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文檔簡介

第五章人的系統(tǒng)功能特征第五章導(dǎo)學(xué)

學(xué)習(xí)內(nèi)容與目標(biāo):

了解人的系統(tǒng)功能特征的概念;了解人與外界發(fā)生聯(lián)系的三個(gè)子系統(tǒng);了解人體的主要感覺器官與感覺類型及相應(yīng)的刺激類型和感覺的信息。人與系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)1人體的主要感覺器官與感覺類型

人的感知響應(yīng)過程第五章導(dǎo)學(xué)

掌握人眼可以感受到的光波的波長范圍,視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞的主要性質(zhì),視角、視力、臨界視角的概念及計(jì)算公式;了解視野與視距、中央視覺和周圍視覺、雙眼視覺和立體視覺、色覺和色視野,理解暗適應(yīng)和明適應(yīng)的概念和過程;掌握人的視覺特征。視覺信息接受系統(tǒng)2視覺刺激視覺系統(tǒng)視覺機(jī)能視覺特征視錯(cuò)覺第五章導(dǎo)學(xué)4人的信息處理系統(tǒng)了解人機(jī)之間的信息傳遞和處理過程。

掌握反應(yīng)時(shí)間的概念、組成及分類;了解人體動(dòng)作軌跡特征;理解運(yùn)動(dòng)速度與準(zhǔn)確性的關(guān)系。5人的信息輸出系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間的影響因素運(yùn)動(dòng)速度肢體的出力范圍運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性第五章導(dǎo)學(xué)重點(diǎn):難點(diǎn):1.視角、視力、臨界視角的概念及計(jì)算公式;2.聲壓級的定義和計(jì)算方法,雙耳效應(yīng)產(chǎn)生的原因,聽覺的方向敏感性與頻率的關(guān)系,掩蔽、掩蔽效應(yīng)和聽覺殘留的概念。1.人眼可以感受到的光波的波長范圍,視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞的主要性質(zhì),視角、視力、臨界視角的概念及計(jì)算公式,人的視覺特征;2.人的聽感范圍,聲壓級的定義和計(jì)算方法,聽閾和痛閾的概念,掩蔽、掩蔽效應(yīng)和聽覺殘留的概念;3.反應(yīng)時(shí)間的概念、組成及分類。5.1人與系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)人的系統(tǒng)功能特征:人機(jī)系統(tǒng)中,人對信息的接受、分析處理和輸出的能力。人是系統(tǒng)中的重要“環(huán)節(jié)”,人與外界發(fā)生聯(lián)系的主要是三個(gè)子系統(tǒng),即感覺系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),見圖5-1。1.人的感知響應(yīng)過程人接受到外界信息(刺激)而作出一定反應(yīng),這一過程稱為感知響應(yīng)過程。2.人體的主要感覺器官與感覺類型,見表5-1。5.2.2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(dòng)完成的,見圖5-3。眼睛是視覺的感受器官,人眼是直徑為21~25mm的球體,質(zhì)量約為7g。其基本構(gòu)造與照相機(jī)類似,見圖5-4。視網(wǎng)膜最外層細(xì)胞包括視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞,它們是接受信息的主要細(xì)胞,其主要性質(zhì)見表5-2。5.2.3視覺機(jī)能1.視角與視力視角:確定被看物尺寸范圍的兩端點(diǎn)光線射入眼球的相交角度。

α=2arctg(D/2L)α—視角(單位:′);D—被視對象上兩端點(diǎn)的直線距離;L—眼睛到被視對象的距離,稱為視距。

5.2.3視覺機(jī)能

視力:眼睛分辨物體細(xì)微結(jié)構(gòu)能力的一個(gè)生理尺度,以臨界視角的倒數(shù)來表示。

視力=1/臨界視角

臨界視角:能夠分辨的最小物體的視角(單位:′)

在規(guī)定條件下,人站在離視力檢查表5m遠(yuǎn)處觀看表中第十行“E”字,若能分辨清楚,視力為1.0即視力正常,此時(shí)的臨界視角=1′。5.2.3視覺機(jī)能3.中央視覺和周圍視覺中央視覺—視錐細(xì)胞(感色能力強(qiáng)、能清晰分辨物體)。周圍視覺—視桿細(xì)胞(觀察空間范圍和正在運(yùn)動(dòng)的物體)。如果周圍視覺的視野范圍縮小到10°以內(nèi)稱為工業(yè)盲。5.2.3視覺機(jī)能4.雙眼視覺和立體視覺

