《显示装置设计》PPT课件.ppt

第四章显示装置设计 第四章显示装置设计 人的视觉与听觉特性显示装置的类型与设计原则显示仪表的设计与布置信号显示设计 第一节人的视觉与听觉特性 一 感觉器官与感觉类型1 人体的主要感觉器官与感觉类型刺激 作用于人感觉器官的外界物理量在心理学中称为刺激 提问 那种信息在外界刺激中占的比例最大 IV IV 第一节人的视觉与听觉特性 表感觉通道与适用的信息 第一节人的视觉与听觉特性 实例 手机短消息 铃声等的设计 IV 1 分析手机界面设计中各种信息为何采用该感觉通道 试从感觉通道与适用的场合进行分析 IV 第一节人的视觉与听觉特性 2 人的感知响应过程感觉 感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物个别属性的反映 第一步 知觉 知觉是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 第二步 IV 第一节人的视觉与听觉特性 越丰富 越精确 越完整 越正确 感知觉 人与外界发生联系的主要是三个子系统 即感觉系统 神经系统 运动系统 人接受外界信息 刺激 而作出反应的过程称为感知响应过程 感知响应过程的顺序是感觉器官一传入神经一大脑皮层一传出神经一运动器官 图人的感知响应过程的示意 IV 第一节人的视觉与听觉特性 二 视觉器官与视觉机制1 视觉器官 眼睛的构造视觉是由眼睛 视神经和视觉中枢的共同活动完成的 眼睛是视觉的感觉器官 其基本构造与照相机相类似 中央部位灵敏度较高 越到边缘就越差 图眼球的构造 IV 第一节人的视觉与听觉特性 2 视觉机制适宜刺激是光 人眼所能感觉到的波长大约是380nm到780nm 图全部电磁光谱中的可见光谱 IV 第一节人的视觉与听觉特性 第一节人的视觉与听觉特性 视网膜内壁上有视杆细胞和视锥细胞两种视觉细胞 功能互相不同 IV 进入电影院 太阳下 3 视觉系统视觉是由眼睛 视神经和视觉中枢共同完成的 它们组成了视觉系统 两眼各有一支视神经通过眼底的 视盘 经过交叉交迭 分左右两支到达大脑表层的视中枢 由于左右两眼对被视对象形成一定视觉差异 从而使人获得事物的立体感 大脑左半球分辨图形文字功能较强 右半球更善于分析数字信息 经过交叉的视神经传导过来的信息 有利于大脑两半球协同发挥互补的作用 IV 第一节人的视觉与听觉特性 三 人的视觉特性1 视野及视区 1 视野及视线视野 亦称视场 一般是指头部处于正常姿势观看对象 头和眼保持不动时 眼睛观看正前方所能感受到光刺激的空间范围 分为直接视野 眼动视野 观察视野 由图可知水平线下的视野大于水平面上的视野值 图光刺激的左眼 右眼和双眼的直接视野 IV 第一节人的视觉与听觉特性 正常视线 正常视线头部和两眼处于放松状态 水平视线之下约25 35 的视线 眼动视野最佳值 直接视野最佳值 眼球可轻松偏转的角度 头部不动 观察视野最佳值 眼动视野最佳值 头部可轻松偏转的角度 躯干不动 IV 第一节人的视觉与听觉特性 图正常视线图最佳的直接视野 IV 第一节人的视觉与听觉特性 图最佳的眼动视野图最佳的观察视野 IV 第一节人的视觉与听觉特性 中央部位其感色力强 边缘部位感受力较差 一般情况下 既要求操作者的中央视觉良好 同时也要求其周围视觉正常 而对视野各方面都缩小到10 以内者称为工业盲 两眼中心视力正常而有工业盲视野缺陷者 不宜从事驾驶飞机 车 船 工程机械等要求具有较大视野范围的工作 IV 第一节人的视觉与听觉特性 当用单眼视物时 只能看到物体的平面 若用双眼视物时 具有分辨物体深浅 远近等相对位置的能力 形成立体视觉 IV 第一节人的视觉与听觉特性 垂直方向 人的自然视线是低于标准视线的 一般状态下 站立时自然视线低于水平线10 坐着时低于水平线15 观看展示物的最佳视区在低于标准视线30 的区域里 IV 第一节人的视觉与听觉特性 色觉视野 视网膜除能辨别光的明暗外 还有很强的辨色能力 可以分辨出180多种颜色 人眼的视网膜能辨别波长不同的光波 