人的知觉.感觉与环境.ppt

1 第四章 人的知觉 感觉与环境设计 2 知觉和感觉是指人对外界环境的一切刺激信息的接收和反应能力 它是人的生理活动的一个重要的方面 3 人的神经系统结构 4 感觉 一 感觉和知觉PerceptionandConsciousness 感觉定义 感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物个别属性的反映 感觉是人们了解外部世界的渠道 也是一切复杂心理活动的基础和前提 感觉类型 视觉 听觉 化学感觉 嗅觉和味觉 皮肤感觉 本体感觉等 感觉的过程 人的感觉器官接受内外环境的刺激 将其转化为神经冲动 通过传入神经 将其传至大脑皮质感觉中枢 便产生了感觉 5 知觉 知觉的定义 知觉是在人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映 知觉的过程 客观事物的各种属性分别作用于人的不同感觉器官 引起人的各种不同感觉 经大脑皮质联合区对来自不同感觉器官的各种信息进行综合加工 于是在人的大脑中产生了对各种客观事物的各种属性 各个部分及其相互关系的综合的整体的决策 这便是知觉 6 感觉和知觉的关系和区别 客观事物首先被感觉 然后进一步被知觉 所以知觉是在感觉的基础上产生的 感觉的事物个别属性越丰富 越精确 对事物的知觉也就越完整 越正确 感觉反映的是客观事物的个别属性 知觉反映的是客观事物的整体 感觉的性质较多取决于刺激物的性质 而知觉过程带有意志成分 人的知识 经验 需要 动机 兴趣等因素直接影响知觉的过程 7 外界信息中 从视觉获得的信息所占的比例最大 从听觉获得的信息次之 从皮肤觉 包括温度觉 触压觉 干湿觉等 获得的信息再次之 二 感觉的基本特征 8 概述 人体的一种感觉器官只对一种能量形式的刺激特别敏感 能引起感觉器官有效反应的刺激称为该感觉器官的适宜刺激 眼的适宜刺激为可见光 耳的适宜刺激则为一定频率范围声波 感觉的特点 感受性和感受阈限 感觉的适应 类型 绝对感受性和绝对感受阈限 差别感受性和差别感受阈限 感觉的基本特征 9 1 产生感觉需要有达到一定强度的适宜刺激 刚刚能引起感觉的最小刺激量 称为绝对感觉阈限的下限 感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性 绝对感受性和绝对感受阈项 2 绝对感受性与绝对感觉阈限值成反比 即 引起感觉所需要的刺激量越小即绝对感觉阈限的下限值越低 绝对感受性就越高 感觉越敏锐 10 3 若刺激量过大 超过了正常限度 将使感觉消失而引起痛觉 甚至造成感官的损伤 绝对感受性和绝对感觉阈限 刚刚使感觉消失的最大刺激量称为绝对感觉阈限的上限 刺激量在上 下阈限之间才能引起感觉 例如 人眼只对波长380 780mm的光波刺激产生反应 380mm和780mm即为视觉的下 上阈限 波长在380mm以下和780mm以上的光波都不能引起视觉 11 差别感受性 当两个不同强度的同类型刺激同时或先后作用于某一感觉器官时 它们在强度上的差别必须达到一定程度 才能引起人的差别感觉 差别感受性和差别感觉阈限 差别感觉阈限 即为刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小差别量 对最小差别量的感受能力则为差别感受性 两者成反比关系 12 在同一刺激物的持续作用下 人的感受性发生变化的过程 称为 感觉的适应 适应现象 除痛觉外 几乎在所有感觉中都存在 适应的表现和速度不同 除暗适应外 其余各种感觉适应大都表现为感受性逐渐下降乃至消失 视觉适应中的暗适应约需45分钟以上 明适应约需1 2分钟 听觉适应约需15分钟 味觉和轻适应分别适应约需30S和2S 13 知觉的整体性 知觉的理解性 知觉的恒常性 知觉的选择性 14 1 知觉的整体性把知觉对象的各种属性 