六人机的信息界面设计PPT课件

.,1,人机工程学,.,2,第六讲人机的信息界面设计,.,3,6.1人机信息界面的形成6.1.1人机信息交换系统模型,人机信息界面包括环境信息、机器信息的显示与控制装置。人机信息交换系统的一般模型，见图6-1。,.,4,6.1.2人机信息交换方式,显示装置是人机系统中，将机器的信息传递给人的一种关键部件，人们根据显示信息来了解和掌握机器的运行情况，从而控制和操纵机器。按人接受信息的感觉通道不同，信息显示装置分为视觉显示，听觉显示和触觉显示，其特征参阅表6-1。,.,5,6.2视觉信息显示设计,视觉显示装置设计要求：,正确显示信息、观察认读准确、迅速、不易疲劳。,.,6,6.2.1仪表显示设计,按结构形式可分为：模拟式显示仪表（指针活动仪表、指针固定式仪表）和数字式仪表，其特点参阅表6-2。1.模拟式显示仪表用模拟量（刻度和指针）来显示机器的有关参数和状态。特点：显示的信息形象化、直观，使人对模拟值在全量程范围内所处的位置一目了然，并能给出偏差量，对于监控作业效果很好。应用：钟表、汽车上的油量表、氧气瓶上的压力表。,.,7,2.数字式显示仪表直接用数码来显示机器有关的参数或工作状态。特点：认读过程简单、直观，只要对单一数字或符号辨认识别就可以了。认读速度快，精度高，且不易产生视觉疲劳。应用：计算器、电子表及列车运行的时间显示屏幕。3.混合显示仪表屏幕式显示装置是在有限面积的显示屏上显示各种类型信息的装置。特点：显示信息的种类多，显示效果好。应用：显示器、示波器、雷达、彩超、各种产品上的显示屏等。,.,8,6.2.1仪表显示设计,1.仪表形式，见图6-2常用的有圆形、半圆形、直线形（水平直线形、垂直直线形）、扇形、开窗等。开窗式仪表显露的刻度少，认读范围小，视线集中，认读时眼睛移动的距离短，因而认读迅速准确，效果好。圆形和半圆形刻度盘的认读效果优于直线形刻度盘；水平直线形优于竖直直线形。,.,9,2.表盘尺寸表盘尺寸与刻度标记的数量和观察距离有关，一般表盘尺寸随刻度数量和观察距离的增大而增大。以圆形仪表为例，其最佳直径D，目视距离L、刻度显示最大数I之间的关系如图6-3所示。刻度盘的最小直径与标记数量和视距的关系见表B1。,.,10,3.刻度与标数表盘上的刻度线、刻度线间距、文字和数字尺寸是依据视距确定的。仪表刻度线一般分为长刻度线、中刻度线、短刻度线三级，见图T1。刻度：刻度盘上两最小刻度标记间的距离和刻度标记统称为刻度。刻度大小对读数误差的影响见图T2。刻度线的高度：表盘上的刻度线高度、文字和数字尺寸是依据视距确定的，参见表6-3。,.,11,刻度间距：小刻度线之间的最小距离。若视距为L时，小刻度的最小间距为L/600；大刻度的最小间距为L/50。对于人眼直接判读的仪表刻度最小尺寸不宜小于0.61mm，最大可取48mm，而一般情况取12.5mm。刻度线的宽度：一般以小刻度标记作为基准，其宽度一般取刻度间距的5%5%为宜，当刻度线宽度为间距的10%时，判读误差最小。狭长形字母、数字的分辨率较高，其高度比常取5:3或3:2。,.,12,仪表的标数，可参考下列原则进行设计：,（1）通常，最小刻度不标数，最大刻度必须标数。（2）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。（3）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，数码应一律标在刻度内侧。（4）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。,.,13,（5）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，并且都使字头向上。（6）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位设在时钟12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，应使数码向上或向右顺序增大。