車輛人機(jī)工程學(xué)理論課件（第3章）

1、第第3 3章章 人的感知響應(yīng)特性人的感知響應(yīng)特性人的視覺特性人的皮膚感覺特性人的感知響應(yīng)過程3人的聽覺特性3神經(jīng)系統(tǒng)人體運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)特性人體的本體感覺特性3人的信息傳遞理論31 12 23 34 45 56 67 78 8返回總目錄返回總目錄第第 3 章目錄章目錄回到本章目錄 回到本章目錄3.1 人的感知響應(yīng)過程人的感知響應(yīng)過程感覺和知覺感覺的基本特性知覺的基本特性3.1.1 3.1.1 感覺和知覺感覺和知覺回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄3.1.2 3.1.2 感覺的基本特征感覺的基本特征回到本節(jié)目錄感覺感覺類型類型感覺感覺器官器官適宜適宜刺激刺激刺激刺激來源來源識(shí)識(shí) 別別 外外 界界的的 特特

2、征征視覺視覺眼眼光光外外 部部形狀形狀、大小大小、位置位置、遠(yuǎn)近遠(yuǎn)近、色彩色彩、明暗明暗、運(yùn)動(dòng)方向等運(yùn)動(dòng)方向等聽覺聽覺耳耳聲聲外外 部部聲音的強(qiáng)弱和高低聲音的強(qiáng)弱和高低、聲源的聲源的方向和遠(yuǎn)近等方向和遠(yuǎn)近等嗅覺嗅覺鼻鼻揮發(fā)的和飛散的揮發(fā)的和飛散的物質(zhì)物質(zhì)外外 部部辣氣辣氣、香氣香氣、臭氣等臭氣等味覺味覺舌舌被唾液溶解的物被唾液溶解的物質(zhì)質(zhì)接觸表面接觸表面甜甜、咸咸、酸酸、辣辣、苦等苦等皮膚皮膚感覺感覺皮膚及皮皮膚及皮下組織下組織物理和化學(xué)物質(zhì)物理和化學(xué)物質(zhì)對(duì)皮膚的作用對(duì)皮膚的作用直接或間直接或間接接觸接接觸觸壓覺觸壓覺、溫度覺溫度覺、痛覺等痛覺等深部深部感覺感覺肌體神經(jīng)肌體神經(jīng)和關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)物質(zhì)

3、對(duì)肌體的作物質(zhì)對(duì)肌體的作用用外部和內(nèi)外部和內(nèi)部部撞擊撞擊、重力重力、姿勢(shì)等姿勢(shì)等平衡平衡感覺感覺半規(guī)管半規(guī)管運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)和位置的變化位置的變化內(nèi)部和內(nèi)部和外部外部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)擺動(dòng)等等感覺類型感覺類型感感 覺覺 閾閾 值值 最最 低低 限限感感 覺覺 閾閾 值值 最最 高高 限限視視 覺覺(2.2 5.7)10-17 J (2.2 5.7)10-8 J聽聽 覺覺110-12 J/m21102 J/m2觸壓覺觸壓覺2.610-9 J振動(dòng)覺振動(dòng)覺振幅振幅 2.510-4 mm嗅嗅 覺覺210-7 kg/m3溫度覺溫度覺6.2810-9 g J/(m2 s)9.1310-6

4、g J/(m2 s)味味 覺覺410-7( (硫酸試劑摩爾濃度硫酸試劑摩爾濃度) )角加速度角加速度2.110-3 rad/s2直線加速直線加速度度減速時(shí)減速時(shí) 0.78 m/s2加速時(shí)加速時(shí) (49 78) m/s2減速時(shí)減速時(shí) (29 44) m/s2人體主要感覺的感覺閾值人體主要感覺的感覺閾值回到本節(jié)目錄3.1.3 3.1.3 知覺的基本特征知覺的基本特征回到本節(jié)目錄2.2.選擇性選擇性 知覺時(shí)，把某些對(duì)象從某背景中優(yōu)先地區(qū)知覺時(shí)，把某些對(duì)象從某背景中優(yōu)先地區(qū)分出來，并予以清晰反映的特性，稱為知覺的分出來，并予以清晰反映的特性，稱為知覺的選擇性。選擇性。 從知覺背景中區(qū)分出對(duì)象，一般取決