各个部分知觉成为一个同样的有机整体 这种特性称为知觉的整体性 知觉的整体性可使人们在感知自己熟悉的对象时 只根据其主要特征可将其作为一个整体而被知觉 15 2 知觉的理解性根据已有的知识经验去理解当前的感知对象 这种特性称为知觉的理解性 由于人们的知识经验不同 对知觉对象的理解也不同 与知觉对象有关的知识经验越丰富 对知觉对象的理解也就越深刻 在复杂的环境中 知觉对象隐蔽 外部标志不鲜明 提供的信息不充分时 语言的提示或思维的推论 可唤起过去的经验 帮助人们去立即理解当前的知觉对象 使之完整化 此外 人的情绪状态也影响人对知觉对象的理解 16 3 知觉的恒常性人们根据已往的印象 知识 经验去知觉当前的知觉对象 当知觉的条件在一定范围内改变了的时候 知觉对象仍然保持相对不变 这种特性称为知觉恒常性 大小恒常性 在天空中飞行的飞机 在视网膜中的映象是近大远小 但在知觉中它的大小是不变的 颜色恒常性 形状恒常性 听知觉恒常性 知觉的恒常性保证了人在变化的环境中 仍然按事物的真实面貌去知觉 从而更好地适应环境 17 4 知觉的选择性 作用于感官的事物是很多的 人们总是按照某种需要或目的主动地有意识地选择其中少数事物作为知觉对象 对它产生突出清晰的知觉映象 而对同时作用于感官的周围其他事物则呈现隐退模糊的知觉映象 从而成为烘托知觉对象的背景 这种特性称为知觉的选择性 18 影响知觉选择性的因素 1 知觉对象与背景之间的差别越大 对象越容易从背景中区分出来 2 在固定不变或相对静止的背景上 运动着的对象最容易成为知觉对象 如在荧光屏上显示的变化着的曲线 19 3 人的主观因素 如任务 目的 知识 兴趣 情绪不同 则选择的知觉对象也不同 4 刺激物各部分相互关系的组合 如彼此接近的对象比相隔较远的对象 彼此相似的对象比不相似的对象容易组合在一起 而成为知觉的对象 接近 相似 连续 影响知觉选择性的因素 20 本体感觉的种类 1 平衡觉 人对自己头部位置的各种变化及身体平衡状态的感觉 影响平衡觉的因素 酒 年龄 恐惧 突然的运动 热紧迫 不常有的姿势等 2 运动觉 人对自己身体各部位的位置及其运动状态的一种感觉 运动觉涉及人体的每一个动作 是仅次于视 听觉的感觉 人的各种操作技能的形成更有赖于运动觉信息的反馈调节 21 第一节视觉与视觉环境设计 第二节听觉与声环境 第三节触觉与触觉环境 22 第一节视觉与视觉环境 影响人类的环境因素可分为以下四种 1 物理环境 声 光 热的因素2 化学环境 各种化学物质对人的影响3 生物环境 各种动植物及微生物对人的影响4 其他环境 一 人与环境之关系 视觉 光环境 听觉 声学环境 触觉 温度和湿度环境 23 人们得到信息的途径 直接的 间接的 如直接看到的自己周围的人和物 即借助于各种视觉显示装置 如CRT屏幕 雷达 电视机等 在科学技术高度发达的今天 后一种途径对于人们获得视觉信息更为重要 24 一 视觉的机制 视觉是光进入眼睛产生的 人眼所能感受到的电磁波长为380 780毫微米 由于视觉 知道各种物体的形状 色彩 明度 人所获得的信息有百分之八十是来自于视觉 二 视觉与视觉环境设计 25 产生视觉的视网膜是由杆状和锥状两种感光细胞构成杆状细胞起暗视作用 在低照度下 0 01勒克司以下 起作用 但不能感受颜色 锥状细胞起明视作用 不但能感受颜色 且有较高的视觉的敏感性 在低照度下却不起作用 与视轴对应的视网膜称为黄斑 黄斑处锥状细胞的密度最高 26 L D 视角 视力为1 0 视力正常 临界视觉为1度 若视力下降 则临界视角值增大 在设计中 视角是确定设计对象尺寸大小的依据 二 视觉的要素 1 视角 视角是由瞳孔中心到被观察物体两端所张开的角度 在一般照明条件下 正常人眼能辨别5m远处两点间的最小距离 其相应的视角为1 即能够分辨的最小物体的视角定义该视角为最小视角 27 