人體感知與信息處理及輸出系統(tǒng)

第三章導學

學習內(nèi)容與目標：了解人與外界發(fā)生聯(lián)系的三個子系統(tǒng)；了解人體的主要感覺通道及其適用場合。人在系統(tǒng)中的功能1人體的主要感覺通道與適用信息人的感知響應過程現(xiàn)在是1頁\一共有58頁\編輯于星期四第三章導學

掌握人眼可以感受到的光波的波長范圍，視桿細胞和視錐細胞的主要性質(zhì)，視角、視力、臨界視角的概念及計算公式；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，理解暗適應和明適應的概念和過程；掌握人的視覺特征。視覺機能及其特征2視覺刺激視覺機能視覺系統(tǒng)視覺特征視錯覺現(xiàn)在是2頁\一共有58頁\編輯于星期四第三章導學掌握人的聽感范圍，聲壓級的定義和計算方法，聽閾和痛閾的概念；了解雙耳效應產(chǎn)生的原因，理解聽覺的方向敏感性與頻率的關(guān)系；掌握掩蔽、掩蔽效應和聽覺殘留的概念。3聽覺機能及其特征聽覺刺激聽覺系統(tǒng)聽覺特性現(xiàn)在是3頁\一共有58頁\編輯于星期四第三章導學4人的信息處理系統(tǒng)了解人機之間的信息傳遞和處理過程。

掌握反應時間的概念、組成及分類；了解人體動作軌跡特征；理解運動速度與準確性的關(guān)系。5人的信息輸出系統(tǒng)反應時間運動速度運動準確性現(xiàn)在是4頁\一共有58頁\編輯于星期四第三章導學重點：難點：1.視角、視力、臨界視角的概念及計算公式；2.聲壓級的定義和計算方法，雙耳效應產(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，視桿細胞和視錐細胞的主要性質(zhì)，視角、視力、臨界視角的概念及計算公式，人的視覺特征；2.人的聽感范圍，聲壓級的定義和計算方法，聽閾和痛閾的概念，掩蔽、掩蔽效應和聽覺殘留的概念；3.反應時間的概念、組成及分類。現(xiàn)在是5頁\一共有58頁\編輯于星期四3.1人在系統(tǒng)中的功能人是系統(tǒng)中的重要“環(huán)節(jié)”，人與外界發(fā)生聯(lián)系的主要是三個子系統(tǒng)，即感覺系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、運動系統(tǒng)，見圖3-1。1.人的感知響應過程人接受到外界信息（刺激）而作出一定反應，這一過程稱為感知響應過程。2.人體的主要感覺通道及其適用場合，見表3-1。現(xiàn)在是6頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2視覺機能及其特征3.2.1視覺刺激

視覺的適宜刺激是光。人的兩眼可以感受到的光波只占整個電磁光譜的一小部分，其波長為380~780nm，見圖3-2?，F(xiàn)在是7頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.2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完成的，見圖3-3。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)造與照相機類似，見圖3-4。視網(wǎng)膜最外層細胞包括視桿細胞和視錐細胞，它們是接受信息的主要細胞，其主要性質(zhì)見表3-2?，F(xiàn)在是8頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.3視覺機能1.視角與視力視角：確定被看物尺寸范圍的兩端點光線射入眼球的相交角度。

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

現(xiàn)在是9頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.3視覺機能

視力：眼睛分辨物體細微結(jié)構(gòu)能力的一個生理尺度，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：′）

按標準規(guī)定，人站在離視力檢查表5m遠處觀看表中第十行“E”字，若能分辨清楚，視力為1.0即視力正常，此時的臨界視角=1′?，F(xiàn)在是10頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.3視覺機能2.視野與視距

視野：指人的頭部和眼球固定不動的情況下，眼睛觀看正前方物體時所能看得見的空間范圍，常以角度來表示。分水平視野（單視野/雙視野）和垂直視野，見圖3-5，3-6。

視距：指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離，幾種工作視距推薦值參閱表3-3。一般應根據(jù)觀察目標的大小和形狀以及工作要求確定視距，普通操作的視距范圍在38～76cm之間，在56cm處最為適宜?，F(xiàn)在是11頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.3視覺機能3.中央視覺和周圍視覺中央視覺—視錐細胞（感色能力強、能清晰分辨物體）。周圍視覺—視桿細胞（觀察空間范圍和正在運動的物體）。如果周圍視覺的視野范圍縮小到10°以內(nèi)稱為工業(yè)盲?，F(xiàn)在是12頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.3視覺機能4.雙眼視覺和立體視覺

