第3章 人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)課件

第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)特征第2章鏈接

第4章鏈接第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)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(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)“環(huán)節(jié)”來(lái)研究，人與外界發(fā)生聯(lián)系的主要是三個(gè)子系統(tǒng)，即感覺(jué)系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，見(jiàn)圖3-1。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.1.2人的感知與反應(yīng)機(jī)能1.反射弧反射是神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)肌體活動(dòng)的一種基本形成。反射活動(dòng)的全部結(jié)構(gòu)組成反射??；反射弧具有五個(gè)基本環(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(jiàn)圖3-2（a）。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

2.信息鏈人機(jī)系統(tǒng)的信息在人的神經(jīng)系統(tǒng)中的循環(huán)過(guò)程形成信息鏈，見(jiàn)圖3-2（b）。3.1.3感覺(jué)通道與信息的協(xié)調(diào)人機(jī)系統(tǒng)中的最常用的感覺(jué)通道是視覺(jué)通道、聽覺(jué)通道和觸覺(jué)通道。其適用場(chǎng)合參閱表3-1。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.2視覺(jué)機(jī)能及其特征3.2.1視覺(jué)刺激視覺(jué)的適宜刺激是光。人的兩眼可以感受到的光波只占整個(gè)電磁光譜的一小部分，其波長(zhǎng)為380~780nm，見(jiàn)圖3-3。3.2.2視覺(jué)系統(tǒng)視覺(jué)是由眼睛、視神經(jīng)和視覺(jué)中樞的共同活動(dòng)完成的，見(jiàn)圖3-4

。眼睛是視覺(jué)的感受器官，人眼是直徑為21~25mm的球體，其基本構(gòu)造與照相機(jī)類似，見(jiàn)圖3-5

。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。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.2.3視覺(jué)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；

D—被看物體上兩端點(diǎn)的直線距離；

L—眼睛到被看物體的距離；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(lái)表示。視力=1/能夠分辨的最小物體的視角第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)2.視野與視距

視野：指人的頭部和眼球固定不動(dòng)的情況下，眼睛觀看正前方物體時(shí)所能看得見(jiàn)的空間范圍，常以角度來(lái)表示。分水平視野（單視野/雙視野）和垂直視野，見(jiàn)圖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3-2。3.中央視覺(jué)和周圍視覺(jué)中央視覺(jué)—視維細(xì)胞（感色能力強(qiáng)、能清晰分辨物體）。周圍視覺(jué)—視桿細(xì)胞（觀察空間范圍和正在運(yùn)動(dòng)的物體）。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)4.雙眼視覺(jué)和立體視覺(jué)，雙眼視物時(shí)，具有分辨物體深淺、遠(yuǎn)近等相對(duì)位置的能力，形成立體視覺(jué)。5.色覺(jué)和色視野，見(jiàn)圖3-7。6.暗適應(yīng)和明適應(yīng)，見(jiàn)圖3-8。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

視覺(jué)特征：1.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.觀察情況的優(yōu)先性：左上—右上—左下—右下。視區(qū)內(nèi)的儀表布置必須考慮這一點(diǎn)。5.設(shè)計(jì)依據(jù)：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。據(jù)上述特征，適用視覺(jué)的原則參閱表3-2。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.3聽覺(jué)機(jī)能及其特征3.3.1聽覺(jué)刺激聽覺(jué)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。3.3.2聽覺(jué)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(jiàn)圖3-9。3.3.3聽覺(jué)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(zhǎng)而逐年連續(xù)下降，見(jiàn)圖3-10；聽覺(jué)的頻率響應(yīng)特性對(duì)聽覺(jué)傳示裝置的設(shè)計(jì)是很重要的。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)2.動(dòng)態(tài)范圍（聲音的強(qiáng)度）