5、于下從知覺背景中區(qū)分出對(duì)象，一般取決于下列條件列條件: : (1) (1) 對(duì)象和背景的差別對(duì)象和背景的差別 (2) (2) 對(duì)象的運(yùn)動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng) (3) (3) 主觀因素主觀因素回到本節(jié)目錄 回到本章目錄3.2 人的視覺特性人的視覺特性視覺器官的功能和基本結(jié)構(gòu)視覺特性色 彩3.2.1 3.2.1 視覺器官的功能和基本結(jié)構(gòu)視覺器官的功能和基本結(jié)構(gòu)回到本節(jié)目錄1. 1. 光覺光覺m( )( )KVK 5. 5. 視覺的全過程視覺的全過程回到本節(jié)目錄 物體發(fā)出的物體發(fā)出的光射入眼睛光射入眼睛后，由于眼的折光作用而后，由于眼的折光作用而在在視網(wǎng)膜上形成物像視網(wǎng)膜上形成物像, , 在物像所及的部位，由

6、感受細(xì)在物像所及的部位，由感受細(xì)胞吸收光能而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使胞吸收光能而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使感受細(xì)胞產(chǎn)生一系列感受細(xì)胞產(chǎn)生一系列的電脈沖信息的電脈沖信息；這些信息經(jīng)視神經(jīng)纖維傳送到大腦的；這些信息經(jīng)視神經(jīng)纖維傳送到大腦的視覺域進(jìn)行綜合處理后視覺域進(jìn)行綜合處理后, , 形成視覺映象形成視覺映象。 這種視覺映象的一部分儲(chǔ)存在腦細(xì)胞中，另一部這種視覺映象的一部分儲(chǔ)存在腦細(xì)胞中，另一部分消失或刺激其他腦細(xì)胞，引起某種行為。分消失或刺激其他腦細(xì)胞，引起某種行為。3.2.2 3.2.2 視覺特性視覺特性 回到本節(jié)目錄5.5.雙眼視覺與立體視覺雙眼視覺與立體視覺 人的兩眼視野有很大部分重疊，這樣，不但補(bǔ)償人的兩

7、眼視野有很大部分重疊，這樣，不但補(bǔ)償了單眼視覺的部分盲區(qū)，擴(kuò)大了平面視野，而且增加了單眼視覺的部分盲區(qū)，擴(kuò)大了平面視野，而且增加了深度感，產(chǎn)生了立體視覺。了深度感，產(chǎn)生了立體視覺。 兩眼觀察同一物體時(shí)，兩側(cè)視網(wǎng)膜各形成一個(gè)完兩眼觀察同一物體時(shí)，兩側(cè)視網(wǎng)膜各形成一個(gè)完整的物像，它們按各自的視神經(jīng)視路傳向神經(jīng)中樞，整的物像，它們按各自的視神經(jīng)視路傳向神經(jīng)中樞，再經(jīng)大腦中樞綜合處理后，形成一個(gè)物像的感覺。再經(jīng)大腦中樞綜合處理后，形成一個(gè)物像的感覺。 兩眼視物產(chǎn)生一個(gè)視覺形象的條件是兩眼視物產(chǎn)生一個(gè)視覺形象的條件是: : 由物體同由物體同一部分來的光線，成像在兩側(cè)視網(wǎng)膜的相稱點(diǎn)上。一部分來的光線，成像

