選取。若刻度線的寬度能按短線、中線、長線順序逐級加粗一些，將有利于快速地正確認(rèn)讀。第三十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五刻度線的長度

刻度線長度選擇合適與否，對識讀準(zhǔn)確性影響很大?？潭染€長度受照明條件和視距的限制。當(dāng)視距為L時，刻度線最小長度為：長刻度線長度＝L／90中刻度線長度＝L／125短刻度線長度＝L／200刻度線間距＝L／600第三十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五三級刻度線寬度長度示例第三十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五刻度方向刻度盤上刻度值的遞增順序稱為刻度方向?？潭确较虮仨氉裱曈X規(guī)律：

＊水平直線型應(yīng)從左至右；

＊豎直直線型應(yīng)從下到上；

＊圓形刻度應(yīng)按順時針方向安排刻度值。第三十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五數(shù)字累進(jìn)法優(yōu)可差12345510152025102030405050100150200250246810204060801002004006008001000

369124812161.252.557.515304560

一般應(yīng)采取表中“優(yōu)”的累進(jìn)法，只是在不得已的情況下才使用“可”，而絕對不能使用“差”的累進(jìn)法。人最易讀取自然增加的數(shù)字。第三十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五刻度標(biāo)值示例適宜與不適宜的刻度標(biāo)值示例a)適宜b)不適宜第三十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五刻度設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

不要以點(diǎn)代替刻度線

刻度線的基線用細(xì)實(shí)線為好如圖5-3(a)中采用的粗線不利于識讀刻度線不可很長而且排得很擠，如圖5-3(b)所示

不要設(shè)計(jì)成間距不均勻的刻度如圖5-3(c)所示。第四十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五圖6-7不合理的刻度設(shè)計(jì)(a)基線太粗；(b)刻度線太長，排列太擠；(c)刻度間距不均勻第四十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五3.數(shù)碼與字符設(shè)計(jì)

儀表刻度盤上印刻的數(shù)字、字母、漢字和一些專用的符號，統(tǒng)稱為字符。由于刻度的功能通過字符加以完備，字符的形狀、大小和立位又直接影響著識讀效率，因此字符的設(shè)計(jì)應(yīng)力求能清晰地顯示信息，給人以深刻的印象。第四十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五1）字符的形體

進(jìn)行字符形體設(shè)計(jì)時，為了使字符形體簡明醒目，必須加強(qiáng)各字符的特有筆劃，突出“形”的特征，避免字體的相似性。圖5-43與8混淆的情況第四十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五2）字符的大小

視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)中文字的合理尺寸涉及的因素很多，主要有觀看距離(視距)的遠(yuǎn)近、光照度的高低、字符的清晰度、可辨性、要求識別的速度快慢等。

字符的高度=(1／200～1／300)視距第四十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五3）標(biāo)度數(shù)字的原則

指針運(yùn)動盤面固定的儀表標(biāo)度的數(shù)字應(yīng)直排（正立位）；盤面運(yùn)動指針固定的儀表標(biāo)度的數(shù)字應(yīng)輻射定向安排；最小刻度可不標(biāo)度數(shù)字，最大刻度必須標(biāo)度數(shù)字；好不好好不好第四十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五指針在儀表面內(nèi)時，如果儀表盤面空間足夠大，則數(shù)字應(yīng)在刻度的外側(cè)，以避免被指針擋??；指針在儀表外側(cè)時，數(shù)字應(yīng)標(biāo)在刻度的內(nèi)側(cè)；開窗式儀表的窗口應(yīng)能顯示出被指出的數(shù)字及上下相鄰的兩個數(shù)字。為了不干擾對顯示信息的識讀，刻度盤上除了刻度線和必要的字符外，一般不加任何附加裝飾；一些說明儀表使用環(huán)境、精度的字符應(yīng)安排在不顯眼的地方。第四十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五4.指針設(shè)計(jì)

指針設(shè)計(jì)的人機(jī)工程學(xué)問題，主要從下列幾方面考慮：

形狀寬度顏色色彩匹配第四十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五1）指針的形狀

指針形狀要單純、明確，不應(yīng)有裝飾。針身以頭部尖、尾部平、中間等寬或狹長三角形的為好。

設(shè)計(jì)指針箭頭如下圖所示，以最右端的為最好。第四十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五圖2指針的基本形狀

