人機工程學(第三版)第3章-人體感知與運動系統(tǒng)

第3章人體感知與運動特征第2章鏈接

第4章鏈接3.1人在系統(tǒng)中的功能3.1.1人是系統(tǒng)中的重要“環(huán)節(jié)”把操作者作為人機系統(tǒng)中的一個“環(huán)節(jié)”來爭論，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。3.1.2人的感知與反響機能1.反射弧反射是神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)整肌體活動的一種根本形成。反射活動的全部構(gòu)造組成反射??；反射弧具有五個根本環(huán)節(jié)，即感受器傳入神經(jīng)元中間神經(jīng)元傳出神經(jīng)元放應(yīng)器，見圖3-2〔a〕。

2.信息鏈人機系統(tǒng)的信息在人的神經(jīng)系統(tǒng)中的循環(huán)過程形成信息鏈，見圖3-2〔b〕。3.1.3感覺通道與信息的協(xié)調(diào)人機系統(tǒng)中的最常用的感覺通道是視覺通道、聽覺通道和觸覺通道。其適用場合參閱表3-1。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局部，其波長為380~780nm，見圖3-3。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3-4。眼睛是視覺的感受器官，人眼是直徑為21~25mm的球體，其根本構(gòu)造與照相機類似，見圖3-5。視網(wǎng)膜最外層細胞包括視桿細胞和視錐細胞，它們是承受信息的主要細胞。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；D—被看物體上兩端點的直線距離；L—眼睛到被看物體的距離；視力：眼睛區(qū)分物體微小構(gòu)造力量的一個生理尺度，以臨界視角的倒數(shù)來表示。視力=1/能夠區(qū)分的最小物體的視角2.視野與視距視野：指人的頭部和眼球固定不動的狀況下，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3-6。視距：指人在操作系統(tǒng)中正常的觀看距離，幾種工作視距推舉值參閱表3-2。3.中心視覺和四周視覺中心視覺—視維細胞〔感色力量強、能清晰區(qū)分物體〕。四周視覺—視桿細胞〔觀看空間范圍和正在運動的物體〕。4.雙眼視覺和立體視覺，雙眼視物時，具有區(qū)分物體深淺、遠近等相對位置的力量，形成立體視覺。5.色覺和色視野，見圖3-7。6.暗適應(yīng)和明適應(yīng)，見圖3-8。視覺特征：1.疲憊程度：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量更準確。4.觀看狀況的優(yōu)先性：左上—右上—左下—右下。視區(qū)內(nèi)的儀表布置必需考慮這一點。5.設(shè)計依據(jù)：以雙眼視野為設(shè)計依據(jù)。6.承受程度：直線輪廓優(yōu)于曲線輪廓。7.顏色的易識別挨次：紅、綠、黃、白；顏色相配時的易識別挨次：黃底黑字、黑底白字、藍底白字、白底黑字。據(jù)上述特征，適用視覺的原則參閱表3-2。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：20~20230HZ。3.3.2聽覺系統(tǒng)起主要作用的部位：內(nèi)耳耳蝸起幫助作用的部位：外耳、中耳、內(nèi)耳的其它局部，見圖3-9。3.3.3聽覺的物理特性1.頻率響應(yīng)〔感受性〕人耳能聽聞的頻率比為fmin/fmax=1：1000；頻率感受的上限隨著年齡的增長而逐年連續(xù)下降，見圖3-10；聽覺的頻率響應(yīng)特性對聽覺傳示裝置的設(shè)計是很重要的。2.動態(tài)范圍〔聲音的強度〕聽覺聲強的動態(tài)范圍=正好可忍受的聲強/正好能聽見的聲強。〔1〕聽閾：在最正確的聽聞頻率范圍內(nèi)，一個聽力正常的人剛剛能聽到給定各頻率的正弦式純音的最低聲強Imin?！?〕痛閾：對于感受給定各頻率的正弦式純音，開頭產(chǎn)生苦痛感的極限聲強Imax?！?〕與〔2〕都與頻率有關(guān)系，是在某一頻率下的聽閾值或痛閾值?！?〕聽覺范圍：由聽閾和痛閾兩曲線所包圍的聽覺區(qū),見圖3-11。3.方向敏感度〔雙耳效應(yīng)〕〔1〕時差：?t=聲源到兩耳的時間差。人耳可覺察到的聲信號入射的最小偏角為3°?！?〕人耳對不同頻率、不同方向的聲音的感受力量不同，見圖3-12。由于頭部的掩蔽效應(yīng)，造成聲音頻譜的轉(zhuǎn)變。4.掩蔽效應(yīng)掩蔽：一個聲音被另一個聲音所掩蓋的現(xiàn)象。掩蔽效應(yīng)：一個聲音的聽閾因另一個聲音的掩蔽作用而提高的效應(yīng)。3.4其他感覺機能及其特征3.4.1膚覺膚覺是僅僅次于聽覺的一種感覺，可感受多種外界刺激，形成多種感覺。1.觸覺，見圖3-13和圖3-14。2.溫度覺3.痛覺3.4.2本體感覺本體感覺系統(tǒng)包括耳前庭系統(tǒng)和運動覺系統(tǒng)，可感受身體和四肢所在位置的信息。3.5神經(jīng)系統(tǒng)機能及其特征3.5.1神經(jīng)系統(tǒng)1.中樞神經(jīng)系統(tǒng)，包括腦和脊髓。2.四周神經(jīng)系統(tǒng)，中樞神經(jīng)以外全部神經(jīng)的總稱，見圖3-15。3.5.2大腦皮質(zhì)功能定位1.軀體感覺區(qū)，見圖3-16〔a〕2.軀體運動區(qū)，見圖3-16〔b〕3.其他功能區(qū)3.6人的信息處理系統(tǒng)3.6.1人的信號處理系統(tǒng)模型人在人機系統(tǒng)中特定操作活動中的作用，可類比為一種信息傳遞和處理過程，見圖3-17。感覺信號處理反響輸入系統(tǒng)輸出3.6.2信息計量信息：對數(shù)據(jù)加工后所得的結(jié)果。信息學問內(nèi)容信息可以嚴格定量，信息量用bit為根本單位。定義H=log22n。其中：H—信息量n—某信號中所含的二進制碼的個數(shù)用概率定義，假設(shè)消失“0”的概率不是1/2，而是P，消失“1”的概率是1-P，則該信息量可由下式計算：H=-Plog2P-(1-P)log2(1-P)；注：當P=1/2時，恰好H=-log2(1/2)=log22