视力是表征人眼对物体细部识别能力的一个生理尺度 以最小视角的倒数表示 人眼视力的标准规定 最小视角为1时 视力等于1 0 2 视力 随着年龄的增加 视力会逐渐下降 所以作业环境的照明设计应考虑工作者年龄的特点 认清物体形状的视力为中心视力 在暗环境中辨别物体形状的视力为夜视力 两只眼睛中所形成的物象 融合为双眼单视后 可用以辨别物体高低 深浅 远近 大小 这种辨别物体立体位置的视力为立体视力或深度觉 视力 1 临界视角 28 最佳动视野 3 视野 视野是指人眼能观察到的范围 一般以角度表示 静视野和动视野 人机工程中 一般以静视野为以据设计视觉显示器等有关部件 以减少人眼的疲劳 最佳静视野 动视野最佳值 静视野最佳值 眼球可轻松偏转的角度 头部不动 29 垂直面内 实际人的自然视线低于标准视线 直立低15 放松站立低30 放松坐姿低40 因此视野范围在垂直面内的下界限也应该随着放松立姿 放松坐姿而改变 90 60 70 45 40 20 15 15 垂直最佳视区 上 下15度 最佳视野范围 水平视线以下30度 有效视野范围 水平视线以上25度 以下35度 水平视线 25 35 最大固定视野 115度 扩大的视野 150度 垂直面内的视野 30 水平面内的视野 15 15 最佳视野范围 35 35 有效视野范围 90 90 5 最大固定视野 扩大的视野 31 人眼在不同颜色刺激下的色觉视野是不同的 称为色觉视野 人眼对不同颜色的视野 32 180白 120黄 100蓝 60绿红 色觉视野 130 白 95 黄 80 蓝 45 红 40 绿 水平方向的色觉视野 垂直方向的色觉视野 33 视野的研究对于操作控制及视觉空间的设计非常重要 如各种控制室等 人们往往需要注视某一方向 并兼顾控制仪表 显示器位置要在不影响观察的情况下尽量安排在视野内 使用频率高 需要辨认的放在主视野内 不常用的放在余视野内 视野的作用 重要的 3 内 一般的 20 40 内 次要的 40 60 内 一般不在80 视野之外设置 因其视觉效率太低 对于视觉观察不利的因素应尽量安排在视野之外 34 绝对亮度 眼睛能感觉到光的光强度 人眼非常敏感的 完全暗适应的人能看见50英里远的火光 4 光感 35 关键不是光的绝对亮度 而是它与背景的差别和面积的大小 根据光感的特性 在视觉设计中 如果我们希望光或由光构成的某种信息容易为人们感觉到 就应提高它与背景的差别 增大光的面积 相对亮度 相对亮度是指光强度与背景的对比关系 称为相对值 光亮范围 光感不仅与光的强度有关 还与光的范围大小有关 并与其成正比 36 观察各种显示仪表时 视距过远或过近 对认读速度和准确性都不利 一般应根据观察物体的大小和形状在380 760mm之间选择最佳视距 视距是人在操作系统中正常的观察距离 头部转动角度 左右均不宜超过45度 上 下均不宜超过30度 当转移视线时 约97 时间的视觉是不真实的 所以应避免在转移视线中进行观察 5 视距 37 色彩的知觉范围 视野内的色彩感觉并不完全相同 视野的边缘部分虽然能够察觉物体 但感觉不到色彩 在离开视觉中心点90度的地方 除非是光线很亮的情况下 任何的物体都是灰色的 人眼对波长555微米的光最敏感 介于黄和绿之间 6 色觉 38 色彩与亮度 人的眼睛能分辨出十万种不同的颜色 但当光线很暗时则一切都成为灰色 39 1 暗适应与明适应 三 视觉特征 明适应 指人从暗处进入亮处时 能够看清视物的适应过程 这个过渡时间很短 约需1mim 明适应过程即趋于完成 人眼对光亮变化的顺应性 称为适应 人在明暗暗急剧变化的环境中工作 视力会出现短暂的下降 频繁出现这种情况 会产生视觉疲劳 容易引起事故发生 需频繁改变亮度的场所 采用缓和照明 避免光亮度的急剧变化 暗适应 指人从光亮处进入黑暗处时 开始时看不见 经过一定时间后才能逐渐看清被视物的轮廓 暗适应的过渡时间较长 约需要30min才能完全适应 