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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第4章 人体感知与运动特征,4.1 人在系统中的功能,4.1.1 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4-1,。,4.1.2 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4,-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4-2（b）,。,4.1.3 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。,4.2 视觉机能及其特征,4.2.1 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380780nm，,见图4-3,。,4.2.2 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4-4,。,眼睛是视觉的感受器官，人眼是直径为2125mm的球体，其基本构造与照相机类似，见,图4-5,。,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。,4.2.3 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。,=2arctg(D/2L),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,2. 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4-6,。,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3-4。,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）。,4. 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4-7,。,6. 暗适应和明适应，见,图4-8,。,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有关资料。,4.3 听觉机能及其特征,4.3.1 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：2020000HZ。,4.3.2 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4-9,。,4.3.3 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4-10,；,听觉的频率响应特性对听觉传示装置的设计是很重要的。,2. 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I,min,。,（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I,max,。,（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4-11,。,3.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4-12,。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。,4.4 其他感觉机能及其特征,4.4.1 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4-13,和,图4-14,。,2. 温度觉,3. 痛觉,4.4.2 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。,4.5 神经系统机能及其特征,4.5.1 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4-15,。,4.5.2 大脑皮质功能定位,1. 躯体感觉区，见,图4-16（a）,2. 躯体运动区，见,图4-16（b）,3. 其他功能区,4.6 人的信息处理系统,4.6.1 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4-17,。,感觉 信号处理 反应,输入 系统 输出,4.6.2 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=log,2,2,n,。,其中：H信息量,n某信号中所含的二进制码的个数,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=-Plog,2,P-(1-P)log,2,(1-P)；,注：当P=1/2时，恰好H=-log,2,(1/2)=log,2,2,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=（-nP,1,log,2,P,1,-nP,2,log,2,P,2,-nP,n,log,2,P,n,）/n,=-P,j,log,2,P,j,(j=1n),显然，当Pj=1/n时,H达到最大,H,max,=(1/n)*log,2,n=log,2,n,当n=2时,即与一位二进制编码表达的最大信息量一致,H=log,2,2,1,=log,2,2,H,max,=log,2,2,4.6.3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4-18,。,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。,3.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,4.6.4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4-19,。,4.7 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,4.7.1 骨的功能和骨杠杆,1.骨的功能,2.骨杠杆，见,图4-20,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。,4.7.2 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。,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4-21,，,图4-22,和,图4-23,。,4.7.4 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。,4.8 人的运动输出,4.8.1 反应时间,反应时间（ R,T,）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（t,z,）和动作时间（t,d,）组成。 即R,T,=t,z,+t,d。,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。,2.反应时间与刺激信号的强度有关。,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。,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。,4.8.2 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4-24,，,图4-25,4.动作轨迹特征,4.8.3 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4-26,2. 盲目定位的准确性：正前方盲目定位准确性最高，,见,图4-27,3. 运动方向与准确性，见,图4-28,4. 操作方式与准确性，见,图4-29,附录,本章所附插图,图4-1,返回,图4-2,返回,图4-3,返回,图4-4,返回,图4-5,返回,图4-6,返回,图4-7,返回,图4-8,返回,图4-9,返回,图4-10,返回,图4-11,返回,图4-12,返回,图4-13,返回,图4-14,返回,图4-15,返回,图4-16,返回,图4-17,返回,图4-18,返回,图4-19,返回,图4-20,返回,图4-21,返回,图4-22,返回,图4-23,返回,图4-24,返回,图4-25,返回,图4-26,返回,图4-27,返回,图4-28,返回,图4-29,返回,
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