第3章 人體感知與運動系統(tǒng)課件

第3章人體感知與運動特征第2章鏈接

第4章鏈接第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.1人在系統(tǒng)中的功能3.1.1人是系統(tǒng)中的重要“環(huán)節(jié)”

把操作者作為人機系統(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)、運動系統(tǒng)，見圖3-1。第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.1.2人的感知與反應機能1.反射弧反射是神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)肌體活動的一種基本形成。反射活動的全部結構組成反射弧；反射弧具有五個基本環(huán)節(jié)，即感受器傳入神經(jīng)元中間神經(jīng)元傳出神經(jīng)元放應器，見圖3-2（a）。第3章人體感知與運動系統(tǒng)

2.信息鏈人機系統(tǒng)的信息在人的神經(jīng)系統(tǒng)中的循環(huán)過程形成信息鏈，見圖3-2（b）。3.1.3感覺通道與信息的協(xié)調(diào)人機系統(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。其適用場合參閱表3-1。第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.2視覺機能及其特征3.2.1視覺刺激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380~780nm，見圖3-3。3.2.2視覺系統(tǒng)視覺是由眼睛、視神經(jīng)和視覺中樞的共同活動完成的，見圖3-4

。眼睛是視覺的感受器官，人眼是直徑為21~25mm的球體，其基本構造與照相機類似，見圖3-5

。視網(wǎng)膜最外層細胞包括視桿細胞和視錐細胞，它們是接受信息的主要細胞。第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.2.3視覺機能1.視角與視力視角：確定被看物尺寸范圍的兩端點光線射入眼球的相交角度。

α=2arctg(D/2L)

α—視角；

D—被看物體上兩端點的直線距離；

L—眼睛到被看物體的距離；視力：眼睛分辨物體細微結構能力的一個生理尺度，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第3章人體感知與運動系統(tǒng)2.視野與視距

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3-6。視距：指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離，幾種工作視距推薦值參閱表3-2。3.中央視覺和周圍視覺中央視覺—視維細胞（感色能力強、能清晰分辨物體）。周圍視覺—視桿細胞（觀察空間范圍和正在運動的物體）。第3章人體感知與運動系統(tǒng)4.雙眼視覺和立體視覺，雙眼視物時，具有分辨物體深淺、遠近等相對位置的能力，形成立體視覺。5.色覺和色視野，見圖3-7。6.暗適應和明適應，見圖3-8。第3章人體感知與運動系統(tǒng)

視覺特征：1.疲勞程度：水平優(yōu)于垂直。2.視線變化習慣：左—右，上—下，順時針。3.準確性：水平尺寸和比例的估計更準確。4.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。5.設計依據(jù)：以雙眼視野為設計依據(jù)。6.接受程度：直線輪廓優(yōu)于曲線輪廓。7.顏色的易辨認順序：紅、綠、黃、白；顏色相配時的易辨認順序：黃底黑字、黑底白字、藍底白字、白底黑字。據(jù)上述特征，適用視覺的原則參閱表3-2。第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.3聽覺機能及其特征3.3.1聽覺刺激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：20~20000HZ。3.3.2聽覺系統(tǒng)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，見圖3-9。3.3.3聽覺的物理特性

1.頻率響應（感受性）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，見圖3-10；聽覺的頻率響應特性對聽覺傳示裝置的設計是很重要的。第3章人體感知與運動系統(tǒng)2.動態(tài)范圍（聲音的強度）

聽覺聲強的動態(tài)范圍=正好可忍受的聲強/正好能聽見的聲強。（1）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Imin。（2）痛閾：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Imax。（1）與（2）都與頻率有關系，是在某一頻率下的聽閾值或痛閾值。（3）聽覺范圍：由聽閾和痛閾兩曲線所包圍的聽覺區(qū),見圖3-11。第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.方向敏感度（雙耳效應）（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°。（2）人耳對不同頻率、不同方向的聲音的感受能力不同，見圖3-12。由于頭部的掩蔽效應，造成聲音頻譜的改變。4.掩蔽效應掩蔽：一個聲音被另一個聲音所掩蓋的現(xiàn)象。掩蔽效應：一個聲音的聽閾因另一個聲音的掩蔽作用而提高的效應。第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.4其他感覺機能及其特征3.4.1膚覺膚覺是僅僅次于聽覺的一種感覺，可感受多種外界刺激，形成多種感覺。

1.觸覺，見圖3-13和圖3-14。

2.溫度覺

3.痛覺3.4.2本體感覺本體感覺系統(tǒng)包括耳前庭系統(tǒng)和運動覺系統(tǒng)，可感受身體和四肢所在位置的信息。第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.5神經(jīng)系統(tǒng)機能及其特征3.5.1神經(jīng)系統(tǒng)