40 2 眩光 当人的视野中有极强的亮度对比时 由光源直射出或由光滑表面的射出的刺激或耀眼的强烈光线 称为眩光 眩光造成的有害影响主要有 使暗适应破坏 产生视觉残像 降低视网膜上的照度 减弱观察物体与背景的对比度 观察物体时产生模糊感觉等 这些都将影响操作者的正常作业 应尽量避免强光和玄光的出现 41 知觉和外界的事实不一致时 会发生知觉的错误 大部分的错觉发生在视觉方面 3 视错觉 主要有形状错觉 色彩错觉及物体运动错觉等 设计时 为使设计达到预期的效果 需考虑视错觉的影响 形状错觉有长短错觉 方向错觉 对比错觉 大小错觉 远近错觉及透视错觉等 色彩错觉的对比错觉 大小错觉 温度错觉 距离错觉及疲劳错觉等 P93 图5 10 5 11 42 4 视觉的运动规律 眼睛水平运动比垂直运动快 即先看到水平方向的东西 后看到垂直方向的东西 所以 一般机器的外形设计成横向长方形 看清和看准物体 视线的移动有一定规律 这些规律有利于在设计中满足人体工效学的设计要求 视线运动的顺序习惯于从左到右 从上至下 顺时针进行 对物体尺寸和比例的估计 水平方向比垂直方向准确 迅速 且不易疲劳 43 当眼睛偏离视中心时 在偏离距离相同的情况下 观察率优先的顺序是左上 右上 左下 右下 在视线突然转移的过程中 约只有3 的视觉能看清目标 所以工作时 不应有视觉突然转移的要求 如需要人的视线突然转动时 应要求慢一些才能引起视觉注意 应给出一定标志 如利用箭头或颜色预先引起人的注意 或者采用有节奏的结构 对于运动一目标 只有当角速度大于1 2度 s时 且双眼的焦点同时集中在同一个目标上 才能区别运动状态 人眼看一个目标要得到视觉印象 最短的注视时间为0 07 0 3s 照明的亮度有关 人眼视觉的暂停时间平均需要0 17s 44 1 视觉陈示陈示是指各种视觉信息通过一定的形式陈列显示出来 视觉陈示即是以视觉形式来传递各种信息 视觉环境主要指人们生活工作中带有视觉因素的环境问题 一是视觉陈示问题 二是光环境问题 四 视觉环境 良好的陈示要表现出易于使人了解和解释的形式 45 2 视觉陈示的原理 视距 视距对细节的设计 位置及色彩和照明等的处理非常重要 观众的视距与陈列物品的尺寸有关 改变放置展品的水平面 便眼睛在观看时可以不断调节焦距而不是固定在某一点上 可以减少眼睛疲劳 视角 视觉陈示在水平方向上最好看 46 有些陈示本身是光亮的 有些则要靠其他光源的照明 有些要在较暗环境 有些则要求较佳的照明 有时需要强烈的色彩 有时则要接近自然光 照明 47 环境状况 视觉陈示总是在一定的周围气氛中 良好的设计应避免不利的情况 使视觉陈示在其环境中设计适当 整体效果 视觉陈示不是孤立的 人们应能迅速的找到所需的陈示内容 48 视觉陈示的方式大致可分为两种 动态和静态 3 视觉陈示的方式及设计要点 随时间变化的为动态的 固定不变的为静态的 动态的多数是仪表和显象管等 静态的大多数是各种标识 如标志 图片 图形等 49 屏面的大小和位置 人的视野观察的范围是一定大小的 过大则人只能观察到屏幕中心的信息 而过小则会造成视觉疲劳且只注意边缘的信息 因此屏幕的面积与视距是成一定比例的 成正比 屏幕的位置最好与人的视线垂直 视点在屏幕的中心 周围照明 不能过暗 过暗易造成视觉疲劳 50 灯光陈示 灯光陈示最主要是亮度因素 灯光若要引起人们的注意 则其亮度至少要两倍于背景的亮度 还要控制光强的变化 同样的亮度 闪光更易引起人的注意 51 红 警告 黄 危险 绿 正常 个别信号的清晰度而言 兰绿色最好 但不易混淆的程度不如黄紫色 同一色彩来说 色彩饱和度高的受背景的影响也小 红光的波长长 射程远 可保证大视距 但从功率耗损而言 越纯的红光功率损失越大 而兰绿光的功率消耗小 而且人的主观感觉亮度高 所以实际上在同等的功率下 兰绿光的射程较远 整体效果 强光 弱光最好不要太近 