null第3章 人体感知与运动特征第3章 人体感知与运动特征第2章链接 第4章链接3.1 人在系统中的功能3.1 人在系统中的功能3.1.1 人是系统中的重要“环节”
把操作者作为人机系统中的一个“环节”来研究,人与外界发生联系的主要是三个子系统,即感觉系统、神经系统、运动系统,见图3-1。3.1.2 人的感知与反应机能3.1.2 人的感知与反应机能1. 反射弧
反射是神经系统调节肌体活动的一种基本形成。反射活动的全部结构组成反射弧;反射弧具有五个基本环节,即感受器 传入神经元 中间神经元 传出神经元 放应器,见图3-2(a)。 2. 信息链
人机系统的信息在人的神经系统中的循环过程形成信息链,见图3-2(b)。
3.1.3 感觉通道与信息的协调
人机系统中的最常用的感觉通道是视觉通道、听觉通道和触觉通道。其适用场合参阅
表
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3-1。3.2 视觉机能及其特征3.2 视觉机能及其特征3.2.1 视觉刺激
视觉的适宜刺激是光。人的两眼可以感受到的光波只占整个电磁光谱的一小部分,其波长为380~780nm,见图3-3。
3.2.2 视觉系统
视觉是由眼睛、视神经和视觉中枢的共同活动完成的,见图3-4 。
眼睛是视觉的感受器官,人眼是直径为21~25mm的球体,其基本构造与照相机类似,见图3-5 。
视网膜最外层细胞包括视杆细胞和视锥细胞,它们是接受信息的主要细胞。3.2.3 视觉机能3.2.3 视觉机能 1.视角与视力
视角:确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度。
α=2arctg(D/2L)
α—视角;
D—被看物体上两端点的直线距离;
L—眼睛到被看物体的距离;
视力:眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理尺度,以临界视角的倒数来表示。
视力=1/能够分辨的最小物体的视角null2. 视野与视距
视野:指人的头部和眼球固定不动的情况下,眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围,常以角度来表示。分水平视野(单视野/双视野)和垂直视野,见图3-6。
视距:指人在操作系统中正常的观察距离,几种工作视距推荐值参阅表3-2。
3. 中央视觉和周围视觉
中央视觉—视维细胞(感色能力强、能清晰分辨物体)。
周围视觉—视杆细胞(观察空间范围和正在运动的物体)。
null4. 双眼视觉和立体视觉,双眼视物时,具有分辨物体深浅、远近等相对位置的能力,形成立体视觉。
5. 色觉和色视野,见图3-7。
6. 暗适应和明适应,见图3-8。
视觉特征: 视觉特征:1.疲劳程度:水平优于垂直。
2.视线变化习惯:左—右,上—下,顺时针。
3. 准确性:水平尺寸和比例的估计更准确。
4.观察情况的优先性:左上—右上—左下—右下。视区
内的仪表布置必须考虑这一点。
5.设计依据:以双眼视野为设计依据。
6 .接受程度:直线轮廓优于曲线轮廓。
7.颜色的易辨认顺序:红、绿、黄、白;
颜色相配时的易辨认顺序:黄底黑字、黑底白字、蓝底 白字、白底黑字。
据上述特征,适用视觉的原则参阅表3-2。
3.3 听觉机能及其特征3.3 听觉机能及其特征3.3.1 听觉刺激
听觉的适宜刺激是声音,声音的声源是振动的物体,人的听感范围:20~20000HZ。
3.3.2 听觉系统
起主要作用的部位:内耳耳蜗
起辅助作用的部位:外耳、中耳、内耳的其它部分,见图3-9。
3.3.3 听觉的物理特性
1 .频率响应(感受性)
人耳能听闻的频率比为fmin/fmax=1:1000;
频率感受的上限随着年龄的增长而逐年连续下降,见图3-10;
听觉的频率响应特性对听觉传示装置的设计是很重要的。
null2. 动态范围(声音的强度)
听觉声强的动态范围=正好可忍受的声强 / 正好能听见的声强。
(1)听阈:在最佳的听闻频率范围内,一个听力正常的人刚刚能听到给定各频率的正弦式纯音的最低声强Imin。
(2)痛阈:对于感受给定各频率的正弦式纯音,开始产生疼痛感的极限声强Imax。
(1)与(2)都与频率有关系,是在某一频率下的听阈值或痛阈值。
(3)听觉范围:由听阈和痛阈两曲线所包围的听觉区,见图3-11。null3.方向敏感度(双耳效应)
(1)时差:∆t=声源到两耳的时间差。人耳可觉察到的声 信号入射的最小偏角为3°。
(2)人耳对不同频率、不同方向的声音的感受能力不同,见图3-12。由于头部的掩蔽效应,造成声音频谱的改变。
4.掩蔽效应
掩蔽:一个声音被另一个声音所掩盖的现象。
掩蔽效应:一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应。3.4 其他感觉机能及其特征3.4 其他感觉机能及其特征3.4.1 肤觉
肤觉是仅仅次于听觉的一种感觉,可感受多种外界刺激,形成多种感觉。
1. 触觉,见图3-13和图3-14。
2. 温度觉
3. 痛觉
3.4.2 本体感觉
本体感觉系统包括耳前庭系统和运动觉系统,可感受身体和四肢所在位置的信息。
3.5 神经系统机能及其特征3.5 神经系统机能及其特征3.5.1 神经系统
1. 中枢神经系统,包括脑和脊髓。
2. 周围神经系统,中枢神经以外全部神经的总称,见图3-15。