在波长380nm 780nm的可见光谱中 光波波长只相差3nm 人眼即可分辨 但主要是红 橙 黄 绿 青 蓝 紫等七色 人眼区别不同颜色的机理 常用光的 三原色学说 来解释 该学说认为红 绿 蓝三种基本色 其余的颜色都可由这三种基本色混合而成 并认为在视网膜中有三种视锥细胞 含有三种不同的感光色素分别感受三种基本颜色 缺乏辨别某种颜色的能力 称为色盲 若辨别某种颜色的能力较弱 则称为色弱 IV 第一节人的视觉与听觉特性 由于各种颜色对人眼的刺激不同 人眼的色觉视野也就不同 人眼对白色的视野最大 对黄色 蓝色 红色的视野依次减少 而对绿色的视野最小 图人的色视野 IV 第一节人的视觉与听觉特性 2 视区按视觉的辨认清晰度和速度 分为4个视区 注意 中心视区很小 在水平和铅垂两个方向上都只有1 5 3 要看清更大的范围靠目光的 巡视 人的视野在左右水平方向大于上下垂直方向 例 显示器高度设置 IV 第一节人的视觉与听觉特性 2 视角与视敏度 1 视角与视距视角 确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度 2arctg D 2L 视角 D 被看物体上两端点的直线距离 L 眼睛到被看物体的距离 IV 第一节人的视觉与听觉特性 视距 指人在操作系统中正常的观察距离 几种工作视距推荐值看下表 IV 第一节人的视觉与听觉特性 2 视敏度视力是眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理尺度 以临界视角的倒数来表示 即 视力 1 能分辨被的最小物体的视角图中D 1 5mm 代入上面的关系式 有1 5 3438 5000 1 相应的视敏度 即此人的视力 1 1 视力 1 为正常视力 视力值大 表示眼睛好 图缺口圆环视标 IV 第一节人的视觉与听觉特性 3 明暗适应当人从亮处进入暗处时 刚开始看不清物体 则需要经过一段适应的时间后 才能看清物体 这种适应过程称为暗适应 这个暗适应过程大约需要30min左右才能趋于完成 相反的适应过程称为明适应 明适应过程一开始 人眼感受性迅速降低 30s后变化很缓慢 大约1min后明适应过程就趋于完成 图暗适应与明适应 IV 第一节人的视觉与听觉特性 举例 进出电影院感受 公路地道灯排布要求 工作面的光亮度均匀而且不产生阴影 对于必须频繁改变亮度的工作场所 可采用缓和照明或配戴一段时间有色眼镜 以避免眼睛频繁地适应亮度变化而引起视力下降和视觉过早疲劳 思考 还有其他的例子吗 IV 第一节人的视觉与听觉特性 4 目光巡视特性 视觉运动特征 疲劳程度 水平优于垂直 视线变化习惯 左 右 上 下 顺时针 准确性 水平尺寸和比例的估计更准确 观察情况的优先性 左上 右上 左下 右下 视区内的仪表布置必须考虑这一点 对不同区域的感知速度 右下 左下 右上 左上 警示标识等 设计依据 以双眼视野为设计依据 接受程度 直线轮廓优于曲线轮廓 颜色的易辨认顺序 红 绿 黄 白 颜色相配时的易辨认顺序 黄底黑字 黑底白字 蓝底白字 白底黑字 IV 第一节人的视觉与听觉特性 5 视错觉 对外界事物不正确的知觉 图几何图形错觉 IV 第一节人的视觉与听觉特性 图视错觉在设计中应用的例子 IV 第一节人的视觉与听觉特性 四 听觉器官与听觉特性1 听觉器官耳朵的构造与听觉机制 图听觉器官耳朵的基本构造 IV 第一节人的视觉与听觉特性 2 人的听觉特性 1 人耳的听觉范围听觉是仅次于视觉的重要感觉 其适宜的刺激是声音 一般人最佳听闻频率范围 20 20000Hz随年龄的增长 频率感受的上限逐年连续降低 但对小于2000Hz的低频率范围 听觉灵敏度几乎不受年龄影响 IV 第一节人的视觉与听觉特性 2 方向敏感度由于两耳听觉的微小差异 使人得知声音传来的方向 称为 双耳效应 声音频率越高 声波波长越短 辨别声音方向越容易 即听觉方向敏感性随频率增加而增大 右耳的方向敏感性与声音频率的关系如图所示 IV 第一节人的视觉与听觉特性 图听觉的方向敏感度 3 