（7）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。仪表刻度与标数的优劣对比见图6-4。,.,14,4.仪表指针指针的形状：应以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形为好。见图T3指针的长度：实验结果表明，指针长度对读数误差影响很大，当指针与刻度线的距离超过0.6cm时，距离越大，认读误差就越大；相反，从0.6cm开始，越接近0，认读误差越小；当间距接近0.2厘米m，0.1cm时，认读误差保持不变。因此，指针与刻度线的间隔宜取0.10.2cm。指针的宽度：最重要的是针尖的宽度，针尖的宽度应与最小刻度线等宽；指针应尽量贴近刻度盘表面，以减少认读时的视差。指针的零位：指针零点位置的选择与它的使用情况有关，一般部选择在时钟9点和12点的位置，如表B2。,.,15,5.仪表的色彩仪表色彩是否合适，将影响认读速度和误读率。颜色设计主要是刻度盘面，刻度线和数码、字符以及指针的颜色匹配问题，它对仪表的造型设计、仪表的认读有很大影响。指针、刻度标记、数码的颜色应与刻度盘的颜色有明显的区别和对比，但指针与刻度标记，数码的颜色应尽可能协调。颜色搭配应遵循一定的规律，如表B3。,.,16,6.仪表面板形式及其布置见图T4a、T4b，表B4最佳观察角度7090度，视距5071cm,仪表板上的仪表位置设计原则如下：,（1）按仪表的重要程度排列（2）按使用顺序排列（3）按功能进行组合排列（4）按最佳零点方向排列，见图T5（5）按视觉特性排列（6）按显示和操纵相合性（协调性）排列，见图T6,.,17,6.2.2信号显示设计,1.信号灯设计（1）信号灯的特点、用途特点：面积小，视距远，引人注目，简单明了，但信息负荷有限。作用：指示操作；显示工作状态。（2）信号灯的视距和亮度设计亮度：两倍于背景的亮度。视距：能见距离（空气透明度、对象的大小、亮度、颜色、背景），见表6-4，表6-5。,.,18,（3）信号灯形状、标记设计信号灯应选用不同的颜色、形状、标记进行编码区分，形状、标记应与其表示的意义有逻辑联系。如“”表示指向，“”表示禁止，“！”表示警告，慢闪光表示慢速等。闪光信号较之固定光信号更能引起人注意，闪光信号的作用：（1）引起观察者的进一步注意；（2）指示操作者立即采取行动；（3）反映不符合指令要求的信息；（4）用闪光的快慢指示机器或部件运动速度的快慢；（5）用以指示警觉或危险信号。闪光信号的强弱应视具体情况而定，如表示重要信息或危险信号的闪光，其强度应比其他信号强，但光的强度不能大到刺眼和炫目。闪光信号的闪烁频率一般为0.671.67Hz，较优先和较紧急的信息可使用较高的闪烁频率（1020Hz）。不同背景的灯光信号对人的认读效果有较大的影响，见表6-6,.,19,（4）信号灯的颜色设计建议采用的10种以内编码颜色，按其不同颜色之间相互不易混淆的程度，依次排列为：黄、紫、橙、浅蓝、红、浅黄、绿、紫红、蓝、黄粉。单个信号灯，蓝绿色最清晰。信号灯颜色的含义见表6-7。（5）信号灯的布置重要信号灯与重要仪表一样，必须布置在最佳视区视野中心3范围内，一般信号灯在20范围内，只要信号灯布置在离视野中心6080范围外，但仍须在不必转头即能看到的范围内。信号灯显示与操纵或其他显示有关时，应与有关器件位置靠近，成组排列，而且信号灯的指示方向与排列方向须保持一致，例如开关向上时，上方信号灯亮等。,.,20,2.显示屏设计(信息显示屏设计)（1）显示屏的显示特征：在显示屏上显示视觉信息特点：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、流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、彩超及雷达等产品，如表B5。,.,21,（2）目标的亮度、呈现时间亮度：目标亮度愈高，愈易觉察，但是当目标亮度超过34cd/m时，视敏度不再继续有较大的改善。