雙眼視物時(shí),具有分辨物體深淺、遠(yuǎn)近等相對位置的能力,形成立體視覺。5.色覺和色視野色視野是指顏色對眼的刺激能引起感覺的范圍,見圖5-7。6.暗適應(yīng)和明適應(yīng)當(dāng)人從亮處進(jìn)入暗處時(shí),需要經(jīng)過一段適應(yīng)的時(shí)間才能看清物體,這種適應(yīng)過程稱為暗適應(yīng),反之為明適應(yīng)。見圖5-8。5.2.4視覺特征1.眼睛運(yùn)動(dòng)速度及疲勞程度:水平優(yōu)于垂直。2.視線變化習(xí)慣:左—右,上—下,順時(shí)針。3.準(zhǔn)確性:水平尺寸和比例的估計(jì)更準(zhǔn)確。4.觀察優(yōu)先性:左上—右上—左下—右下(圖5-9)。視區(qū)內(nèi)的儀表布置必須考慮這一點(diǎn)。5.設(shè)計(jì)依據(jù):應(yīng)以雙眼視野為設(shè)計(jì)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(rèn)順序:紅、綠、黃、白;

顏色相配時(shí)的易辨認(rèn)順序:黃底黑字、黑底白字、藍(lán)底白字、白底黑字。(圖5-10:交通標(biāo)志)

5.3聽覺信息接受系統(tǒng)5.3.1聽覺刺激

聽覺的適宜刺激是聲音,聲音的聲源是振動(dòng)的物體,人的聽感范圍:20~20000Hz。5.3.2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5-15)5.3.3聽覺特性1.人耳的聽覺范圍(1)聲音的物理學(xué)計(jì)量計(jì)量聲波強(qiáng)度的物理量有:聲功率、聲強(qiáng)和聲壓。另外定義的三個(gè)相應(yīng)的量為:聲功率級、聲強(qiáng)級和聲壓級。這三個(gè)量值的名稱為分貝(dB)。5.3.3聽覺特性(2)聲壓級與分貝人耳所能聽到的聲音,其聲壓范圍很寬。聽閾:剛剛能聽見的有效聲壓,約為。痛閾:剛剛能刺痛耳朵的有效聲壓,約為20Pa。聲壓級的定義:聲壓p與基準(zhǔn)聲壓p0比值的對數(shù)的20倍,稱為該聲壓的聲壓級,即聲壓級與人耳感受,見表5-5。5.3.3聽覺特性2.方向敏感度(雙耳效應(yīng))

雙耳效應(yīng)產(chǎn)生的原因:聲音到達(dá)兩耳的微小時(shí)間差、強(qiáng)度差和由于頭部對聲音阻擋而使聲音頻譜發(fā)生改變。聲音的頻率越高,辨別聲音方向越容易,即:聽覺的方向敏感性隨頻率增大而增大。右耳的方向敏感性與聲音頻率的關(guān)系見圖5-18。5.3.3聽覺特性3.掩蔽效應(yīng)掩蔽:一個(gè)聲音(主體聲)被另一個(gè)聲音(掩蔽聲)所掩蓋的現(xiàn)象。

掩蔽效應(yīng):主體聲的聽閾因掩蔽聲的掩蔽作用而提高的效應(yīng)。

聽覺殘留:掩蔽聲去掉后,掩蔽效應(yīng)并不立即消除的現(xiàn)象。5.4人的信息處理系統(tǒng)

在人和機(jī)器相互作用的過程中,最本質(zhì)的聯(lián)系是信息交換,可以類比為一種信息傳遞和處理過程。5.5.1反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間(RT)又稱為反應(yīng)潛伏期,它是指刺激和反應(yīng)的時(shí)間間距。