掩蔽效应一个声音被另一个声音所掩盖的现象 称为掩蔽 一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应 称为掩蔽效应 在设计听觉传递装置时 应当根据实际需要 有时要对掩蔽效应的影响加以利用 有时则要加以避免或克服 IV 第一节人的视觉与听觉特性 第二节显示装置的类型与设计原则 一 显示装置的类型与性能特点机器传递给人信息的显示装置 它们共同的特征是能够把机器设备的有关信息以人能接收的形式显示给人 在人机系统中 按人接受信息的感觉通道不同 可将显示装置分为视觉显示 听觉显示和触觉显示 各自的优缺点 显示装置按形式可分为仪表显示 信号显示 信号灯 听觉信号 触觉信号 荧光屏显示等 IV 显示的典型应用 显示仪表的常见类型有刻度指针式仪表和数字式显示仪表 IV 第二节显示装置的类型与设计原则 为数量信息选择最合适的显示方式 左 直接显示参数的CASIO电子手表右 COBRA手表 Audi汽车的指针式仪表 IV 信号与显示器设计的一般人机学原则信号和显示器的种类和数量应符合信息的特性 当显示器数量很多时 为了能清楚地识别信息 其空间配置应保证能清晰 迅速地提供可靠的信息 对它们的排列可根据工艺过程或特定信息的重要性和使用频度来进行安排 也可依据过程的功能 测量的种类来分成若干组 信号和显示器的种类和设计应保证清晰易辨 这一点对于危险信号尤其重要 应考虑例如强度 形状 大小 对比度 显著性和信躁比 信号显示的变化速率和方向应与主信息源变化的速率和方向相一致 在以观察和监视为主的长时间的工作中 应通过信号和显示器的设计和配置来避免超负荷和负荷不足的影响 IV 第二节显示装置的类型与设计原则 第三节显示仪表的设计与布置 一 显示仪表设计的人机学因素1 仪表刻度盘 1 仪表刻度盘的形式 图刻度指针式仪表的形式a 开窗式b 半圆形c 圆形d 水平直线形e 铅垂直线形f g h 非整圆形 IV 几种仪表刻度盘的形式与误读率 IV 第三节显示仪表的设计与布置 2 仪表刻度盘的尺寸仪表刻度盘尺寸选取的原则是基本保证清晰分辨刻度条件下 选取较小的直径 以圆形仪表为例 其最佳直径D与目视距离L 刻度显示最大数I之间的关系 I一定LDL一定ID表盘设计的最优直径为仪表刻度盘的最佳直径应根据操作者观察的最佳视角来确定 有实验结果表明 仪表盘的最佳视角在2 5 5 的范围内 IV 第三节显示仪表的设计与布置 例 计算刻度盘外轮廓尺寸D与视距L的数值关系刻度盘外轮廓对应的视角 一般可取 2 5 5 具体选取时还要考虑刻度线的数量 光照条件 空间限制等因素的影响 刻度盘外轮廓尺寸D 与视距L 大概关系如下 2 5 60 5 60 150 300 D 3438 L 150 300 3438 LD L 23 L 11 即刻度盘外轮廓尺寸宜在L 23 L 11之间选取 IV 第三节显示仪表的设计与布置 色彩单色界面 对认读速度和误读率有影响 墨绿色和淡黄色仪表表面分别配上白色和黑色的刻度线时 其误读率最小 而黑色和灰黑色仪表表面配上白色刻度线时 其误读率最大 不宜使用 一般条件下 即无需暗适应下 以亮底暗字为佳 当仪表在暗处 观察者在明处 即需暗适应下 以暗底亮字为好 IV 第三节显示仪表的设计与布置 彩色界面设计准则 非专业用户或不常使用显示器的用户 颜色限制在1 4种 最多不超过7种 为了尽可能提高分辨能力 可以选择一些特殊的颜色来扩大两种颜色的波长间隔 但不要采用仅与某种主色的深浅程度有所差别的颜色 避免同时显示高饱和度的极端颜色 在大显示器边缘区域的小符号和小形状不应采用红和绿 背景很大的形状最好采用蓝色 非饱和色 但蓝色不要用于文字 细线或小形状 在相互靠近或有物体 背景关系的场合采用反差的颜色无一定的准则 字母符号的颜色必须与背景颜色形成对比 在使用颜色的时候 必须利用形状或亮度作为一种辅助提示 颜色种类数增加 则标注颜色物体的尺寸也应增大 2 数码与字符涉及的因素有 尺寸大小 字符宽高比和笔画粗细 字体选择 数码 字符主体色与背景色的搭配等 