以免相互影响 光陈示过多会冲淡对重要信号的注意 灯光陈示的色彩 尽量避免含糊不清的色彩同时使用 色彩不应太多 要使人能分辨 不应超过22色 最好10种以内 52 光线的来源有两种 自然采光和人工照明 5 光环境设计 照明设计的一般要求 适当的亮度工作位置的照明工位与背景的亮度差玄光和阴影的避免暗适应问题光色 53 适当的亮度 照度低会看不清 当超过一定的临界时视力由于玄光 影响视力 过亮的环境也使眼睛感到不适 增大视觉的疲劳 照度应保持在一个舒适的范围之内 大体在50 200L 细微的工作照度高 粗放的工作照度低 观察运动物体照度高 静止物体照度低 用视觉工作照度要求高 不用视觉工作低 儿童要求低 老人要求照度高 54 工位与背景的亮度对比 局部的照明与环境背景的亮度差别不宜过大 太大容易造成视觉疲劳 因光线变化太大眼睛需不断的调节以适应 玄光和阴影 玄光是视野范围内亮度差异悬殊时产生的 产生玄光的因素主要有直接的发光体和间接的反射面两种 浅色的眼睛比黑眼睛更易受到玄光的干扰 玄光的主要危害在于产生残象 破坏视力 破坏暗适应 分散注意力 降低工作效率 产生视觉疲劳 55 一是将光源移出视野 视线的活动集中于视平线以下 将灯光安装在正常视野以上 水平线上25 45 以上更好 56 二是间接照明 反射光和漫射光都是良好的间接照明 可消除玄光 阴影也会影响视线的观察 间接照明可消除阴影 57 黑暗环境的照明在比较黑暗的环境中 即要有一定亮度局部照明 以便能看清需要的东西 又要保持较好的对黑暗环境的暗适应 以便观察其他的较暗的环境 因此采用少量的光源进行照明 采用弱光照明 暗适应问题 采用普通的灯光其暗适应性较差 红色光是对暗适应影响最小的 因此在暗环境下多用较暗的红光照明 58 光色会对整个的环境色调产生影响 可以营造气氛色调 光色 色彩的还原 光色会影响人对物体本来色彩的观察 造成失真 影响人对物体的印象 日光色是色彩还原的最佳光源 食物用暖色光 蔬菜用黄色光比较好 光有不同的颜色 光和色不可分的 黑暗环境中应提高色彩的纯度或不采用色彩处理 采用明暗对比的手法 59 第二节听觉与声环境 60 一 听觉的机制 物体振动导致周围介质 如空气 的振动 此振动能引起人耳鼓膜的振动 进而引起耳蜗中淋巴液及其底膜的振动 基底膜表面的毛细胞产生兴奋 机械能形式的声波就在此处转变为听神经纤维上的神经冲动 被传送到大脑皮层听觉中枢 从而产生了听觉 61 二 听觉的要素 频率 响度 声强 频率 是物体每秒钟振动的次数 单位赫兹 Hz 16 20000Hz之间的声波人耳能感知 这个范围叫 听觉区域 低于16Hz的叫低声波 也叫次声波 高于20000Hz的音叫超声波 响度 通称音量 是发声物体震动的幅度及声音强弱对人耳产生的感觉 在听觉上所估计到声音声音轻 响 大 小的程度 单位分贝 db 声强 单位时间 声音通过垂直于声音传播方向单位面积的声能量 62 是人的听觉系统感受到最弱声音和痛觉声音的强度 它与频率和声压有关 在阈限以外的声音 人耳感受性降低 以致不能产生听觉 一般识别声音所需的最短持续时间为20 50ms 1 听觉绝对阈限 辨别阈限是指听觉系统能分辨出两个声音的最小差异 辨别阈限与声音的频率和强度都有关系 人耳对频率的感觉最灵敏 常常能感觉出频率微小的变化 而对强度的感觉次之 2 听觉的辨别阈限 三 听觉特性 63 3 辨别声音的方向和距离 在危险情况下 除了听到警戒声之外 如能识别出声源的方向 往往会避免事故发生 正常情况下 两耳的听力是一致的 根据声音到达两耳的强度和时间先后之差可以判断声源的方向 一个声音被其它声音的干扰而听觉发生困难 只有提高该声音的强度才能产生听觉 这种现象称为声音的掩蔽 被掩蔽声音的听阈提高的现象 称为掩蔽效应 4 听觉的掩蔽 64 当噪声的声压级超过语言声压级20 25dB时 语言将完全被噪声掩蔽了 掩蔽声对频率与其相