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1、第六章 显示器和控制器设计,人机工程学,第一节 人机界面的概念 第二节 显示器设计 第三节 控制器的设计,第六章 显示器和控制器设计(3),第一节 人机界面的概念,一、人机界面 在人机系统中，存在着一个人与机相互作用的“面”所有的人机信息交流都发生在这个面上。,人机界面上的装置显示器：向人传递信息的装置。控制器：供人操纵机械运转的装置。,二、人机界面的三要素基本模型,司机-汽车三要素基本模型,第二节 显示器的设计,按人接受信息的感觉通道的不同显示器可分为：视觉显示器听觉显示器触觉显示器 视觉显示器指在信息交往过程中利用人的视觉通道向人传递信息的装置，其形式多种多样，应用最为广泛。,一、视觉显示
2、器的分类,1.按显示的形式可分为：数字式显示仪表 刻度指针式仪表（模拟式）2.按显示功能分为：读数用仪表检查用仪表警戒用仪表追踪用仪表调节用仪表,数字式显示仪表,是直接用数码来显示信息的仪表，如各种数码显示屏、机械的和电子的数字记数器等。特点：简单、准确、便于认读、不易产生视觉疲劳,刻度指针式仪表（模拟式）,用标定在刻度盘上的指针来显示信息的，如最常见的手表、电流表、电压表等。特点：显示信息直观、形象，使人对模拟值在全量程范围内所处的位置一目了然，并能明显显示出偏差量，特别适合于监控。,(a)指针可动，刻度盘不动；(b)刻度盘可动，指针不动,读数用仪表,检查用仪表,用以显示系统状态参数偏离正常
3、值的情况，一般无需读出其确切数值。这类仪表宜采用指针运动刻度盘不动的显示器为好。,警戒用仪表,属于检查用仪表，用以显示机器是处于正常区、警戒区还是危险区。,如用绿、黄、红三种不同的颜色分别表示正常区、警戒区、危险区。,追踪用仪表。追踪操纵是动态控制系统中最常见的操纵方式之一，它根据显示器所提供的信息进行追踪操纵，以便使机器按照所要求的动态过程工作。调节用仪表 只用以显示操纵器调节的值，而不显示机器系统运行的动态过程。,二、视觉显示器的选择,1.确定待设计显示器的功能要求。内容：必须显示什么信息；是否需要动态显示；采用何种信息编码形式；作用空间对视觉显示器有何限制；周围照明有何特点？2.同时考虑
4、人的感知特性和显示器的物理特性，以确定具体的设计要求。3.根据设计要求与各种显示器物理特性的比较，选定符合要求的显示器。,三、视觉显示器的设计原则,1.基本原则 能见性，清晰性，可识性2.视觉显示器的设计原则1）根据使用要求选择最适宜的视觉刺激维度作为传递信息的代码，并将视觉代码的数目限制在人的绝对辨别能力允许的范内。,2）使显示器精度与人的视觉辨认能力相适应3）尽量采用形象直观且与人的认识特点相匹配的现实格式。4）对同时呈现的相互关联的信息，尽可能实现综合显示以提高显示效率。5）目标与背景之间要有适合的对比关系，包括亮度对比，颜色对比，形状对比等。,6）具有良好的环境照明条件，以保证对目标的
5、准确辨认。7）根据任务的性质和使用条件，确定视觉显示器的尺寸和安放位置。8）要与系统中其他显示器和控制器在空间关系和运动关系上相兼容。,四、视觉显示器的空间特性的设计,1.显示器的空间位置设定1）观察角度,工效学手册推荐水平视线偏15为最佳观察角，与显示器夹角至少达45，实际作业中，可随任务要求改变。,2）视觉作业,人眼对视野不同区域察觉和辨别能力有所不同，对于搜索作业，中心视野优于边缘视野。图中为推荐的最佳视觉作业和最大视觉作业区域。,2.视觉显示器的空间排列特性,1.重要性原则：按照每个控制器的重要程度决定其位置，安排优先权。2.使用频率原则：按照每个控制器在完成任务中使用的频率决定其位置
6、，安排优先权。3.功能原则：按照控制器的功能关系安排其位置，将功能相同或相关的控制器或显示器组合在一起。4.使用顺序原则：对使用顺序固定的控制器，按他的使用顺序安排位置。,三、模拟式视觉显示器的设计,1.刻度盘的设计2.刻度与刻度线的设计 3.数码与字符设计 4.指针与盘面设计5.仪表的色彩匹配,1.刻度盘的设计,刻度盘的形状,实验研究表明，不同形式刻度盘的误读率亦不同,36%28%17%11%0.5%,误读率比较:,开窗型：由于指针不动，刻度数字动，窗中的数字易读，其误读率最小。圆型半圆型：由于需在仪表中寻找和确认指针的位置，所以在较短的揭示时间内比开窗型的误读率高。水平型和竖直：寻找指针位