聽覺(jué)聲強(qiáng)的動(dòng)態(tài)范圍=正好可忍受的聲強(qiáng)/正好能聽見(jiàn)的聲強(qiáng)。（1）聽閾：在最佳的聽聞?lì)l率范圍內(nèi)，一個(gè)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(qiáng)Imin。（2）痛閾：對(duì)于感受給定各頻率的正弦式純音，開始產(chǎn)生疼痛感的極限聲強(qiáng)Imax。（1）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。（3）聽覺(jué)范圍：由聽閾和痛閾兩曲線所包圍的聽覺(jué)區(qū),見(jiàn)圖3-11。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.方向敏感度（雙耳效應(yīng)）（1）時(shí)差：?t=聲源到兩耳的時(shí)間差。人耳可覺(jué)察到的聲信號(hào)入射的最小偏角為3°。（2）人耳對(duì)不同頻率、不同方向的聲音的感受能力不同，見(jiàn)圖3-12。由于頭部的掩蔽效應(yīng)，造成聲音頻譜的改變。4.掩蔽效應(yīng)掩蔽：一個(gè)聲音被另一個(gè)聲音所掩蓋的現(xiàn)象。掩蔽效應(yīng)：一個(gè)聲音的聽閾因另一個(gè)聲音的掩蔽作用而提高的效應(yīng)。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.4其他感覺(jué)機(jī)能及其特征3.4.1膚覺(jué)膚覺(jué)是僅僅次于聽覺(jué)的一種感覺(jué)，可感受多種外界刺激，形成多種感覺(jué)。

1.觸覺(jué)，見(jiàn)圖3-13和圖3-14。

2.溫度覺(jué)

3.痛覺(jué)3.4.2本體感覺(jué)本體感覺(jué)系統(tǒng)包括耳前庭系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)覺(jué)系統(tǒng)，可感受身體和四肢所在位置的信息。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.5神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)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.周圍神經(jīng)系統(tǒng)，中樞神經(jīng)以外全部神經(jīng)的總稱，見(jiàn)圖3-15。3.5.2大腦皮質(zhì)功能定位

1.軀體感覺(jué)區(qū)，見(jiàn)圖3-16（a）

2.軀體運(yùn)動(dòng)區(qū)，見(jiàn)圖3-16（b）

3.其他功能區(qū)第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.6人的信息處理系統(tǒng)3.6.1人的信號(hào)處理系統(tǒng)模型人在人機(jī)系統(tǒng)中特定操作活動(dòng)中的作用，可類比為一種信息傳遞和處理過(guò)程，見(jiàn)圖3-17。感覺(jué)信號(hào)處理反應(yīng)輸入系統(tǒng)輸出3.6.2信息計(jì)量信息：對(duì)數(shù)據(jù)加工后所得的結(jié)果。信息知識(shí)內(nèi)容信息可以嚴(yán)格定量，信息量用bit為基本單位。定義H=log22n。其中：H—信息量

n—某信號(hào)中所含的二進(jìn)制碼的個(gè)數(shù)第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

用概率定義，若出現(xiàn)“0”的概率不是1/2，而是P，出現(xiàn)“1”的概率是1-P，則該信息量可由下式計(jì)算：

H=-Plog2P-(1-P)log2(1-P)；注：當(dāng)P=1/2時(shí)，恰好H=-log2(1/2)=log22

第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

若信號(hào)源S中有n個(gè)相互獨(dú)立的不同信號(hào)，某個(gè)信號(hào)j出現(xiàn)的概率為Pj,且Pj之和為1，j信號(hào)應(yīng)出現(xiàn)nPj次，則所有信號(hào)的平均信息量為：

H=（-nP1log2P1-nP2log2P2-…-nPnlog2Pn）/n=-∑Pjlog2Pj(j=1…n)

顯然，當(dāng)Pj=1/n時(shí),H達(dá)到最大Hmax=∑(1/n)*log2n=log2n

當(dāng)n=2時(shí),即與一位二進(jìn)制編碼表達(dá)的最大信息量一致

H=log221=log22Hmax=log22第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.6.3感覺(jué)的信息處理

人的反應(yīng)時(shí)間與感覺(jué)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(shí)間人的感覺(jué)通道的信息傳輸速率見(jiàn)圖3-18。