8、在兩側(cè)視網(wǎng)膜的相稱點(diǎn)上。顏色顏色 標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)nm波長(zhǎng)范圍波長(zhǎng)范圍 nm顏顏色色標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)nm波長(zhǎng)范圍波長(zhǎng)范圍nm紫紫420420380380 450450黃黃580580575575 595595藍(lán)藍(lán)470470450450 480 480 橙橙610610595595 620620綠綠510510480480 575575紅紅700700620620 760760(1) (1) 視覺損傷視覺損傷 在生產(chǎn)過程中，除切屑顆粒、火花、飛沫、熱氣在生產(chǎn)過程中，除切屑顆粒、火花、飛沫、熱氣流、煙霧、化學(xué)物質(zhì)等有形物質(zhì)會(huì)造成對(duì)眼的傷害之流、煙霧、化學(xué)物質(zhì)等有形物質(zhì)會(huì)造成對(duì)眼的傷害之外外, ,

9、 強(qiáng)光或有害光也會(huì)造成對(duì)眼的傷害。強(qiáng)光或有害光也會(huì)造成對(duì)眼的傷害。 眼睛能承受可見光的眼睛能承受可見光的最大亮度值最大亮度值約為約為 106106cd/m2, , 300nm 300nm 以下的短波紫外線會(huì)引起紫外線性眼炎，常受以下的短波紫外線會(huì)引起紫外線性眼炎，常受紅外線照射會(huì)引起白內(nèi)障，直視高亮度光源會(huì)引起黃紅外線照射會(huì)引起白內(nèi)障，直視高亮度光源會(huì)引起黃斑燒傷，低照度或低質(zhì)量的光環(huán)境會(huì)引起眼的折光缺斑燒傷，低照度或低質(zhì)量的光環(huán)境會(huì)引起眼的折光缺陷或提早形成老花，眩光或照度劇烈而頻繁變化的光陷或提早形成老花，眩光或照度劇烈而頻繁變化的光會(huì)引起視覺機(jī)能的降低。會(huì)引起視覺機(jī)能的降低?；氐奖竟?jié)目錄

10、3.2.3 3.2.3 色彩色彩回到本節(jié)目錄色色 彩彩色色 光光顏色顏色( (或顏料或顏料) )無彩色無彩色彩色彩色2.色視原理 3.色彩表示(2). (2). 顏色方程式顏色方程式: :(C) r(R)+g(G)+b(B(C) r(R)+g(G)+b(B) )(3). (3). 色度圖色度圖: :CIE 1931 CIE 1931 色度圖色度圖回到本節(jié)目錄3.3 人的聽覺特性人的聽覺特性聽覺器官的功能與人耳的基本結(jié)構(gòu)人的聽覺特性回到本章目錄圖圖 3-21 聽覺器官聽覺器官的功能是分辨的功能是分辨聲音的強(qiáng)弱和聲音的強(qiáng)弱和高低，以及環(huán)高低，以及環(huán)境中聲源的方境中聲源的方向和遠(yuǎn)近。向和遠(yuǎn)近?；氐奖?/p>

11、節(jié)目錄3.3.1 3.3.1 聽覺器官的功能與人耳的基本結(jié)構(gòu)聽覺器官的功能與人耳的基本結(jié)構(gòu)(1)(1)聽覺的頻率響應(yīng)特性聽覺的頻率響應(yīng)特性 3.3.2 3.3.2 人的聽覺特性人的聽覺特性回到本節(jié)目錄(2)(2)對(duì)聲音高低強(qiáng)弱的辨別能力對(duì)聲音高低強(qiáng)弱的辨別能力(3)(3)對(duì)聲源方向和距離的辨別能力對(duì)聲源方向和距離的辨別能力(3)(3)聽覺的掩蔽效應(yīng)聽覺的掩蔽效應(yīng) 回到本節(jié)目錄3.4 人的皮膚感覺特性人的皮膚感覺特性觸 覺溫度覺痛 覺回到本章目錄3.4 3.4 人的皮膚感覺特性人的皮膚感覺特性回到本節(jié)目錄觸覺容易辨認(rèn)的手柄形狀回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄3.5 人的本體感覺特性人的本體感