呈现时间：T=0.5s大体上已可满足视觉辨别的基本要求；T=23s，是最有利的数值。（3）目标的运动速度目标的运动状态对视觉辨别有很大影响。运动着的目标比静止目标易于察觉，但难于看清。视敏度与目标运动状态的关系如表6-8所示。,.,22,（4）目标的形状、大小和颜色形状：目标形状辨认效率优劣次序：三角形、圆形、梯形、方形、长方形、椭圆形、十字形。颜色：在单色显示屏上，白色、绿色、黄色、琥珀色对深灰色或黑色形成的颜色对比最适合于图形和字符的识别。通常：白色、绿色等明快的颜色用作目标色，而深灰色或黑色作为背景色。大小：与视距有关，参阅表6-9，字符的高宽比例可取2：1或1：1，其笔画宽与字高之比可取1：8或1：10。,.,23,彩色显示色彩设计准则：,（1）如果使用者是非专业用户或是不常使用显示器的用户，显示器上的颜色限制在1-4种，最多不超过7种；（2）尽量选用不同的色调，避免采用深浅程度有所差别的同一种颜色；（3）避免同时显示高饱和度的极端颜色；（4）推荐使用色彩组合：a.绿、黄、橙、红、白；b.蓝、青、绿、黄、白；c.青、绿、黄、橙、白；（5）避免使用色彩组合：a.红和蓝；b.红和青；c.洋红和蓝；（6）在大显示器边缘区域的小符号和小形状不应采用红和绿色；（7）背景和大的形状最好采用兰色，但蓝色不要用于文字、细线或小形状；（8）字母符号的颜色必须与背景颜色形成对比；（9）在使用颜色时，可以利用形状或亮度作为一种辅助提示。比如所有的黄色符号用三角形，绿色符号用圆形，红色符号用正方形等，这样显示器更容易为那些缺乏颜色感的用户接受。,.,24,（5）目标与背景的关系亮度对比度=（目标亮度-背景亮度）/背景亮度目标的亮度必须达到亮度对比度高于能见的阈值，目标才能被看见。在背景亮度为0.3434cd/m的情况下，亮度对比阈一般随着背景亮度的增大而缩小，大体上呈线性关系；在背景亮度为68cd/m时，达到最大值的90%；以后背景亮度再增大，亮度对比阈只有很小的改变。所以，就亮度对比感受性而言，68cd/m可以视做背景亮度的最优数值。,.,25,3.图形符号设计（1）图形符号的显示特征:形象、直观（2）根据人的视觉特性和视觉运动规律，图形符号的设计应当遵循以下原则:a.图形符号要反映出客体的特征；图形符号的辨认速度和准确性，与图形符号的特征数量有关，参阅表6-10。b.图形标志应明显突出于背景之中，使图形标志与背景形成较大的反差。c.图形边界应明确、稳定。d.应尽量采用封闭轮廓的图形，以加强其视觉效果。e.应和其他显示部分结合成为统一的整体。f.标志是一种形象语言，为便于识别，其颜色有特定意义。,.,26,生产、交通等方面使用色彩的含义如下：（1）红a.停止：交通工具要求停车，设备要求紧急刹车；b.禁止：表示不准操作，不准乱动，不准通行；c.高度危险：如高压电、下水道口、剧毒物、交叉路口等；d.防火：消防车和消防用具都以红色为主色。（2）橙用于危险标志，涂于转换开关的盖子、机器罩盖的内表面、齿轮的侧面等。橙色还用于航空、船舶的保安措施。（3）黄明视性好，能唤起注意，多用于警告信号。如铁路维护工穿黄衣服。（4）绿a.安全：引导人们行走安全出口标志用色；b.卫生：救护所、保护用具箱采用此色；c.表示设备安全运行,.,27,（5）蓝警惕色。如开关盒外表涂色，修理中的机器、升降设备、炉子、地窖、活门、梯子等的标志色。（6）紫红表示放射性危险的颜色（7）白表示通道、整洁、准备运行的标志色。白色还用来标志文字、符号、箭头，以及作为红、绿、蓝的辅助色。（8）黑用于标志文字、符号、箭头，以及作为白、橙的辅助色。管道颜色标记参阅表6-11,.,28,（3）图形标志符号的应用,图形标志设计的知觉原则示例,.,29,图形符号设计,汽车上使用的图形符号,.,30,图形符号设计,道路交通标志示例,.,31,图形符号设计,电子产品使用的部分符号,.,32,提示正确提举姿势的图形符号设计方案,.,33,6.3听觉信息传示设计6.3.1听觉信息传示装置,听觉信息传示具有反应快，传示装置可配置在任一方向上，用语言通话时应答性良好等优点，因而在下述情况下被广泛采用：信号简单、简短时；要求迅速传递信号时；传示后无必要查对信号时；信号只涉及过程或时间性事件时；视觉负担过重或照明、振动等作业环节不利于采用视觉信息传递时；操作人员处于巡视状态，并需要从干扰中辨别信号时。