發(fā)展中的人機工程學課件

人機工程學教師：廖敏226七月2023第十章發(fā)展中的人機工程學人機工程學發(fā)展的特點：（1）數(shù)字化人機工程、虛擬人機工程設計、信息化人機工程設計。（2）智能人機工程學。（3）宏觀人機工程。（4）從研究層面上看，從人的尺度、認知等轉向人的情感、體驗等高級心理活動的研究。（5）人機工程和設計更加注重結合。326七月2023第十四章發(fā)展中的人機工程學10.1虛擬人與虛擬設計10.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)10.3圖形用戶界面和網絡用戶界面10.4智能系統(tǒng)10.1虛擬人與虛擬設計426七月202310.1虛擬人與虛擬設計10.1.1虛擬人概述虛擬人包括醫(yī)用虛擬人和工程上的物理虛擬人。舉例：20.虛擬人技術在軍事醫(yī)學研究中的應用.pdf526七月202310.1.2虛擬人的特點（1）三維虛擬人是指其自身模型及其所在的空間均為三維的；（2）可以與周圍的環(huán)境交互作用，感知并影響周圍環(huán)境；（3）虛擬人的行為可以由計算機程序控制，也可以由真實人控制。（4）虛擬人之間或虛擬人與真實人之間可以通過自然的方式交流。626七月202310.1.3虛擬人的研究現(xiàn)狀國外：（1）蒙特利爾大學Magnenat-Thalmann和Thalmann帶領的研究團隊。主要是以研究人臉的表情動畫，人體建模及變形的研究，以及運動控制系統(tǒng)、運動捕獲等。（2）賓夕法尼亞大學Badler領導的人體建模與仿真中心。研究包括虛擬人運動的研究、人體的平衡研究，以及智能運動規(guī)劃問題的研究。726七月202310.1.3虛擬人的研究現(xiàn)狀國內：2001年11月在北京舉行了以“中國數(shù)字化虛擬人體的科技問題”為主題的會議?！疤摂M人”研究分4個發(fā)展階段：第一階段：數(shù)字可視人；第二階段：數(shù)字物理人；第三階段：數(shù)字生理人；第四階段：數(shù)字智能人。舉例：21.虛擬人體的研究現(xiàn)狀與進展.pdf26.FiniteElementMusculoskeletalModelingofMechanicalVirtualHumanofChina.pdf826七月202310.1.4虛擬人應用領域（1）產品設計在產品設計領域中，人機標準數(shù)據(jù)庫、三維人體模型及一些簡單的人機軟件系統(tǒng)，已被廣泛應用于設計過程，并作為檢驗和分析產品設計方案人機關系的工具。926七月202310.1.4虛擬人應用領域（2）汽車設計和軍事領域1026七月202310.1.4虛擬人應用領域（2）汽車設計和軍事領域1126七月202310.1.4虛擬人應用領域（3）航空航天美國國家航空航天局（NASA）和賓夕法尼亞大學計算機與信息科學系聯(lián)合開發(fā)的Jack軟件系統(tǒng)。虛擬人模擬宇航員在空間站工作1226七月202310.1.4虛擬人應用領域（4）服裝設計與展示服裝與展示設計系統(tǒng)框架圖1326七月202310.1.4虛擬人應用領域（5）舞蹈編排舞蹈編排系統(tǒng)中的虛擬人研究框架圖1426七月202310.1.4虛擬人應用領域（6）體育系統(tǒng)仿真虛擬人可以模擬運動員訓練過程，實現(xiàn)優(yōu)秀運動員特定動作合成與模擬。1526七月202310.1.4虛擬人應用領域（7）數(shù)字娛樂與傳媒虛擬人在數(shù)字娛樂與傳媒中的研究主要集中在人體建模和電腦特技制作?！蹲罱K幻想》中人物面部造型1626七月202310.1.4虛擬人應用領域（7）數(shù)字娛樂與傳媒

《英雄》中的秦軍部隊列陣1726七月202310.2

計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)10.2.1概述計算機輔助人機工程設計（Computer-AidedErgonomicsDesign，CAED）是一個多學科知識結合的領域，包括計算機科學與技術、人體工程學、生理學、運動學與動力學、工程技術等。1826七月202310.2.1概述1.優(yōu)勢：在設計前期對設計方案和設計布局進行仿真評價，減少設計返工和實物原型的制作，能夠縮短從設計到制造（design-to-build）的周期和成本；通過前期的人機工程評價，優(yōu)化設計方案和設計布局，減少工作者的身體傷害。有利于員工培訓和設備維護，降低訓練的危險性，減少培訓費。1926七月202310.2.1概述2.計算機輔助人機工程設計軟件的發(fā)展過程。2026七月202310.2.1概述3.CAED研究現(xiàn)狀（1）人機工程咨詢系統(tǒng)一種是各種人機適配咨詢，采用規(guī)則庫處理人機工程設計標準和提供解決問題的策略，為工程師提供人機工程建議；另一種是人體數(shù)據(jù)咨詢，包括各種國別、年齡、性別的人體測量學數(shù)據(jù)。2126七月202310.2.1概述3.CAED研究現(xiàn)狀（2）人機工程仿真系統(tǒng)

