顯示器控制器設(shè)計(jì).ppt

1、第六章 顯示器和控制器設(shè)計(jì),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),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(gè)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(gè)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。,二、人機(jī)界面的三要素基本模型,司機(jī)-汽車(chē)三要素基本模型,第二節(jié) 顯示器的設(shè)計(jì),按人接受信息的感覺(jué)通道的不同顯示器可分為： 視覺(jué)顯示器 聽(tīng)覺(jué)顯示器 觸覺(jué)顯示器 視覺(jué)顯示器指在信息交往過(guò)程中利用人的視覺(jué)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。,一、 視覺(jué)顯示器的分

2、類(lèi),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,數(shù)字式顯示儀表,是直接用數(shù)碼來(lái)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(jiǎn)單、準(zhǔn)確、便于認(rèn)讀、不易產(chǎn)生視覺(jué)疲勞,刻度指針式儀表（模擬式）,用標(biāo)定在刻度盤(pán)上的指針來(lái)顯示信息的，如最 常見(jiàn)的手表、電流表、電壓表等。 特點(diǎn)：顯示信息直觀、形象，使人對(duì)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(dòng)，刻度盤(pán)不動(dòng)； (b) 刻度盤(pán)可動(dòng)，指針不動(dòng),讀數(shù)用儀表,檢查用儀表,用

3、以顯示系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)偏離正常值的情況，一般無(wú)需讀出其確切數(shù)值。這類(lèi)儀表宜采用指針運(yùn)動(dòng)刻度盤(pán)不動(dòng)的顯示器為好。,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)。,追蹤用儀表。 追蹤操縱是動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)中最常見(jiàn)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(dòng)態(tài)過(guò)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(dòng)態(tài)過(guò)程。,二、視覺(jué)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?jiǎng)討B(tài)顯示；采用何種信息編碼形式；作用空間

4、對(duì)視覺(jué)顯示器有何限制；周?chē)彰饔泻翁攸c(diǎn)？ 2.同時(shí)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。,三、視覺(jué)顯示器的設(shè)計(jì)原則,1. 基本原則 能見(jiàn)性，清晰性，可識(shí)性 2. 視覺(jué)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(jué)刺激維度作為傳遞信息的代碼，并將視覺(jué)代碼的數(shù)目限制在人的絕對(duì)辨別能力允許的范內(nèi)。,2）使顯示器精度與人的視覺(jué)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(shí)特點(diǎn)相匹配的現(xiàn)實(shí)格式。 4）對(duì)同時(shí)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(duì)比關(guān)系，包括亮度對(duì)

5、比，顏色對(duì)比，形狀對(duì)比等。,6）具有良好的環(huán)境照明條件，以保證對(duì)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(jué)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(dòng)關(guān)系上相兼容。,四、視覺(jué)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(cè)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。,2）視覺(jué)作業(yè),人眼對(duì)視野不同區(qū)域察覺(jué)和辨別能力有所不同，對(duì)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(jué)作業(yè)和最大視覺(jué)作業(yè)區(qū)域。,2. 視覺(jué)顯示器的空間排列特性,1.重要性原則：按照每個(gè)控制器的重要程度決定其

6、位置，安排優(yōu)先權(quán)。 2.使用頻率原則：按照每個(gè)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(duì)使用順序固定的控制器，按他的使用順序安排位置。,三、模擬式視覺(jué)顯示器的設(shè)計(jì),1. 刻度盤(pán)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(pán)面設(shè)計(jì) 5. 儀表的色彩匹配,1.刻度盤(pán)的設(shè)計(jì),刻度盤(pán)的形狀,實(shí)驗(yàn)研究表明，不同形式刻度盤(pán)的誤讀率亦不同,36% 28% 17% 11% 0.5%,誤讀率比較:,開(kāi)窗型：由于指針不動(dòng)，刻度數(shù)字動(dòng)，窗中的數(shù) 字易讀，其誤讀率最小。

7、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(shí)間內(nèi)比開(kāi)窗型的誤 讀率高。 水平型和豎直：尋找指針位置最費(fèi)時(shí)間，在提 示時(shí)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(dòng) 快的緣故。,刻度盤(pán)的大小,刻度盤(pán)的大小取決于盤(pán)上標(biāo)記的數(shù)量和觀察距離。 以圓形刻度為例，當(dāng)盤(pán)上標(biāo)記數(shù)量多時(shí)，為了提高清晰度，須相應(yīng)增大刻度盤(pán)。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(pán)又會(huì)使標(biāo)記密集不清晰。,刻度盤(pán)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2.55。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(pán)