,.,34,常见的音响报警装置：1.蜂鸣器它是音响装置中声压级最低，频率也较低的装置。蜂鸣器发出的声音柔和，不会使人紧张或惊恐，适用于较宁静的环境，常配合信号灯一起使用，作为指示性听觉传示装置，提请操作者注意，或指示操作者去完成某种操作，也可做指示某种操作正在进行。2.铃因铃的用途不同，其声压级和频率有较大的差别，例如电话铃声的声压级和频率只稍大于蜂鸣器，主要是在宁静的环境下让注意。而用作指示上下课的铃声和报警器的铃声，其声压级和频率就较高，可在有较高强度噪声的环境中使用。,.,35,3.角笛和汽笛角笛的声音有吼声（声压级90100dB）和尖叫声（高声强、高频）两种。常用做高噪声环境中的报警装置。汽笛声频率高，声强也高，较适合于紧急事态的音响报警装置。4.警报器声音强度大，可传播很远，频率由低到高，发出的声音富有调子的上升和下降，可以抵抗其他噪声的干扰，特别能引起人们的注意，并强制性的使人们接受。它主要用作危机事态的报警。,.,36,听觉信息传示装置设计必须考虑人的听觉特性，以及装置的使用目的和使用条件。具体内容如下：为提高听觉信号传递效率，在有噪声的工作场所，须选用声频与噪声频率相差较大的声音作为听觉信号，以削弱噪声对信号的掩蔽作用。听觉信号与噪声强度的关系常以信号与噪声的强度比值（信噪比）来描述，即：信/噪=10lg信号强度/噪声强度信噪比越小，听觉信号的可辨性越差。所以应根据不同的作业环境选择适宜的信号强度。常用听觉信号的主宰频率和强度可参考表6-12。,.,37,表6-12几种常用听觉信号的主宰频率和强度,.,38,使用两个或两个以上听觉信号时，信号之间应有明显的差异；而某一种信号在所有时间内应代表同样的信息意义，以提高人的听觉反应速度。应使用间断或变化信号，避免使用连续稳态信号，以免人耳产生听觉适应性。,.,39,要求远传或绕过障碍物的信号，应选用大功率低频信号，以提高传示效果。对危险信号，至少应有两个声学参数（声压、频率或持续时间）与其它声信号或噪声相区别；而且危险信号的持续时间应与危险存在时间一致。,.,40,6.3.2言语传示装置,用语言传递人与机器的信息，使其具有一定的表达能力。传递和显示言语信号的装置称为言语传示装置。特点：更符合人的习惯，信息含意准确、接收迅速、信息量较大等，但易受噪声的干扰。应用：无线电广播、电视、电话、报话机和对话器、耳机及其它录音、放音的电声装置。,.,41,在设计言语传示装置时应注意以下问题：1.言语的清晰度在人机工程学和传声技术上，通常用清晰度作为言语的评定指标。言语清晰度指人耳对通过它的言语(音节、单词、语句)中正确听到和理解的百分数。设计言语传示装置，其言语的清晰度必须在75以上，才能正确无误地传达信息。2.言语的强度言语的强度直接影响言语清晰度。语音的平均感觉阈限为2530dB（即测听材料可有50被听清楚），而汉语的平均感觉阎限是27dB。言语传示装置的言语强度最好在6080dB。,.,42,由右图可看出，当言语强度接近120dB时，受话者将有不舒服的感觉；达到130dB时，受话者耳朵即有发痒的感觉，再高便达到了言语痛阈，将损害耳朵的功能。,言语强度与清晰度的关系,.,43,3.环境噪声中的言语通信为了保证在噪声环境中，讲话人与收听人之间能进行言语通讯，就必须按正常嗓音和提高了的嗓音定出极限通讯距离（表6-14）。在此距离内，通讯双方的言语清晰度均达到75以上。,表6-14言语通信与噪声干扰之间的关系,.,44,6.3.3听觉传示装置的选择,1.音响传示装置的选择有背景噪声的场合，音响显示装置和报警装置的频率要在噪声掩蔽效应最小的范围内，使人们在噪声中也能辨别出音响信号。对于引起人们注意的音响显示装置，最好使用断弦的声音信号；而对报警装置最好采用变频的方法，使音调有上升和下降的变化，更能引起人们的注意。