7、置最费时间，在提示时间短的情况下，误读率最高，但与竖直型相比，水平型的误读率偏低，这是因为眼球的运动快的缘故。,刻度盘的大小,刻度盘的大小取决于盘上标记的数量和观察距离。以圆形刻度为例，当盘上标记数量多时，为了提高清晰度，须相应增大刻度盘。但是，这必将增加眼睛的扫描路线和仪表占用面积。而缩小刻度盘又会使标记密集不清晰。,刻度盘的最佳直径与监控者的视角有关。实验证明，最佳视角为2.55。因此，由最佳直径和最佳视角便可确定最佳视距，或已知视距和最佳视角便可推算出仪表刻度盘的最佳直径。,怀特（WJWhite）等人对圆形刻度盘最优直径作过实验，将仪表安装在仪表盘上，然后测试反应速度和误读率。结果表明，
8、圆形刻度盘的最优直径是44mm。关于圆形刻度盘的直径、观察距离和标记数量的推荐值请参见下表。,认读速度和准确度与直径大小的关系（视距750mm）,观察距离和标记数量与刻度盘直径的关系,2.刻度与刻度线的设计,识读速度、识读准确性还与刻度的大小、刻度线的类型、刻度线的宽度和刻度线的长短有关。刻度的大小 刻度盘上两个最小刻度标记(如刻度线)之间的距离称为刻度间距，简称刻度。刻度太小，视觉分辨困难；刻度过大，也使认读效率下降。,刻度的大小可根据人眼的最小分辨能力和刻度盘的材料性质及视距而确定。人眼直接读识刻度时，刻度的最小尺寸不应小于0.61mm。当刻度小于1mm时，误读率急剧增加。因此，刻度的最小
9、尺寸一般在12.5Omm之间选取,必要时也可采用48mm。采用放大镜读数时，刻度的大小一般取1X mm（X为放大镜放大倍数）。,刻度线的类型,常见的刻度线类型有单刻度线、双刻度线和递增式刻度线。,刻度线的宽度,刻度线一般分短、中、长三级。刻度线的宽度一般可在刻度间距的l318的范围内选取。若刻度线的宽度能按短线、中线、长线顺序逐级加粗一些，将有利于快速地正确认读。,刻度线的长度,刻度线长度选择合适与否，对识读准确性影响很大。刻度线长度受照明条件和视距的限制。当视距为L时，刻度线最小长度为：,长刻度线长度L90 中刻度线长度L125短刻度线长度L200刻度线间距L600,三级刻度线宽度长度示例,
10、刻度方向,刻度盘上刻度值的递增顺序称为刻度方向。刻度方向必须遵循视觉规律：水平直线型应从左至右；竖直直线型应从下到上；圆形刻度应按顺时针方向安排刻度值。,数字累进法,一般应采取表中“优”的累进法，只是在不得已的情况下才使用“可”，而绝对不能使用“差”的累进法。人最易读取自然增加的数字。,刻度标值示例,适宜与不适宜的刻度标值示例 a)适宜 b)不适宜,刻度设计注意事项,不要以点代替刻度线 刻度线的基线用细实线为好 如图5-3(a)中采用的粗线不利于识读 刻度线不可很长而且排得很挤，如图5-3(b)所示 不要设计成间距不均匀的刻度 如图5-3(c)所示。,图6-7 不合理的刻度设计(a)基线太粗；
11、(b)刻度线太长，排列太挤；(c)刻度间距不均匀,3.数码与字符设计,仪表刻度盘上印刻的数字、字母、汉字和一些专用的符号，统称为字符。由于刻度的功能通过字符加以完备，字符的形状、大小和立位又直接影响着识读效率，因此字符的设计应力求能清晰地显示信息，给人以深刻的印象。,1）字符的形体,进行字符形体设计时，为了使字符形体简明醒目，必须加强各字符的特有笔划，突出“形”的特征，避免字体的相似性。,图5-4 3与8混淆的情况,2）字符的大小,视觉传达设计中文字的合理尺寸涉及的因素很多，主要有观看距离(视距)的远近、光照度的高低、字符的清晰度、可辨性、要求识别的速度快慢等。字符的高度=(12001300)
12、视距,3）标度数字的原则,指针运动盘面固定的仪表标度的数字应直排（正立位）；盘面运动指针固定的仪表标度的数字应辐射定向安排；最小刻度可不标度数字，最大刻度必须标度数字；,好 不好 好 不好,指针在仪表面内时，如果仪表盘面空间足够大，则数字应在刻度的外侧，以避免被指针挡住；指针在仪表外侧时，数字应标在刻度的内侧；开窗式仪表的窗口应能显示出被指出的数字及上下相邻的两个数字。为了不干扰对显示信息的识读，刻度盘上除了刻度线和必要的字符外，一般不加任何附加装饰；一些说明仪表使用环境、精度的字符应安排在不显眼的地方。,4.指针设计 指针设计的人机工程学问题，主要从下列几方面考虑：,形状 宽度 颜色色彩匹配