假設(shè)信號源S中有n個相互獨立的不同信號，某個信號j消失的概率為Pj,且Pj之和為1，j信號應(yīng)消失nPj次，則全部信號的平均信息量為：H=〔-nP1log2P1-nP2log2P2-…-nPnlog2Pn〕/n=-∑Pjlog2Pj(j=1…n)明顯，當Pj=1/n時,H到達最大Hmax=∑(1/n)*log2n=log2n當n=2時,即與一位二進制編碼表達的最大信息量全都H=log221=log22Hmax=log22感覺的信息處理人的反響時間與感覺刺激物的刺激量有關(guān)。1.信息傳輸速度C=H/T其中：C—信息傳輸速率；H—傳輸?shù)男畔⒘?；T—傳輸?shù)臅r間人的感覺通道的信息傳輸速率見圖3-18。2.采樣采樣間隔取決于刺激的頻率。假設(shè)刺激的變化頻率為F，則T=1/2F，由此可見，采樣頻率降低，則采樣周期延長。

3.編碼識別工作—數(shù)碼、字母、斜線搜尋定位—顏色、數(shù)碼、外形計數(shù)工作—數(shù)碼、顏色、外形比較或驗證—各方法幾乎沒有區(qū)分編碼方式的優(yōu)劣參閱表3-3。中樞信息處理記憶是各種信息處理活動的根底，一般分為三種形式：1.感覺信息儲存2.短時記憶3.長時記憶，記憶曲線見圖3-19。3.7運動系統(tǒng)的機能及其特征骨—運動的杠桿關(guān)節(jié)—運動的樞紐肌肉—運動的動力3.7.1骨的功能和骨杠桿1.骨的功能2.骨杠桿，見圖3-20依據(jù)支點，力點〔動力點〕、重點〔阻力點〕三者不同的位置分布，分為：1〕平衡杠桿2〕省力杠桿3〕速度杠桿：用力大，但運動速度快由等功原理，得之于力則失之于速度，反之亦然。因此，最大的力氣與最大的運動范圍兩者是相沖突的。3.7.2主要關(guān)節(jié)的活動范圍

關(guān)節(jié)的活動范圍有肯定的限度，人體處于舒適時，關(guān)節(jié)必定處在肯定的舒適調(diào)整范圍內(nèi)，參閱表3-4。肌體的出力范圍肌體所能發(fā)揮的力氣大小取決于：1〕人體肌肉的生理特征2〕施力的姿勢、部位、方式和方向，分別見圖3-21，圖3-22和圖3-23，相應(yīng)的出力數(shù)值參閱表3-5，表3-6。3.7.4肢體的動作速度與頻率

動作速度取決于肢體肌肉收縮的速度，而操作動作速度還取決于動作方向和動作軌跡等特征。動作頻率取決于動作部位和動作方法，參閱表3-7。3.8人的運動輸出3.8.1反響時間反響時間〔RT〕又稱為反響潛伏期，它是指刺激和反響的時間間距。它由反響知覺時間〔tz〕和動作時間〔td〕組成。即RT=tz+td。影響反響時間的主要因素如下：1.不同的感覺器官反響時間不同，以觸覺與聽覺最優(yōu)，視覺次之，參閱表3-8。2.反響時間與刺激信號的強度有關(guān)，參閱表3-9。3.刺激的環(huán)境影響反響時間。信號與背景的亮度、顏色、信噪比及頻率的比照程度越強越好。此外，刺激信號的數(shù)目、顯示器及操縱器的設(shè)計也影響反響時間，參閱表3-10，表3-11。4.人的主體因素也影響反響時間，如習俗、個體差異、疲憊等個人生理、心理狀況。3.8.2運動速度〔用完成動作的時間來表示〕

1.動作特點2.目標距離3.運動方向，見圖3-24，圖3-254.動作軌跡特征

3.8.3運動準確性

1.運動速度與準確性：速度越慢，準確性越高，見圖3-262.盲目定位的準確性：正前方盲目定位準確性最高，見圖3-273.運動方向與準確性，見圖3-284.操作方式與準確性，見圖3-29第3章結(jié)束回總目錄第4章附錄本章所附插圖圖3