8、的最佳直徑。,懷特（WJWhite）等人對(duì)圓形刻度盤(pán)最優(yōu)直徑作過(guò)實(shí)驗(yàn)，將儀表安裝在儀表盤(pán)上，然后測(cè)試反應(yīng)速度和誤讀率。 結(jié)果表明，圓形刻度盤(pán)的最優(yōu)直徑是44mm。關(guān)于圓形刻度盤(pán)的直徑、觀察距離和標(biāo)記數(shù)量的推薦值請(qǐng)參見(jiàn)下表。,認(rèn)讀速度和準(zhǔn)確度與直徑大小的關(guān)系（視距750mm）,觀察距離和標(biāo)記數(shù)量與刻度盤(pán)直徑的關(guān)系,2.刻度與刻度線的設(shè)計(jì),識(shí)讀速度、識(shí)讀準(zhǔn)確性還與刻度的大小、刻度線的類(lèi)型、刻度線的寬度和刻度線的長(zhǎng)短有關(guān)。 刻度的大小 刻度盤(pán)上兩個(gè)最小刻度標(biāo)記(如刻度線)之間的距離稱(chēng)為刻度間距，簡(jiǎn)稱(chēng)刻度。 刻度太小，視覺(jué)分辨困難； 刻度過(guò)大，也使認(rèn)讀效率下降。,刻度的大小可根據(jù)人眼的最小分辨能力 和

9、刻度盤(pán)的材料性質(zhì)及視距而確定。 人眼直接讀識(shí)刻度時(shí)，刻度的最小尺寸 不應(yīng)小于0.61mm。當(dāng)刻度小于1mm時(shí)，誤 讀率急劇增加。因此，刻度的最小尺寸一 般在12.5Omm之間選取,必要時(shí)也可采用 48mm。 采用放大鏡讀數(shù)時(shí)，刻度的大小一般取 1X mm（X為放大鏡放大倍數(shù)）。,刻度線的類(lèi)型,常見(jiàn)的刻度線類(lèi)型有單刻度線、雙刻度 線和遞增式刻度線。,刻度線的寬度,刻度線一般分短、中、長(zhǎng)三級(jí)?？潭染€的 寬度一般可在刻度間距的l318的范 圍內(nèi)選取。 若刻度線的寬度能按短線、中線、長(zhǎng)線順 序逐級(jí)加粗一些，將有利于快速地正確認(rèn) 讀。,刻度線的長(zhǎng)度,刻度線長(zhǎng)度選擇合適與否，對(duì)識(shí)讀準(zhǔn)確性影響很大?？潭染€長(zhǎng)

10、度受照明條件和視距的限制。當(dāng)視距為L(zhǎng)時(shí)，刻度線最小長(zhǎng)度為：,長(zhǎng)刻度線長(zhǎng)度L90 中刻度線長(zhǎng)度L125 短刻度線長(zhǎng)度L200 刻度線間距L600,三級(jí)刻度線寬度長(zhǎng)度示例,刻度方向,刻度盤(pán)上刻度值的遞增順序稱(chēng)為刻度方 向。 刻度方向必須遵循視覺(jué)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(shí)針?lè)较虬才趴潭戎怠?數(shù)字累進(jìn)法,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(duì)不能使用“差”的累進(jìn)法。人最易讀取自然增加的數(shù)字。,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,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

11、-3(a)中采用的粗線不利于識(shí)讀 刻度線不可很長(zhǎng)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。,圖6 - 7 不合理的刻度設(shè)計(jì) (a) 基線太粗； (b) 刻度線太長(zhǎng)， 排列太擠； (c) 刻度間距不均勻,3. 數(shù)碼與字符設(shè)計(jì),儀表刻度盤(pán)上印刻的數(shù)字、字母、漢字 和一些專(zhuān)用的符號(hào)，統(tǒng)稱(chēng)為字符。由于刻 度的功能通過(guò)字符加以完備，字符的形狀、 大小和立位又直接影響著識(shí)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。,1）字符的形體,進(jìn)行字符形體設(shè)計(jì)時(shí)，為了使字符形體簡(jiǎn)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

12、性。,圖5-4 3與8混淆的情況,2）字符的大小,視覺(jué)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(shí)別的速度快慢等。 字符的高度=(12001300)視距,3）標(biāo)度數(shù)字的原則,指針運(yùn)動(dòng)盤(pán)面固定的儀表標(biāo)度的數(shù)字應(yīng)直排（正立位）；盤(pán)面運(yùn)動(dòng)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,指針在儀表面內(nèi)時(shí)，如果儀表盤(pán)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?。恢羔樤趦x表外側(cè)時(shí)，數(shù)字應(yīng)標(biāo)在刻度的內(nèi)側(cè)； 開(kāi)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(gè)數(shù)字。為了不干