雙眼視物時，具有分辨物體深淺、遠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3-7。6.暗適應和明適應當人從亮處進入暗處時，需要經(jīng)過一段適應的時間才能看清物體，這種適應過程稱為暗適應，反之為明適應。見圖3-8?，F(xiàn)在是13頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.4視覺特征1.眼睛運動速度及疲勞程度：水平優(yōu)于垂直。2.視線變化習慣：左—右，上—下，順時針。3.準確性：水平尺寸和比例的估計更準確。4.觀察優(yōu)先性：左上—右上—左下—右下（圖3-9）。視區(qū)內(nèi)的儀表布置必須考慮這一點。5.設(shè)計依據(jù)：應以雙眼視野為設(shè)計依據(jù)。6.接受程度：直線輪廓優(yōu)于曲線輪廓。7.顏色的易辨認順序：紅、綠、黃、白；

顏色相配時的易辨認順序：黃底黑字、黑底白字、藍底白字、白底黑字。（圖3-10：交通標志）

現(xiàn)在是14頁\一共有58頁\編輯于星期四3.3聽覺機能及其特征3.3.1聽覺刺激

聽覺的適宜刺激是聲音，聲音的聲源是振動的物體，人的聽感范圍：20~20000Hz。3.3.2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3-11）現(xiàn)在是15頁\一共有58頁\編輯于星期四3.3.3聽覺特性1.人耳的聽覺范圍（1）聲音的物理學計量計量聲波強度的物理量有：聲功率、聲強和聲壓。另外定義的三個相應的量為：聲功率級、聲強級和聲壓級。這三個量值的名稱為分貝（dB）?，F(xiàn)在是16頁\一共有58頁\編輯于星期四3.3.3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3-5?，F(xiàn)在是17頁\一共有58頁\編輯于星期四3.3.3聽覺特性（3）聽覺區(qū)域與聽力損失

聽閾和痛閾之間就是人的聽覺可以正常感受的范圍，見圖3-12。人能感受的頻率范圍：20~20000Hz人最敏感的頻率范圍：1000~3000Hz隨著年齡增大，人對高頻聲波的感受能力逐漸減弱，但對1000Hz以下低頻聲波的感受能力變化不大。見圖3-13?，F(xiàn)在是18頁\一共有58頁\編輯于星期四3.3.3聽覺特性2.方向敏感度（雙耳效應）

雙耳效應產(chǎn)生的原因：聲音到達兩耳的微小時間差、強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3-14?，F(xiàn)在是19頁\一共有58頁\編輯于星期四3.3.3聽覺特性3.掩蔽效應掩蔽：一個聲音（主體聲）被另一個聲音（掩蔽聲）所掩蓋的現(xiàn)象。

掩蔽效應：主體聲的聽閾因掩蔽聲的掩蔽作用而提高的效應。

聽覺殘留：掩蔽聲去掉后，掩蔽效應并不立即消除的現(xiàn)象。現(xiàn)在是20頁\一共有58頁\編輯于星期四3.4人的信息處理系統(tǒng)

在人和機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?，F(xiàn)在是21頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5人的信息輸出系統(tǒng)

人機系統(tǒng)中，操作者接受系統(tǒng)信息并經(jīng)中樞加工后，對系統(tǒng)作出反應，這一環(huán)節(jié)稱為操作者的信息輸出。人的信息輸出有語言輸出、運動輸出等多種形式。運動輸出的質(zhì)量指標是反應時間、運動速度和準確性。

現(xiàn)在是22頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5.1反應時間

反應時間（RT）又稱為反應潛伏期，它是指刺激和反應的時間間距。

RT——反應時間tz

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

——動作時間（執(zhí)行操縱的延續(xù)時間）RT=tz+td現(xiàn)在是23頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5.1反應時間反應時間呈現(xiàn)的刺激只有一個，要求人做出的反應也是一個。呈現(xiàn)的刺激多于一個，要求人對不同刺激作出一一對應的不同反應。呈現(xiàn)的刺激多于一個，要求人只對其中某種刺激作出預定反應，而對其余刺激不作反應。簡單反應時析?。ū鎰e）反應時選擇反應時現(xiàn)在是24頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5.1反應時間三種反應時間中，簡單反應時間最短，辨別反應時間次之，選擇反應時間最長。辨別反應時間和選擇反應時間隨著刺激數(shù)目增多而延長。下表是刺激數(shù)目對辨別反應時間影響的一項測試結(jié)果。