仪表盘上数码与字符对应的视角 一般可取 10 30 由此可算出字符尺寸D与视距L的关系为 D L 350 L 110 对字符尺寸的影响因素还有光照强弱 字符与背景的明度与色彩对比 要求认读的快慢等 中等光照及通常条件下 D L 250 IV 第三节显示仪表的设计与布置 3 刻度及刻度线 1 刻度标值刻度值应标注整数 只标注在长刻度线上 刻度值按从左到右 从上到下 或顺时针方向递增 图适宜与不适宜的刻度标值示例 IV 第三节显示仪表的设计与布置 2 刻度间距刻度间距 简称刻度 太小 视觉分辨困难 但过大则使认读效率下降 一般照明条件下 刻度对应的视角宜取 5 11 由此可知刻度间距D与视距L应有关系 D 5 3438 11 3438 LD L 700 L 300 距离的不同 刻度间距也可不同 当只需表现某一容许范围而不必估算其具体数值时 可采用定性显示方式 刻度没有细分 仅以极限值为界 以不同颜色的区域表示 IV 第三节显示仪表的设计与布置 3 刻度线刻度线长度基本取决于视距 在足够的照明条件下 当观察距离L一定时 刻度线最小长度可按下列近似计算式计算 长刻度线长度 L 90 中刻度线长度 L 125 短刻度线长度 L 200 IV 第三节显示仪表的设计与布置 图三级长度的刻度线图三级刻度线的宽度长度 刻度线的宽度一般取间距大小的5 15 当刻度线宽度为间距的10 时 判读误差最小 刻度线间不加区分的间隔数目以1 2 5倍累进 当要求指示精度较高时 每个刻度单位必须具有刻度标数 如果刻度过于稠密 可以每5个或10个刻度单位设一个标数 标数本身的规格尺寸不要多于3种 刻度值标数应取整数 狭长形字母数字的分辨率较高 其高度比常取5 3或3 2的比例 IV 第三节显示仪表的设计与布置 4 有关仪表结构因素的举例 1 指针与盘面指针尾部颜色应与刻度盘面颜色一致 形状应以头部尖 尾部平 中间等宽或狭长三角形为好 指针与刻度线的间隔宜取1 2mm 指针的针尖应与最小刻度线等宽 为1 0mm 2 5mm 并应贴近刻度盘表面 以减少误差 IV 第三节显示仪表的设计与布置 为避免读数误差 指针旋转平面与刻度线盘面处在同平面上 IV 2 盘面结构与字符数码的立位 一般最小刻度不标数 最大刻度必须标数 指针运动式仪表标数的数码应当垂直 表面运动的仪表数码应当按圆形排列 若仪表表面的空间足够大 则数码应标在刻度记号外侧 以避免它被指针挡住 若表面空间有限 应将数码标在刻度内侧 以扩大刻度间距 指针处于仪表表面外侧的仪表 数码应一律刻在刻度内侧 开窗式仪表窗口的大小至少应能显示被指示数字及其上下两侧的两个数 以便观察指示运动的方向和趋势 对于表面运动的小开窗仪表 其数码应按顺时针排列 当窗口垂直时 安排在刻度的右侧 当窗口水平时 安排在刻度的下方 并且使字头向上 IV 第三节显示仪表的设计与布置 2 3 4 5 2 第三节显示仪表的设计与布置 2 盘面结构与字符数码的立位 对于圆形仪表 不论表面运动式或指针运动式 均应使数码按顺时针方向依次增大 数值有正负时 0位设在时针12时位置上 顺时针方向表示 正值 逆时针方向表示 负值 对于长条形仪表 应使数码按向上或向右顺序增大 不做多圈使用的圆形仪表 最好在刻度全程的头和尾之间断开 其首尾的间距以相当于一个大刻度间距为宜 IV 指针的零位一般设在时钟12时或9时的位置上 指针不动 表面运动的仪表指针零位应在时钟12时位置 追踪仪表应处在9时或12时位置 圆形仪表可视需要安排或设在12时的位置上 警戒仪表的警戒区应设在12时处 危险区和安全区则处于其两侧 IV 第三节显示仪表的设计与布置 二 显示仪表的布置显示装置较多时 仪表板改为弧围或折弯形 也可采用多块组合式面板 一般情况下可采用三块组合式面板 IV 第三节显示仪表的设计与布置 图控制台面板的形式及其布置a 弧围形b 折弯形c 多块组合式d 三块折式 显示装置布置的一般原则如下 按视觉特性排列仪表排列的水平范围应大于垂直范围 仪表的排列顺序和方向应遵循人眼自左至右 自上而下和顺时针方向圆周运动扫视的视觉特性 