12、覺特性平 衡 覺運(yùn) 動(dòng) 覺回到本章目錄回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄3.6 神神 經(jīng)經(jīng) 系系 統(tǒng)統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 腦的機(jī)能 反射活動(dòng)的規(guī)律 神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)軀體運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié) 中樞對(duì)感覺傳入沖動(dòng)的反饋控制回到本章目錄3.6.1 3.6.1 神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄3.7 人的信息傳遞理論人的信息傳遞理論信息與信息量 信息輸入的途徑信息輸入顯示器 影響信息傳遞的主要因素信息流模型人的反應(yīng)時(shí)間 回到本章目錄回到本節(jié)目錄(2)(2)信息量的計(jì)算信息量的計(jì)算: :信息量以計(jì)算機(jī)的信息量以計(jì)算機(jī)的

13、“位位”（“bit”bit”）為基本單位，稱為）為基本單位，稱為 “ “比特比特”。其定義其定義: :式中: H 信息量；n 某信號(hào)中所包含的二進(jìn)制碼的個(gè)數(shù)。有人估計(jì)，人的大腦的信息儲(chǔ)存總量約為10101515 bit 。n nH H2log2回到本節(jié)目錄3.7.2 信息輸入的途徑 回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄回到本節(jié)目錄3. 3. 分時(shí)輸入與處理分時(shí)輸入與處理(1) (1) 盡可能使?jié)撛诘男畔⒃磾?shù)目減至最少。盡可能使?jié)撛诘男畔⒃磾?shù)目減至最少。(2) (2) 設(shè)法使傳感器具有某種設(shè)法使傳感器具有某種 “ “優(yōu)先選擇優(yōu)先選擇” ” 的功能。的功能。(3) (3) 盡可能把利用

14、短暫記憶或涉及低概率事件的需求降盡可能把利用短暫記憶或涉及低概率事件的需求降到最少限度。到最少限度。(4) (4) 盡可能將要求個(gè)別響應(yīng)的刺激暫時(shí)分開，并使其刺盡可能將要求個(gè)別響應(yīng)的刺激暫時(shí)分開，并使其刺激速率適合于個(gè)別響應(yīng)。激速率適合于個(gè)別響應(yīng)。 (5) (5) 聽覺通道的抗干擾能力和耐久性一般要比其它感覺聽覺通道的抗干擾能力和耐久性一般要比其它感覺通道更強(qiáng)。通道更強(qiáng)。(6) (6) 采取一定的辦法引導(dǎo)人的注意力。采取一定的辦法引導(dǎo)人的注意力。(7) (7) 將有用的刺激信號(hào)加以恰當(dāng)安排。將有用的刺激信號(hào)加以恰當(dāng)安排。(8) (8) 訓(xùn)練操作人員對(duì)某項(xiàng)手工操作的熟練程度。訓(xùn)練操作人員對(duì)某項(xiàng)手

15、工操作的熟練程度。 5. 5. 刺激與響應(yīng)之間的協(xié)調(diào)性刺激與響應(yīng)之間的協(xié)調(diào)性 刺激與響應(yīng)之間在空間、運(yùn)動(dòng)和概念上相互關(guān)系刺激與響應(yīng)之間在空間、運(yùn)動(dòng)和概念上相互關(guān)系的協(xié)調(diào)程度，稱為協(xié)調(diào)性。的協(xié)調(diào)程度，稱為協(xié)調(diào)性。 空間協(xié)調(diào)性空間協(xié)調(diào)性指的是物理特征或空間布置上的協(xié)調(diào)指的是物理特征或空間布置上的協(xié)調(diào)關(guān)系，特別是顯示器與操縱器之間的空間協(xié)調(diào)關(guān)系。關(guān)系，特別是顯示器與操縱器之間的空間協(xié)調(diào)關(guān)系。 運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性主要指的是顯示器、操縱器及系統(tǒng)響主要指的是顯示器、操縱器及系統(tǒng)響應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方向之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方向之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。 概念協(xié)調(diào)性概念協(xié)調(diào)性主要指的是人們對(duì)于具體刺激與響應(yīng)主要指的是人們對(duì)