2.采樣采樣間隔取決于刺激的頻率。若刺激的變化頻率為F，則T=1/2F，由此可見(jiàn)，采樣頻率降低，則采樣周期延長(zhǎng)。

第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.編碼辨認(rèn)工作—數(shù)碼、字母、斜線搜索定位—顏色、數(shù)碼、形狀計(jì)數(shù)工作—數(shù)碼、顏色、形狀比較或驗(yàn)證—各方法幾乎沒(méi)有區(qū)別編碼方式的優(yōu)劣參閱表3-3。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.6.4中樞信息處理

記憶是各種信息處理活動(dòng)的基礎(chǔ)，一般分為三種形式：

1.感覺(jué)信息儲(chǔ)存

2.短時(shí)記憶

3.長(zhǎng)時(shí)記憶，記憶曲線見(jiàn)圖3-19。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.7運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)能及其特征

骨—運(yùn)動(dòng)的杠桿關(guān)節(jié)—運(yùn)動(dòng)的樞紐肌肉—運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.7.1骨的功能和骨杠桿1.骨的功能

2.骨杠桿，見(jiàn)圖3-20

根據(jù)支點(diǎn)，力點(diǎn)（動(dòng)力點(diǎn)）、重點(diǎn)（阻力點(diǎn)）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(yùn)動(dòng)速度快由等功原理，得之于力則失之于速度，反之亦然。因此，最大的力量與最大的運(yùn)動(dòng)范圍兩者是相矛盾的。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.7.2主要關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍

關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍有一定的限度，人體處于舒適時(shí)，關(guān)節(jié)必然處在一定的舒適調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，參閱表3-4。肌體的出力范圍肌體所能發(fā)揮的力量大小取決于：

1）人體肌肉的生理特征

2）施力的姿勢(shì)、部位、方式和方向，分別見(jiàn)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。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.7.4肢體的動(dòng)作速度與頻率

動(dòng)作速度取決于肢體肌肉收縮的速度，而操作動(dòng)作速度還取決于動(dòng)作方向和動(dòng)作軌跡等特征。動(dòng)作頻率取決于動(dòng)作部位和動(dòng)作方法，參閱表3-7。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.8人的運(yùn)動(dòng)輸出3.8.1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。它由反應(yīng)知覺(jué)時(shí)間（tz）和動(dòng)作時(shí)間（td）組成。即RT=tz+td。影響反應(yīng)時(shí)間的主要因素如下：

1.不同的感覺(jué)器官反應(yīng)時(shí)間不同，以觸覺(jué)與聽覺(jué)最優(yōu)，視覺(jué)次之，參閱表3-8。

2.反應(yīng)時(shí)間與刺激信號(hào)的強(qiáng)度有關(guān)，參閱表3-9。

3.刺激的環(huán)境影響反應(yīng)時(shí)間。信號(hào)與背景的亮度、顏色、信噪比及頻率的對(duì)比程度越強(qiáng)越好。此外，刺激信號(hào)的數(shù)目、顯示器及操縱器的設(shè)計(jì)也影響反應(yīng)時(shí)間，參閱表3-10，表3-11。

4.人的主體因素也影響反應(yīng)時(shí)間，如習(xí)俗、個(gè)體差異、疲勞等個(gè)人生理、心理狀況。第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.8.2運(yùn)動(dòng)速度（用完成動(dòng)作的時(shí)間來(lái)表示）

1.動(dòng)作特點(diǎn)

2.目標(biāo)距離

3.運(yùn)動(dòng)方向，見(jiàn)圖3-24，圖3-254.動(dòng)作軌跡特征

第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)3.8.3運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性

1.運(yùn)動(dòng)速度與準(zhǔn)確性：速度越慢，準(zhǔn)確性越高，見(jiàn)圖3-262.盲目定位的準(zhǔn)確性：正前方盲目定位準(zhǔn)確性最高，見(jiàn)圖3-273.運(yùn)動(dòng)方向與準(zhǔn)確性，見(jiàn)圖3-284.操作方式與準(zhǔn)確性，見(jiàn)圖3-29第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)第3章結(jié)束回總目錄第4章第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)附錄本章所附插圖第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)圖3-1返回第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)圖3-2返回第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)圖3-3返回第3章人體感知與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)圖3-