RT——反應(yīng)時(shí)間tz

——反應(yīng)知覺時(shí)間(自出現(xiàn)刺激到開始執(zhí)行操縱的時(shí)間)td

——?jiǎng)幼鲿r(shí)間(執(zhí)行操縱的延續(xù)時(shí)間)RT=tz+td5.5.1反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間呈現(xiàn)的刺激只有一個(gè),要求人做出的反應(yīng)也是一個(gè)。呈現(xiàn)的刺激多于一個(gè),要求人對不同刺激作出一一對應(yīng)的不同反應(yīng)。呈現(xiàn)的刺激多于一個(gè),要求人只對其中某種刺激作出預(yù)定反應(yīng),而對其余刺激不作反應(yīng)。簡單反應(yīng)時(shí)析?。ū鎰e)反應(yīng)時(shí)選擇反應(yīng)時(shí)5.5.2反應(yīng)時(shí)間的影響因素3.刺激的清晰度和可辨性影響反應(yīng)時(shí)間

信號與背景的亮度、顏色、信噪比及頻率的對比程度越強(qiáng)越好。顏色對比對反應(yīng)時(shí)間的影響見下表:

此外,刺激信號的持續(xù)時(shí)間、數(shù)目,顯示器及操縱器的設(shè)計(jì)也影響反應(yīng)時(shí)間,見表5-8,表5-9。4.人的主體因素影響反應(yīng)時(shí)間由先天性的個(gè)體差異、當(dāng)時(shí)狀況和培訓(xùn)造成的差異。5.5.3運(yùn)動(dòng)速度

1.動(dòng)作特點(diǎn)

人體各部位動(dòng)作一次的最少平均時(shí)間,見表5-10。

2.肢體的動(dòng)作速度與頻率

人體各部位的最高運(yùn)動(dòng)頻率,見表5-11。

3.運(yùn)動(dòng)方向

運(yùn)動(dòng)方向?qū)Χㄎ贿\(yùn)動(dòng)速度的影響,見圖5-19,運(yùn)動(dòng)方向和距離對重復(fù)運(yùn)動(dòng)速度的影響,見圖5-20。5.5.3運(yùn)動(dòng)速度4.動(dòng)作軌跡特征

①水平運(yùn)動(dòng)快于垂直運(yùn)動(dòng),前后運(yùn)動(dòng)快于左右運(yùn)動(dòng),從上往下的運(yùn)動(dòng)快于從下往上,順時(shí)針運(yùn)動(dòng)快于逆時(shí)針運(yùn)動(dòng);②手向著身體的運(yùn)動(dòng)比離開身體的運(yùn)動(dòng)靈活;③圓形軌跡的動(dòng)作比直線軌跡動(dòng)作靈活;④連續(xù)改變方向的曲線運(yùn)動(dòng)快于突然改變方向的折線運(yùn)動(dòng);⑤單手可在此手一側(cè)60?范圍內(nèi)自如運(yùn)動(dòng);雙手只在左右各30?范圍內(nèi)自如運(yùn)動(dòng);正中方向及附近,單、雙手運(yùn)動(dòng)最自如(見圖5-21)。5.5.4肢體的出力范圍肢體所能發(fā)揮的力量大小取決于:

(1)人體肌肉的生理特征肢體的力量來自肌肉收縮,肌肉收縮時(shí)所產(chǎn)生的力稱為肌力。一般女性的肌力比男性低20%~30%。右利者右手肌力比左手高約10%;左利者左手肌力比右手高約6%~7%。

5.5.4肢體的出力范圍(2)施力的姿勢、部位、方式和方向立姿的手臂操縱力,見圖5-22,圖5-23,圖5-24。坐姿的手臂操縱力,見圖5-25,相應(yīng)的出力數(shù)值見教材表5.13。坐姿的腳蹬力,見圖5-26。(3)持續(xù)時(shí)間隨著施力持續(xù)時(shí)間加長,力量會很快減少。

5.5.5運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性是運(yùn)動(dòng)輸出質(zhì)量的重要指標(biāo)。運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性包括:?運(yùn)動(dòng)方向的準(zhǔn)確性;?運(yùn)動(dòng)量(操縱量)的準(zhǔn)確性;?運(yùn)動(dòng)速度的準(zhǔn)確性;?操縱力的準(zhǔn)確性。5.5.5運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性1.運(yùn)動(dòng)速度與準(zhǔn)確性運(yùn)動(dòng)速度與準(zhǔn)確性二者間存在互相補(bǔ)償?shù)年P(guān)系,描述其關(guān)系的曲線稱為速度-準(zhǔn)確性特性曲線,見圖5-27。2.盲目定位運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性