第四十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五2）指針的寬度指針針尖寬度應(yīng)與最短刻度線等寬，最大不應(yīng)大于兩刻度線間的距離。3）指針的顏色指針的顏色與刻度盤的顏色應(yīng)有較鮮明的對比，但指針與刻度線的顏色和字符的顏色應(yīng)該相同。第五十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五4）色彩匹配

指針、刻度和表盤的配色關(guān)系要符合人的色覺原理，為了精確地判讀，指針、刻度線和字符的顏色與刻度盤的顏色應(yīng)有鮮明的對比，即選擇最清晰的配色，避免模糊的配色。

A·帕帕洛阿佐斯(A·Papaloizos)對儀表的顏色與誤讀率的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果如下。

第五十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五19

181717

21212225

誤讀率清晰

程度底色

被襯色

顏色與誤讀率的關(guān)系第五十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)控制器的設(shè)計(jì)

控制器是人用以將控制信息傳遞給機(jī)器，使之執(zhí)行控制功能的裝置。一、控制器的分類1.按操縱控制器所用的身體器官或行為分類:

手動控制器、腳動控制器和言語控制器在多數(shù)控制作業(yè)中都采用手動控制器，當(dāng)手處于高負(fù)荷狀態(tài)時，可考慮采用腳動控制器。第五十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五2.根據(jù)輸入信息的特點(diǎn)分類1）離散控制器：可調(diào)出有限的、確定的幾種狀態(tài)，狀態(tài)變化是躍變式的。2）連續(xù)調(diào)節(jié)控制器：可在一個連續(xù)體上調(diào)節(jié)，狀態(tài)變化是平滑、躍進(jìn)式的。第五十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五3.按控制器運(yùn)動的類別的不同1）平移式控制器：如手柄、操縱桿、鍵盤平移式控制器又可分為擺動控制器、按壓控制器、滑動控制器和牽拉控制器

2）旋轉(zhuǎn)控制器：如方向盤、旋鈕。第五十五頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五第五十六頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五第五十七頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五二、控制器的編碼一般有7種編碼方式：標(biāo)記，顏色，大小，形狀，表紋，操作，位置1.標(biāo)記編碼

在不同控制器的上方或側(cè)旁，標(biāo)注不同的文字或符號，通過這些文字或符號區(qū)分控制器，即為標(biāo)記編碼。1）采用文字：應(yīng)是簡短的，采用操作者熟悉的術(shù)語給出控制功能，如，“開”，“關(guān)”。2）采用圖形符號，應(yīng)盡可能以常規(guī)的方法，采用通用符號。但采用這種方法需要良好的照明和較大的空間，易出錯。第五十八頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五2.大小編碼大小編碼是通過控制器的尺寸大小不同來分辨控制器，因此，控制器的大小之間的尺寸等級差必須達(dá)到觸覺的識別閾限。大小編碼不如形狀編碼有效，一般不宜超過3個。第五十九頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五3.形狀和表紋編碼

形狀編碼是將不同用途的控制器設(shè)計(jì)成不同的形狀，以便使各控制器彼此之間不易混淆。人通過觸覺辨認(rèn)形狀的能力比辨認(rèn)大小的能力強(qiáng)，編碼時應(yīng)選擇與控制功能相關(guān)聯(lián)的形狀，形狀應(yīng)簡單，有助于操作者對其譯碼

。表紋編碼依賴于觸覺反饋，一般與形狀編碼同時使用。

第六十頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五4.顏色編碼將不同功能的控制器，涂以不同的顏色，以示彼此之間的區(qū)別，稱為顏色編碼。

宜安裝在照明較好，操作者實(shí)現(xiàn)可及的空間，所用顏色不宜過多，應(yīng)使用有標(biāo)準(zhǔn)意義的表示色，顏色編碼一般與其他編碼同時使用。第六十一頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五5.操作方法編碼采用操作方法編碼時，每個控制器都有自己獨(dú)特的驅(qū)動方式，如，拉，推，旋轉(zhuǎn)，滑動，按壓等。第六十二頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五6.位置編碼若有充裕的工作空間，此時控制器可按視覺位置定位。第六十三頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五三、控制器的外形結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)控制器的外形結(jié)構(gòu)和尺寸必須考慮操作者的操作方式?？刂破髯ノ詹糠值拇笮?yīng)與手的大小相兼容，形狀應(yīng)與抓握類型相兼容。手柄形狀設(shè)計(jì)與手掌生理特點(diǎn)(a)手掌生理特點(diǎn)；(b)手柄形狀第六十四頁，共七十二頁，編輯于2023年，星期五四