通過構筑虛擬環(huán)境和任務，置入虛擬人模型，進行動態(tài)的人機工程動作、任務仿真。（3）人機工程評價系統(tǒng)通過嵌入人機工程評價標準，基于運動學、生理學等模擬人的使用方式，實現(xiàn)工作任務仿真中的實時人機性能與人機適配分析。2226七月202310.2.1概述3.CAED研究現(xiàn)狀（2）人機工程仿真系統(tǒng)（3）人機工程評價系統(tǒng)舉例：29.Maverick型人工椎間盤的生物力學研究.pdf2326七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術2426七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術1.虛擬人建?！叭藱C虛擬人”模型集人體建模、人體運動、人機特性以及人機評價標準于一身，是CAED的關鍵。模型庫研究2526七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術1.虛擬人建模人體分段和全身棍棒模型2626七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術1.虛擬人建模2726七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術1.虛擬人建模2826七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術1.虛擬人建模血管灌注斷面拓撲結構2926七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術2.運動控制與仿真在虛擬工作空間中，必須對虛擬人進行調節(jié)和控制，如工作姿勢、運動，以執(zhí)行一定的任務。VOLVO模仿孕婦乘車的虛擬人實驗3026七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術2.運動控制與仿真在虛擬工作空間中，必須對虛擬人進行調節(jié)和控制，如工作姿勢、運動，以執(zhí)行一定的任務。3126七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術3.計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)評價每一個評價體系都有著自身不同的評價指標，應以“人”為中心，由人體科學、工程科學和環(huán)境科學的標準綜合而來的。駕駛員座椅設計：腰部受力分析（改進前）。3226七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術3.計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)評價例子：座椅改進前后人機評價中的駕駛員腰部受力分析。3326七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術3.計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)評價例子：中國虛擬人力與運動分析。3426七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術3.計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)評價例子：中國虛擬人力與運動分析。3526七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術3.計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)評價例子：中國虛擬人力與運動分析。3626七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術3.計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)評價例子：中國虛擬人力與運動分析。3726七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術3.計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)評價例子：中國虛擬人力與運動分析。3826七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術3.計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)評價例子：中國虛擬人力與運動分析。3926七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術3.計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)評價標準例子：中國虛擬人力與運動分析。4026七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術4.人機接口一般的人機工程軟件如SAMMIE、JACK、Delmia都具有三維CAD系統(tǒng)，可以創(chuàng)建簡單的實物模型；同時，也可以通過iges、wrl、stl等從Pro/Engineer、Unigraphics等軟件中輸入模型，有利于CAD系統(tǒng)與人機工程的緊密結合。4126七月202310.2.2計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的關鍵技術4.人機接口4226七月202310.2.3計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的局限和發(fā)展趨勢1.CAED局限性第一，剛體人體模型，在柔性產品設計中很難達到設計所需的評價效果。第二，難以支持工業(yè)設計過程，難以實時評價設計活動或概念產品。第三，目前停留在一些特殊用途，成本高，難以支持小型化產品設計。第四，在某些評價場合還需要依賴設計人員的主觀判斷，很難確保評價的準確性和正確性。第五，各個國家的人的生物力學特性不一樣，這就需要嵌入大量的人體模型、人機評價標準。4326七月202310.2.3計算機輔助人機工程設計系統(tǒng)的局限和發(fā)展趨勢2.CAED發(fā)展趨勢（1）真實感；（2）小型化；（3）智能化；（4）網絡化。4426七月202310.3

圖形用戶界面和網絡用戶界面10.3.1圖形用戶界面（GUI）

GUI的特點是桌面隱喻（DesktopMetaphor）、WIMP技術（Windows、Icons、Menus、Pointers）、直接控制（DirectManipulation）、“所見即所得”（Whatyouseeiswhatyouget，WYSIWYG）。4526七月202310.3.1圖形用戶界面（GUI）1.GUI缺陷第一，人們不僅僅滿足于通過屏幕顯示或打印輸出信息，進一步地要求取得“身臨其境”的體驗。第二，在GUI人機交互界面中，計算機與人之間是一種不平衡的人機交互。第三，以鼠標和鍵盤為代表的GUI技術制約了多通道－多媒體和虛擬現(xiàn)實的智能人機交互的發(fā)展。4626七月202310.3.1圖形用戶界面（GUI）2.GUI發(fā)展的主要特征第一，以WIMP（窗口、圖符、菜單、鼠標）為代表的圖形用戶界面還將繼續(xù)使用，尤其是在辦公室中廣泛應用。第二，以因特網為中心的多種多樣的人機界面逐步普及。第三，多通道、多媒體的自然、高效、智能化用戶界面將快速發(fā)展和應用。4726七月202310.3.2網絡用戶界面（NUI）4826七月202310.3.3圖形用戶界面和網絡用戶界面技術分析1.虛擬展示設計常見的有VRML技術：Avatar，Viewpoint，Cult3D，Panorama等。Avatar（VRML技術）4926七月202310.3.3圖形用戶界面和網絡用戶界面技術分析1.虛擬展示設計常見的有VRML技術：Avatar，Viewpoint，Cult3D，Panorama等。Viewpoint技術5026七月202310.3.3圖形用戶界面和網絡用戶界面技術分析1.虛擬展示設計常見的有VRML技術：Avatar，Viewpoint，Cult3D，Panorama等。Panorama技術5126七月202310.3.3圖形用戶界面和網絡用戶界面技術分析1.虛擬展示設計常見的有VRML技術：Avatar，Viewpoint，Cult3D，Panorama等。Cult3D技術5226七月202310.3.3圖形用戶界面和網絡用戶界面技術分析2.Web中的語音交互技術VoiceXML是由IBM、Lucent、Motorola、AT&T四家國際巨型公司于2000年提出的一種應用于語音瀏覽的標記語言。5326七月202310.3.3圖形用戶界面和網絡用戶界面技術分析3.電子商務