1.中樞神經(jīng)系統(tǒng)，包括腦和脊髓。

2.周圍神經(jīng)系統(tǒng)，中樞神經(jīng)以外全部神經(jīng)的總稱，見圖3-15。3.5.2大腦皮質(zhì)功能定位

1.軀體感覺區(qū)，見圖3-16（a）

2.軀體運動區(qū)，見圖3-16（b）

3.其他功能區(qū)第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.6人的信息處理系統(tǒng)3.6.1人的信號處理系統(tǒng)模型人在人機系統(tǒng)中特定操作活動中的作用，可類比為一種信息傳遞和處理過程，見圖3-17。感覺信號處理反應輸入系統(tǒng)輸出3.6.2信息計量信息：對數(shù)據(jù)加工后所得的結果。信息知識內(nèi)容信息可以嚴格定量，信息量用bit為基本單位。定義H=log22n。其中：H—信息量

n—某信號中所含的二進制碼的個數(shù)第3章人體感知與運動系統(tǒng)

用概率定義，若出現(xiàn)“0”的概率不是1/2，而是P，出現(xiàn)“1”的概率是1-P，則該信息量可由下式計算：

H=-Plog2P-(1-P)log2(1-P)；注：當P=1/2時，恰好H=-log2(1/2)=log22

第3章人體感知與運動系統(tǒng)

若信號源S中有n個相互獨立的不同信號，某個信號j出現(xiàn)的概率為Pj,且Pj之和為1，j信號應出現(xiàn)nPj次，則所有信號的平均信息量為：

H=（-nP1log2P1-nP2log2P2-…-nPnlog2Pn）/n=-∑Pjlog2Pj(j=1…n)

顯然，當Pj=1/n時,H達到最大Hmax=∑(1/n)*log2n=log2n

當n=2時,即與一位二進制編碼表達的最大信息量一致

H=log221=log22Hmax=log22第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.6.3感覺的信息處理

人的反應時間與感覺刺激物的刺激量有關。

1.信息傳輸速度C=H/T

其中：C—信息傳輸速率；

H—傳輸?shù)男畔⒘浚籘—傳輸?shù)臅r間人的感覺通道的信息傳輸速率見圖3-18。

2.采樣采樣間隔取決于刺激的頻率。若刺激的變化頻率為F，則T=1/2F，由此可見，采樣頻率降低，則采樣周期延長。

第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.編碼辨認工作—數(shù)碼、字母、斜線搜索定位—顏色、數(shù)碼、形狀計數(shù)工作—數(shù)碼、顏色、形狀比較或驗證—各方法幾乎沒有區(qū)別編碼方式的優(yōu)劣參閱表3-3。第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.6.4中樞信息處理

記憶是各種信息處理活動的基礎，一般分為三種形式：

1.感覺信息儲存

2.短時記憶

3.長時記憶，記憶曲線見圖3-19。第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.7運動系統(tǒng)的機能及其特征

骨—運動的杠桿關節(jié)—運動的樞紐肌肉—運動的動力第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.7.1骨的功能和骨杠桿1.骨的功能

2.骨杠桿，見圖3-20

根據(jù)支點，力點（動力點）、重點（阻力點）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動范圍兩者是相矛盾的。第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.7.2主要關節(jié)的活動范圍

關節(jié)的活動范圍有一定的限度，人體處于舒適時，關節(jié)必然處在一定的舒適調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，參閱表3-4。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3-21，圖3-22和圖3-23，相應的出力數(shù)值參閱表3-5，表3-6。第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.7.4肢體的動作速度與頻率

動作速度取決于肢體肌肉收縮的速度，而操作動作速度還取決于動作方向和動作軌跡等特征。動作頻率取決于動作部位和動作方法，參閱表3-7。第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.8人的運動輸出3.8.1反應時間反應時間（RT）又稱為反應潛伏期，它是指刺激和反應的時間間距。它由反應知覺時間（tz）和動作時間（td）組成。即RT=tz+td。影響反應時間的主要因素如下：

1.不同的感覺器官反應時間不同，以觸覺與聽覺最優(yōu)，視覺次之，參閱表3-8。

2.反應時間與刺激信號的強度有關，參閱表3-9。

3.刺激的環(huán)境影響反應時間。信號與背景的亮度、顏色、信噪比及頻率的對比程度越強越好。此外，刺激信號的數(shù)目、顯示器及操縱器的設計也影響反應時間，參閱表3-10，表3-11。

4.人的主體因素也影響反應時間，如習俗、個體差異、疲勞等個人生理、心理狀況。第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.8.2運動速度（用完成動作的時間來表示）

1.動作特點

2.目標距離

3.運動方向，見圖3-24，圖3-254.動作軌跡特征

第3章人體感知與運動系統(tǒng)3.8.3運動準確性

1.運動速度與準確性：速度越慢，準確性越高，見圖3-262.盲目定位的準確性：正前方盲目定位準確性最高，見圖3-273.運動方向與準確性，見圖3-284.操作方式與準確性，見圖3-29第3章人體感知與運動系統(tǒng)第3章結束回總目錄第4章第3章人體感知與運動系統(tǒng)附錄本章所附插圖第3章人體感知與運動系統(tǒng)圖3-1返回第3章人體感知與運動系統(tǒng)圖3-2返回第3章人體感知與運動系統(tǒng)圖3-3返回第3章人體感知與運動系統(tǒng)圖3-