另外，警报装置最好与信号灯一起作用，组成“视、听”双重报警信号。要求音响信号传播距离很远和穿越障碍物时，应加大声波的强度，使用较低的频率。在小范围内使用音响信号，应注意音响信号装置的多少。当音响信号装置太多时，可舍去一些次要的装置，保留较重要的，以减少互相干扰和混淆。,.,45,2.言语传示装置的选择需要显示较多信息的场合，可用一个言语传示装置代替多个音响装置，且表达准确、不易混淆。言语传示装置所显示的信息表达力强、细致、明确，可代替一般的视觉显示器用于指导检修和故障处理等工作。在某些追踪操纵作业中，言语传示装置的效率不低于视觉信号，如飞机着陆导航。在某些非职业性领域如广播、电视和娱乐等，采用言语通讯装置比音响装置更符合人们的习惯。,.,46,6.4操纵装置设计6.4.1常用的操纵装置,常用的几种操纵器的功能见表6-16，其形态见图6-5,表6-16各种操纵器的功能和使用情况,.,47,6.4.2手控操纵装置设计,1.触觉功能和触觉特性不太敏感、适应迅速、有立体感2.操纵手把的设计设计合理的手把，应考虑下述几点：（1）手把的形状应与手的生理特点相适应，见图6-6（2）手把的形状便于触觉对其进行识别，见图6-7（3）尺寸应符合人手尺度的需要，见图6-83.适宜的用力范围，参阅表6-13，表6-144.操纵器的适宜尺寸，与人体尺度的关系见图6-9，表6-15,.,48,6.4.3脚控操纵装置设计,1.适宜的操纵力脚控操纵器主要有脚踏压板、脚动开关和脚踏板。在操纵力大于50150N且需要连续用力时，才选用脚踏板，一般选前两者较多。为了防止无意踩动，脚控操纵器至少应有40N的阻力，脚控操纵器的适宜用力见表6-162.脚控操纵器的尺寸脚踏板一般设计成矩形，其宽度与脚掌等宽为佳，一般大于2.5cm；脚踏时间较短时最小长度为67.5cm；脚踏时间较长时为2830cm，踏下行程应为617.5cm，踏板表面宜有防滑齿纹。脚踏按钮是取代手控按钮的一种脚控操纵器，可以快速操作，其直径为58cm，行程为1.26cm。3.脚踏板结构形式的选择相同条件下，不同结构形式的脚踏板，其操纵效率是不同的，见图6-104.脚踏板的布置形式实验指出，脚踏板布置在座椅前7.628.89cm，离椅面517.8cm，偏离人体正中面小于7.512.5cm处，操作方便，出力最大，有利于提高操作效率,.,49,6.4.4脚控操纵装置设计,1.操纵装置编码1）形式编码，见图6-112）位置编码3）尺寸编码4）颜色编码5）符号编码2.操纵器的选择选择依据参阅表6-17，表6-18，表6-19,.,50,6.5操纵与显示相合性,1.操纵显示比操纵器和显示器移动量之比，即C/D，见图6-12，图6-132.操纵与显示相合性原则相合性设计应遵循的原则，见图6-143.操纵显示的编码和编排相合性重要的原则是见操纵显示的编码应尽可能一致，见图6-15,.,51,图6-1人机信息交换系统模型,返回,.,52,表6-1三种显示方式传递的信息特征,返回,.,53,混合显示仪表,返回,.,54,返回,表6-2显示仪表的功能特点,.,55,图6-2仪表形式与误读率的关系,返回,.,56,返回,图6-3圆形仪表的最佳直径,由图可知，I一定时，D随L的增加而增大；L不变时，D随I的增加而增大。,.,57,表B1刻度盘的最小直径与标记数量和视距的关系,返回,.,58,图T1刻度标记的形式,返回,.,59,图T2刻度大小对读数误差的影响,返回,.,60,表6-3目视距离与刻度线的最佳高度,返回,.,61,返回,图6-4仪表刻度和标数的优劣对比,.,62,返回,图T3指针的基本形状,.,63,表B2指针的零点位置,返回,.,64,清晰的配色,模糊的配色,返回,表B3颜色匹配及清晰程度,.,65,返回,图T4控制台面的形式及其布置（a）多块组合式,.,66,图B4多块组合和三块组合式面板的布置,返回,.,67,图T4控制台面的形式及其布置（b）三块折式,返回,.,68,图T5零点标志的最优方向,返回,