3.5.2 大脑皮质功能定位
1. 躯体感觉区,见图3-16(a)
2. 躯体运动区,见图3-16(b)
3. 其他功能区
3.6 人的信息处理系统3.6 人的信息处理系统3.6.1 人的信号处理系统模型
人在人机系统中特定操作活动中的作用,可类比为一种信息传递和处理过程,见图3-17。
感觉 信号处理 反应
输入 系统 输出
3.6.2 信息计量
信息:对数据加工后所得的结果。
信息 知识内容
信息可以严格定量,信息量用bit为基本单位。 定义H=log22n。
其中:H—信息量
n—某信号中所含的二进制码的个数
null 用概率定义,若出现“0”的概率不是1/2,而是P,出现“1”的概率是1-P,则该信息量可由下式计算:
H=-Plog2P-(1-P)log2(1-P);
注:当P=1/2时,恰好H=-log2(1/2)=log22
null 若信号源S中有n个相互独立的不同信号,某个信号j出现的概率为Pj,且Pj之和为1,j信号应出现nPj次,则所有信号的平均信息量为:
H=(-nP1log2P1-nP2log2P2-…-nPnlog2Pn)/n
=-∑Pjlog2Pj (j=1…n)
显然,当Pj=1/n时,H达到最大
Hmax=∑(1/n)*log2n=log2n
当n=2时,即与一位二进制编码表达的最大信息量一致
H=log221=log22
Hmax=log22
3.6.3感觉的信息处理3.6.3感觉的信息处理 人的反应时间与感觉刺激物的刺激量有关。
1.信息传输速度 C=H/T
其中:C—信息传输速率;
H—传输的信息量;T—传输的时间
人的感觉通道的信息传输速率见图3-18。
2.采样 采样间隔取决于刺激的频率。
若刺激的变化频率为F,则T=1/2F,由此可见,采样频率降低,则采样周期延长。
null3.编码 辨认工作—数码、字母、斜线
搜索定位—颜色、数码、形状
计数工作—数码、颜色、形状
比较或验证—各方法几乎没有区别
编码方式的优劣参阅表3-3。
3.6.4中枢信息处理3.6.4中枢信息处理 记忆是各种信息处理活动的基础,一般分为三种形式:
1. 感觉信息储存
2. 短时记忆
3. 长时记忆,记忆曲线见图3-19。3.7 运动系统的机能及其特征3.7 运动系统的机能及其特征 骨—运动的杠杆
关节—运动的枢纽
肌肉—运动的动力
3.7.1 骨的功能和骨杠杆3.7.1 骨的功能和骨杠杆 1.骨的功能
2.骨杠杆,见图3-20
根据支点,力点(动力点)、重点(阻力点)三者不同的位置分布,分为:
1)平衡杠杆
2)省力杠杆
3)速度杠杆:用力大,但运动速度快
由等功原理,得之于力则失之于速度,反之亦然。因此,最大的力量与最大的运动范围两者是相矛盾的。
3.7.2 主要关节的活动范围
3.7.2 主要关节的活动范围
关节的活动范围有一定的限度,人体处于舒适时,关节必然处在一定的舒适调节范围内,参阅表3-4。
肌体的出力范围
肌体所能发挥的力量大小取决于:
1)人体肌肉的生理特征
2)施力的姿势、部位、方式和方向,分别见图3-21,图3-22和图3-23,相应的出力数值参阅表3-5,表3-6。
3.7.4 肢体的动作速度与频率3.7.4 肢体的动作速度与频率 动作速度取决于肢体肌肉收缩的速度,而操作动作速度还取决于动作方向和动作轨迹等特征。
动作频率取决于动作部位和动作方法,参阅表3-7。3.8 人的运动输出3.8 人的运动输出3.8.1 反应时间
反应时间( RT)又称为反应潜伏期,它是指刺激和反应的时间间距。它由反应知觉时间(tz)和动作时间(td)组成。 即RT=tz+td。
影响反应时间的主要因素如下:
1.不同的感觉器官反应时间不同,以触觉与听觉最优,视觉次之,参阅表3-8。
2.反应时间与刺激信号的强度有关,参阅表3-9。
3.刺激的环境影响反应时间。信号与背景的亮度、颜色、信噪比及频率的对比程度越强越好。此外,刺激信号的数目、显示器及操纵器的设计也影响反应时间,参阅表3-10,表3-11。
4.人的主体因素也影响反应时间,如习俗、个体差异、疲劳等个人生理、心理状况。
3.8.2 运动速度(用完成动作的时间来表示)
3.8.2 运动速度(用完成动作的时间来表示)
1.动作特点
2.目标距离
3.运动方向,见图3-24,图3-25
4.动作轨迹特征
3.8.3 运动准确性
3.8.3 运动准确性
1. 运动速度与准确性:速度越慢,准确性越高,
见图3-26
2. 盲目定位的准确性:正前方盲目定位准确性最高,
见图3-27
3. 运动方向与准确性,见图3-28
4. 操作方式与准确性,见图3-29
null第 3 章 结 束
回 总 目 录
第 4 章附录附录本章所附插图图3-1图3-1返回图3-2图3-2返回图3-3图3-3返回图3-4图3-4返回图3-5图3-5返回图3-6图3-6返回图3-7图3-7返回图3-8图3-8返回图3-9图3-9返回图3-10图3-10返回图3-11图3-11返回图3-12图3-12返回图3-13图3-13返回图3-14图3-14返回图3-15图3-15返回图3-16图3-16返回图3-17图3-17返回图3-18图3-18返回图3-19图3-19返回图3-20图3-20返回图3-21图3-21返回图3-22图3-22返回图3-23图3-23返回图3-24图3-24返回图3-25图3-25返回图3-26图3-26返回图3-27图3-27返回图3-28图3-28返回图3-29图3-29返回