人眼的观察效率以左上方为最优 其次是右上 左下 右下为最差 仪表应按其重要程度和使用频率的要求分别布置在观察效率不同的方位上 排列应尽量紧凑 所在平面与人的正常视线接近于垂直 IV 第三节显示仪表的设计与布置 图显示装置布置区域及认读效果的示例a 仪表板的尺寸 mm 与分区I最佳认读区 II一般认读区b 不同区域的正确认读时间1认读右半部 2认读左半部 IV 第三节显示仪表的设计与布置 第三节显示仪表的设计与布置 图显示装置平面与视线尽量垂直 IV 按仪表的重要程度排列常用的主要显示仪表应尽可能排列在视野中心3 范围内 一般性显示仪表可安排在20 40 视野范围内 次要的显示仪表可布置在40 60 的视野范围内 对80 以外的视野范围 因其视觉认读效率低 一般不宜放置显示仪表 汽车常用控制器的排列 速度表 最明显易见位置 油表 里程表按观察频率依次排布 IV 第三节显示仪表的设计与布置 第三节显示仪表的设计与布置 按使用顺序排列应与仪表在操作过程中的使用顺序一致 同时 排列顺序还应注意仪表之间在逻辑上的联系 彼此有联系的仪表应尽量靠近 以提高认读效率和降低误读率 按功能进行组合排列仪表的排列应当符合操作活动的逻辑性 因此 仪表和相应的操纵器应按它们的功能用途分组 即把传递同一参数信息或与完成同一功能作用的一些仪表分组排列 IV 第三节显示仪表的设计与布置 图美国SAEJ209号标准推荐的仪表功能分区布置 按最佳零点方位排列在排列多个标量显示仪表时 应使其在正常工作状态下指针全部指向同一方向 零点标志的最优方位如图所示 学生说明 图零位标志的最优方位 IV 第三节显示仪表的设计与布置 按仪表与操纵器的相合性排列当多个仪表对应于多种操作器时 两者的排列方式会影响操纵效率 因大多数人均用右手操作 所以仪表应排列在对应操纵器的左面或上面 以避免遮挡视线 图仪表不同排列方式的比较 IV 第三节显示仪表的设计与布置 QuantumSmartBake 自动面包烤制机 具有拌料 揉面 发面和烘烤等综合功能 能制作不同大小和样式的面包 显示装置设计欣赏 IV D RADIO 为ABCRadio设计的虚拟控制台 实现集成的广播系统 可将几个播音室的功能合成在一个复杂的软件环境 它是澳大利亚广播公司数字化广播策略的一个关键部分 IV KIDCOM 为4岁至9岁儿童设计的通讯产品 通过友好的界面设计 适度的形体 项链式的佩带方式 利用儿童对 虚拟宠物 的迷恋 使儿童对该产品爱不释手 这样 通过GPS功能 使父母能知道孩子在哪里 能与孩子保持联系 Quantum Sunbeam的电热水壶 设计中体现出很好的使用者操作界面研究 传达出一种柔美的 稳定的视觉感受 并且易于清洗 出于对产品安全性的考虑 该产品设计中把人机工程学设计放在了优先位置 壶的把手部分位于水的质心部位 并处于一定倾斜角度 这样可以提供最佳的力平衡 从而减少使用者提起壶倒水时腕部产生的疲劳 这一点对于老年人或有关节炎的使用者尤为重要 壶顶面向壶嘴方向倾斜 避免倒水时壶中溢出的热气伤手 两边都有水位观察窗 同时底座可做360度旋转 这些都考虑到左右手两种使用者的使用方便性 IV K23系列高级商务终端 Keycorp公司的下一代电子付款终端 人机工程要素 使用者手掌尺寸的适配性 大面积的发光信息显示 给使用者以适当压力触觉反馈的按键设计 紧凑和保密性等 有一定倾斜度的使用界面也便于操作 IV IV 第四节信号显示设计 一 信号显示的类型与特点信号显示有视觉 听觉 触觉信号3种类型 各类型都可以是有源 或无源信号 1 视觉信号一般由稳光 或闪光的信号灯构成 信号灯是实现远距离信息显示的常用方法 主要优点是刺激持久 明确 醒目 闪光信号灯的刺激强度更高 易于管理和维护 便于实现自动控制 缺点是不适于传达复杂信息 IV 采用多种颜色表示不同的状态 打印机 电脑 荧光屏特点 既能显示图形 符号 信号 又能显示文字 既能追踪显示 又能显示多媒体的图文动态画面 应用 图文电视屏幕 计算机高分辨率显示器 示波器 彩超及雷达