手的盲目定位運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性,見圖5-28。3.運(yùn)動(dòng)方向與準(zhǔn)確性

手臂運(yùn)動(dòng)方向?qū)?zhǔn)確性的影響,見圖5-29。4.操作方式與準(zhǔn)確性不同控制操作方式對準(zhǔn)確性的影響,見圖5-30。本章思考題1、人的系統(tǒng)功能特征指什么?2、人體的旋轉(zhuǎn)、直線加速度是由何種感覺器官感知?屬于何種感覺類型?3、分述在光線很弱(強(qiáng))的條件下起感覺作用的是視網(wǎng)膜內(nèi)壁上的什么視覺細(xì)胞?各有何性質(zhì)?4、人最敏銳的視力是在什么范圍內(nèi)?5、觀看展示物的最佳視區(qū)在什么范圍內(nèi)?6、簡述簡單反應(yīng)時(shí)、析取反應(yīng)時(shí)和選擇反應(yīng)時(shí)的特點(diǎn)。本章結(jié)束本章所附插圖圖5-1人與外界的協(xié)調(diào)模式返回圖5-2全部電磁光譜中的可見光譜返回圖5-3人的視覺系統(tǒng)返回圖5-4眼睛結(jié)構(gòu)示意圖返回在水平面內(nèi),雙眼視區(qū)大約在左右62°以內(nèi)區(qū)域,在標(biāo)準(zhǔn)視線左右各10°~20°視野內(nèi)可以辨別字;在標(biāo)準(zhǔn)視線左右各5°~30°視野內(nèi)可以辨別字母;在標(biāo)準(zhǔn)視線左右30°~60°范圍可以辨別顏色。人最敏銳的視力是在標(biāo)準(zhǔn)視線兩側(cè)各1°的范圍內(nèi)。圖5-5人的水平視野圖5-6人的垂直視野在垂直面內(nèi),標(biāo)準(zhǔn)視線為水平視線,最大視區(qū)為視平線以上50°到視平線以下70°。站立時(shí)的自然視線低于水平線10°,坐著時(shí)自然視線低于水平視線15°;人在很松馳的狀態(tài)下,站著和坐著時(shí)的自然視線偏離標(biāo)準(zhǔn)視線分別是30°和38°。觀看展示物的最佳視區(qū)在低于標(biāo)準(zhǔn)視線30°的區(qū)域里。返回圖5-7人的色視野返回圖5-8暗適應(yīng)與明適應(yīng)返回圖5-9觀察情況的優(yōu)先性右上限左上限左下限右下限返回圖5-10交通標(biāo)志禁止駛車禁止超車解除禁止超車注意行人注意危險(xiǎn)注意兒童返回

圖5-11視錯(cuò)覺——形狀錯(cuò)覺(a)

(b)

(c)

(d)

(e)返回圖5-12視錯(cuò)覺——色彩錯(cuò)覺返回圖5-12視錯(cuò)覺——色彩錯(cuò)覺返回圖5-13視錯(cuò)覺——物體運(yùn)動(dòng)錯(cuò)覺(a)(b)(c)返回返回圖5-14視錯(cuò)覺在設(shè)計(jì)中應(yīng)用的例子圖5-15人耳的構(gòu)造

(a)人耳的基本結(jié)構(gòu)(b)耳蝸返回圖5-16聽閾、痛閾與聽覺區(qū)域返回圖5-17聽力損失曲線返回圖5-18右耳的方向敏感性與聲音頻率的關(guān)系返回圖5-19手向各方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)間差異返回圖5-20不同區(qū)域內(nèi)手指敲擊運(yùn)動(dòng)速度差異

返回圖5-21單手與雙手能較快自如運(yùn)動(dòng)的區(qū)域返回圖5-22立姿屈臂操縱力的分布圖5-22立姿屈臂操縱力的分布圖5-23立姿直臂時(shí)的拉力與推力分布

(a)拉力分布(b)推力分布圖5-24立姿、前臂在水平面兩方向上的推拉力返回圖5-25坐姿手臂操縱力返回圖5-26坐姿下不同體位的蹬力返回圖5-2

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