16、于具體刺激與響應(yīng)之間早已形成的固有概念或習(xí)慣定型。之間早已形成的固有概念或習(xí)慣定型?；氐奖竟?jié)目錄回到本節(jié)目錄 據(jù)試驗(yàn)，人對(duì)光、聲和皮膚刺激的簡(jiǎn)單反應(yīng)據(jù)試驗(yàn)，人對(duì)光、聲和皮膚刺激的簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間較短時(shí)間較短, , 而對(duì)氣體、溫度等刺激的簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)而對(duì)氣體、溫度等刺激的簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。間較長(zhǎng)。 對(duì)各種刺激性質(zhì)或不同感覺通道的刺激的簡(jiǎn)對(duì)各種刺激性質(zhì)或不同感覺通道的刺激的簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間如下表所示。單反應(yīng)時(shí)間如下表所示。刺激性質(zhì)刺激性質(zhì)簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間/ /s刺激性質(zhì)刺激性質(zhì) 簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)間/ /s 光光0.180 冷冷、熱、熱 0.300 1.600 聲聲0.140 旋旋 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)0.40

17、0 觸觸0.140 咸咸 味味0.308 嗅嗅0.300 甜甜 味味0.446 壓壓 痛痛0.268 酸酸 味味0.536 刺刺 痛痛0.888 苦苦 味味1.082 同一性質(zhì)的刺激，其刺激強(qiáng)度越大，則刺激給予同一性質(zhì)的刺激，其刺激強(qiáng)度越大，則刺激給予神經(jīng)系統(tǒng)的能量越大，因而反應(yīng)時(shí)問越短。神經(jīng)系統(tǒng)的能量越大，因而反應(yīng)時(shí)問越短。 同時(shí)輸入的刺激越多，選擇反應(yīng)的時(shí)間越長(zhǎng)。因同時(shí)輸入的刺激越多，選擇反應(yīng)的時(shí)間越長(zhǎng)。因此，應(yīng)當(dāng)盡可能去除無用的刺激。此，應(yīng)當(dāng)盡可能去除無用的刺激。 刺激與背景的對(duì)比強(qiáng)，則反應(yīng)時(shí)間短；對(duì)比弱，刺激與背景的對(duì)比強(qiáng)，則反應(yīng)時(shí)間短；對(duì)比弱，則反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。當(dāng)然，對(duì)比過強(qiáng)也無必要。則

18、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。當(dāng)然，對(duì)比過強(qiáng)也無必要。 因此，因此，刺激信號(hào)的強(qiáng)弱，應(yīng)根據(jù)背景情況合理設(shè)刺激信號(hào)的強(qiáng)弱，應(yīng)根據(jù)背景情況合理設(shè)計(jì)和調(diào)整。計(jì)和調(diào)整。 對(duì)同樣的刺激對(duì)同樣的刺激, , 手與腳的反應(yīng)時(shí)間不同，通常手比手與腳的反應(yīng)時(shí)間不同，通常手比腳反應(yīng)快；一般人右手比左手、右腳比左腳反應(yīng)快。腳反應(yīng)快；一般人右手比左手、右腳比左腳反應(yīng)快。 一般成年人，反應(yīng)時(shí)間隨著年齡的增長(zhǎng)而延長(zhǎng)。一般成年人，反應(yīng)時(shí)間隨著年齡的增長(zhǎng)而延長(zhǎng)。 例如：以紅色信號(hào)刺激汽車駕駛員例如：以紅色信號(hào)刺激汽車駕駛員, ,不同年齡段的不同年齡段的駕駛員的反應(yīng)時(shí)間為駕駛員的反應(yīng)時(shí)間為: 18: 1822 22 歲歲,0.48,0.480.56 0.56 s； 22224545歲歲,0.58,0.580.75 0.75 s；454560 60 歲歲,0.78,0.780.80 0.80 s。同年齡的成年同年齡的成年男子的反應(yīng)時(shí)間一般要比女子短男子的反應(yīng)時(shí)間一般要比女子短。人對(duì)刺激有心理準(zhǔn)備時(shí)，反應(yīng)