現(xiàn)在是25頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5.2運動速度

①水平運動快于垂直運動，前后運動快于左右運動，從上往下的運動快于從下往上，順時針運動快于逆時針運動；②手向著身體的運動比離開身體的運動靈活；③圓形軌跡的動作比直線軌跡動作靈活；④連續(xù)改變方向的曲線運動快于突然改變方向的折線運動；⑤運動方向?qū)Χㄎ贿\動速度的影響，見圖3-15，⑥運動方向和距離對重復運動速度的影響，見圖3-16。⑦單手可在此手一側(cè)60?范圍內(nèi)自如運動；雙手只在左右各30?范圍內(nèi)自如運動；正中方向及附近，單、雙手運動最自如（見圖3-17）。現(xiàn)在是26頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5.3運動準確性準確性是運動輸出質(zhì)量的重要指標。運動準確性包括：?運動方向的準確性；?運動量（操縱量）的準確性；?運動速度的準確性；?操縱力的準確性?，F(xiàn)在是27頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5.3運動準確性1.運動速度與準確性運動速度與準確性二者間存在互相補償?shù)年P(guān)系，描述其關(guān)系的曲線稱為速度-準確性特性曲線，見圖3-18。2.盲目定位運動的準確性

手的盲目定位運動準確性，見圖3-19。3.運動方向與準確性

手臂運動方向?qū)蚀_性的影響，見圖3-20。4.操作方式與準確性不同控制操作方式對準確性的影響，見圖3-21?，F(xiàn)在是28頁\一共有58頁\編輯于星期四本章思考題1、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？2、分述在光線很弱（強）的條件下起感覺作用的是視網(wǎng)膜內(nèi)壁上的什么視覺細胞？各有何性質(zhì)？3、人最敏銳的視力是在什么范圍內(nèi)？4、觀看展示物的最佳視區(qū)在什么范圍內(nèi)？5、簡述簡單反應時、析取反應時和選擇反應時的特點?，F(xiàn)在是29頁\一共有58頁\編輯于星期四本章結(jié)束現(xiàn)在是30頁\一共有58頁\編輯于星期四本章所附插圖現(xiàn)在是31頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-1人與外界的協(xié)調(diào)模式返回現(xiàn)在是32頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-2全部電磁光譜中的可見光譜返回現(xiàn)在是33頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-3人的視覺系統(tǒng)返回現(xiàn)在是34頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-4眼睛結(jié)構(gòu)示意圖返回現(xiàn)在是35頁\一共有58頁\編輯于星期四在水平面內(nèi)，雙眼視區(qū)大約在左右62°以內(nèi)區(qū)域，在標準視線左右各10°～20°視野內(nèi)可以辨別字；在標準視線左右各5°～30°視野內(nèi)可以辨別字母；在標準視線左右30°～60°范圍可以辨別顏色。人最敏銳的視力是在標準視線兩側(cè)各1°的范圍內(nèi)。圖3-5人的水平視野現(xiàn)在是36頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-6人的垂直視野在垂直面內(nèi)，標準視線為水平視線，最大視區(qū)為視平線以上50°到視平線以下70°。站立時的自然視線低于水平線10°，坐著時自然視線低于水平視線15°；人在很松馳的狀態(tài)下，站著和坐著時的自然視線偏離標準視線分別是30°和38°。觀看展示物的最佳視區(qū)在低于標準視線30°的區(qū)域里。返回現(xiàn)在是37頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-7人的色視野返回現(xiàn)在是38頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-8暗適應與明適應返回現(xiàn)在是39頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-9觀察情況的優(yōu)先性右上限左上限左下限右下限返回現(xiàn)在是40頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-10交通標志禁止駛車禁止超車解除禁止超車注意行人注意危險注意兒童返回現(xiàn)在是41頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-11人耳的構(gòu)造

（a）人耳的基本結(jié)構(gòu)（b）耳蝸返回現(xiàn)在是42頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-12聽閾、痛閾與聽覺區(qū)域返回現(xiàn)在是43頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-13聽力損失曲線返回現(xiàn)在是44頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-14右耳的方向敏感性與聲音頻率的關(guān)系返回現(xiàn)在是45頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-15手向各方向運動的時間差異返回現(xiàn)在是46頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-16不同區(qū)域內(nèi)手指敲擊運動速度差異返回現(xiàn)在是47頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-17單手