13、,1）指针的形状,指针形状要单纯、明确，不应有装饰。针身以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形的为好。设计指针箭头如下图所示，以最右端的为最好。,图2 指针的基本形状,2）指针的宽度 指针针尖宽度应与最短刻度线等宽，最大不应大于两刻度线间的距离。3）指针的颜色 指针的颜色与刻度盘的颜色应有较鲜明的对比，但指针与刻度线的颜色和字符的颜色应该相同。,4）色彩匹配,指针、刻度和表盘的配色关系要符合人的色觉原理，为了精确地判读，指针、刻度线和字符的颜色与刻度盘的颜色应有鲜明的对比，即选择最清晰的配色，避免模糊的配色。A帕帕洛阿佐斯(APapaloizos)对仪表的颜色与误读率的关系进行了研究，结果如下
14、。,颜色与误读率的关系,第三节 控制器的设计,控制器是人用以将控制信息传递给机器，使之执行控制功能的装置。一、控制器的分类1.按操纵控制器所用的身体器官或行为分类:手动控制器、脚动控制器和言语控制器在多数控制作业中都采用手动控制器，当手处于高负荷状态时，可考虑采用脚动控制器。,2.根据输入信息的特点分类,1）离散控制器：可调出有限的、确定的几种状态，状态变化是跃变式的。2）连续调节控制器：可在一个连续体上调节，状态变化是平滑、跃进式的。,3.按控制器运动的类别的不同,1）平移式控制器：如手柄、操纵杆、键盘 平移式控制器又可分为摆动控制器、按压控制器、滑动控制器和牵拉控制器 2）旋转控制器：如方
15、向盘、旋钮。,二、控制器的编码,一般有7种编码方式：标记，颜色，大小，形状，表纹，操作，位置1.标记编码 在不同控制器的上方或侧旁，标注不同的文字或符号，通过这些文字或符号区分控制器，即为标记编码。1）采用文字：应是简短的，采用操作者熟悉的术语给出控制功能，如，“开”，“关”。2）采用图形符号，应尽可能以常规的方法，采用通用符号。但采用这种方法需要良好的照明和较大的空间，易出错。,2.大小编码,大小编码是通过控制器的尺寸大小不同来分辨控制器，因此，控制器的大小之间的尺寸等级差必须达到触觉的识别阈限。,大小编码不如形状编码有效，一般不宜超过3个。,3.形状和表纹编码,形状编码是将不同用途的控制器
16、设计成不同的形状，以便使各控制器彼此之间不易混淆。人通过触觉辨认形状的能力比辨认大小的能力强，编码时应选择与控制功能相关联的形状，形状应简单，有助于操作者对其译码。表纹编码依赖于触觉反馈，一般与形状编码同时使用。,4.颜色编码,将不同功能的控制器，涂以不同的颜色，以示彼此之间的区别，称为颜色编码。宜安装在照明较好，操作者实现可及的空间，所用颜色不宜过多，应使用有标准意义的表示色，颜色编码一般与其他编码同时使用。,5.操作方法编码,采用操作方法编码时，每个控制器都有自己独特的驱动方式，如，拉，推，旋转，滑动，按压等。,6.位置编码,若有充裕的工作空间，此时控制器可按视觉位置定位。,三、控制器的外
17、形结构和尺寸,设计控制器的外形结构和尺寸必须考虑操作者的操作方式。控制器抓握部分的大小应与手的大小相兼容，形状应与抓握类型相兼容。,手柄形状设计与手掌生理特点(a)手掌生理特点；(b)手柄形状,四、控制器的排列,1主要控制器；2紧急控制和精确调节的次要控制器；3其他次要控制器的可取限度；4次要控制器的最大布置区,五、控制器的间距,在控制器的设计中，各控制器之间应留有适当的间距，以免在操作某个控制器时会碰触到与他相邻的控制器，但间距不宜过大，否则会增加操作者四肢不必要的运动量。控制器不同，间距也不相同。,六、控制器的布置原则,1.重要性原则：按照每个控制器的重要程度决定其位置，安排优先权。2.使
18、用频率原则：按照每个控制器在完成任务中使用的频率决定其位置，安排优先权。3.功能原则：按照控制器的功能关系安排其位置，将功能相同或相关的控制器或显示器组合在一起。4.使用顺序原则：对使用顺序固定的控制器，按他的使用顺序安排位置。5.控制器间要留有适当的间距,七、显示器与控制器的配合,1.控制显示比 控制显示比(简称C/D比)是指控制器的位移量与对应的显示器可动元件的位移量之比。,控制显示比（a）低控制显示比；（b）高控制显示比,2.显示器与控制器在空间位置上的配合一致,控制器应尽可能地靠近与其相联系的显示器。,控制器与显示器空间位置配合一致示例,在不同平面上的显示器与控制器的运动关系,3.控制器与显示器在运动方向上的配合一致,思考题,1.按照接受信息的感觉通道不同，可以将显示器分为哪几类？2.视觉显示器基本的设计原则？3.显示器的空间排列特性？4.控制器的布置原则？,