13、擾對(duì)顯示信息的識(shí)讀，刻度盤(pán)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(shuō)明儀表使用環(huán)境、精度的字符應(yīng)安排在不顯眼的地方。,4.指針設(shè)計(jì) 指針設(shè)計(jì)的人機(jī)工程學(xué)問(wèn)題，主要從下列幾方面考慮：,形狀 寬度 顏色 色彩匹配,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(zhǎng)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。,圖2 指針的基本形狀,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(pán)的顏色應(yīng)有較鮮 明的對(duì)比，但指針與刻度線的顏色和字符 的顏色應(yīng)該相同。,4）色彩匹配,指針

14、、刻度和表盤(pán)的配色關(guān)系要符合人的色覺(jué)原理，為了精確地判讀，指針、刻度線和字符的顏色與刻度盤(pán)的顏色應(yīng)有鮮明的對(duì)比，即選擇最清晰的配色，避免模糊的配色。 A帕帕洛阿佐斯(APapaloizos)對(duì)儀表的顏色與誤讀率的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果如下。,顏色與誤讀率的關(guān)系,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(lèi) 1.按操縱控制器所用的身體器官或行為分類(lèi): 手動(dòng)控制器、腳動(dòng)控制器和言語(yǔ)控制器 在多數(shù)控制作業(yè)中都采用手動(dòng)控制器，當(dāng)手處于高負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，可考慮采用腳動(dòng)控制器。,2. 根據(jù)輸入信息的特點(diǎn)分類(lèi),1）離散控制器：可調(diào)出有限的、確定的幾種狀態(tài)，狀

15、態(tài)變化是躍變式的。 2）連續(xù)調(diào)節(jié)控制器：可在一個(gè)連續(xù)體上調(diào)節(jié)，狀態(tài)變化是平滑、躍進(jìn)式的。,3. 按控制器運(yùn)動(dòng)的類(lèi)別的不同,1）平移式控制器：如手柄、操縱桿、鍵盤(pán) 平移式控制器又可分為擺動(dòng)控制器、按壓控制器、滑動(dòng)控制器和牽拉控制器 2）旋轉(zhuǎn)控制器：如方向盤(pán)、旋鈕。,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(hào)，通過(guò)這些文字或符號(hào)區(qū)分控制器，即為標(biāo)記編碼。 1）采用文字：應(yīng)是簡(jiǎn)短的，采用操作者熟悉的術(shù)語(yǔ)給出控制功能，如，“開(kāi)”，“關(guān)” 。 2）采用圖形符號(hào)，應(yīng)盡可能以常規(guī)的方法，采用通用符號(hào)。 但采用

16、這種方法需要良好的照明和較大的空間，易出錯(cuò)。,2. 大小編碼,大小編碼是通過(guò)控制器的尺寸大小不同來(lái)分辨控制器，因此，控制器的大小之間的尺寸等級(jí)差必須達(dá)到觸覺(jué)的識(shí)別閾限。,大小編碼不如形狀編碼有效，一般不宜超過(guò)3個(gè)。,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(guò)觸覺(jué)辨認(rèn)形狀的能力比辨認(rèn)大小的能力強(qiáng)，編碼時(shí)應(yīng)選擇與控制功能相關(guān)聯(lián)的形狀，形狀應(yīng)簡(jiǎn)單，有助于操作者對(duì)其譯碼 。表紋編碼依賴(lài)于觸覺(jué)反饋，一般與形狀編碼同時(shí)使用。,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(chēng)為顏色編碼。 宜安裝在照明較好，操作者實(shí)現(xiàn)

17、可及的空間，所用顏色不宜過(guò)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(shí)使用。,5. 操作方法編碼,采用操作方法編碼時(shí)，每個(gè)控制器都有自己獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)方式，如，拉，推，旋轉(zhuǎn)，滑動(dòng)，按壓等。,6. 位置編碼,若有充裕的工作空間，此時(shí)控制器可按視覺(jué)位置定位。,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。控制器抓握部分的大小應(yīng)與手的大小相兼容，形狀應(yīng)與抓握類(lèi)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,四、控制器的排列,1主要控制器；2緊急控制和精確調(diào)節(jié)的次要控制器； 3其他次要控制器的可取限度；4次要控制器的最大布置區(qū),五、控制器的間距,在控制器的設(shè)計(jì)中，各控制器之間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)拈g距，以免在操作某個(gè)控制器時(shí)會(huì)碰觸到與他相鄰的控制器，但間距不宜過(guò)大，否則會(huì)增加操作者四肢不必要的運(yùn)動(dòng)量。 控制器不同，間距也不相同。,六、控制器的布置原則,1.重要性原則：按照每個(gè)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(gè)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(duì)使用順序固定的控制器，按他的使用順序安排位置。