第5章人机信息界面设计(显示装置)

1、主要内容主要内容人机信息界面设计人机信息界面设计5.15.1人机信息界面的形成人机信息界面的形成5.25.2视觉信息显示设计（仪表设视觉信息显示设计（仪表设计）计）5.35.3其它视觉信息显示设计其它视觉信息显示设计5.45.4操纵装置设计操纵装置设计5.55.5操纵与显示的相合性操纵与显示的相合性 仪表显示装置设计仪表显示装置设计5.1人机信息界面的形成人机信息界面的形成l 人机界面的定义：l 人机信息交换系统模型（如下图）l 人机信息界面包括环境信息、机器信息的显示和机器接受信息的控制1人机信息交换系统模型人机信息交换系统模型 仪表显示装置设计仪表显示装置设计2人机信息交换方式人机信息交换

2、方式显示装置显示装置定义定义：机器和设备中专门用来向人们表达机械和机器和设备中专门用来向人们表达机械和设备的性能参数、运转状态、工作指令以及设备的性能参数、运转状态、工作指令以及其他信息的装置。其他信息的装置。特点特点：把机器设备的有关信息以人能接受的形式把机器设备的有关信息以人能接受的形式显示给人。显示给人。分类分类：视觉显示、听觉显示、触觉显示视觉显示、听觉显示、触觉显示 仪表显示装置设计仪表显示装置设计2人机信息交换方式人机信息交换方式控制器控制器控制器的含义：控制器的含义：控制器是把人的输出信息转化为机器的输控制器是把人的输出信息转化为机器的输入信息的装置，也即在生产过程中，人是通入信

3、息的装置，也即在生产过程中，人是通过操纵控制器完成对机器的指挥和控制的过操纵控制器完成对机器的指挥和控制的分类：分类：人对机器的控制大多数通过肢体活动实现，人对机器的控制大多数通过肢体活动实现，手动和脚动手动和脚动 仪表显示装置设计仪表显示装置设计5.2视觉信息显示设计视觉信息显示设计(仪表设计仪表设计)1.仪表的分类：仪表的分类：功能功能:读数用仪表、检查用仪表、追读数用仪表、检查用仪表、追 踪用仪表、调节用仪表踪用仪表、调节用仪表结构：结构：刻度指针式仪表、数字式仪表刻度指针式仪表、数字式仪表项目项目定义定义特点特点应用对象应用对象数字式仪表数字式仪表用数码来显用数码来显示有关参数示有关参

4、数和工作状态和工作状态的装置的装置显示简单、准显示简单、准确、显示具体确、显示具体数值数值记数、读取数记数、读取数值的作业值的作业刻度指针式仪刻度指针式仪表表用模拟量来用模拟量来显示有关参显示有关参数和工作状数和工作状态的装置态的装置显示的信息形显示的信息形象化、直观、象化、直观、模拟量所处范模拟量所处范围明显，给出围明显，给出偏差量偏差量监控作业，也监控作业，也可记数读取数可记数读取数值作业值作业 仪表显示装置设计仪表显示装置设计 仪表显示装置设计仪表显示装置设计2.仪表显示设计 仪表的形式仪表的形式 仪表的表盘尺寸仪表的表盘尺寸 刻度与标数刻度与标数 指针设计指针设计 仪表的颜色仪表的颜色

5、 仪表面板形式与布置仪表面板形式与布置仪表的形式仪表的形式 仪表的形式及认读准确率比较仪表的形式及认读准确率比较 仪表显示装置设计仪表显示装置设计 仪表显示装置设计仪表显示装置设计仪表的表盘尺寸仪表的表盘尺寸 刻度盘的大小对认读速度和精度的影响刻度盘的大小对认读速度和精度的影响研究发现：视距研究发现：视距500mm，d：25100圆盘圆盘， 认读准确性先高后低认读准确性先高后低 3570刻度盘，刻度盘，认读准确性没有本质差别认读准确性没有本质差别 17.5刻度盘，刻度盘， 无错认读速度大为降低无错认读速度大为降低 仪表显示装置设计仪表显示装置设计l决定认读效率的不是决定认读效率的不是仪表直径仪

6、表直径，是它，是它与观察距离的比值，即与观察距离的比值，即视角的大小视角的大小。仪。仪表的最优视角是表的最优视角是2.55l表盘尺寸随刻度数量和观察距离的增表盘尺寸随刻度数量和观察距离的增加而增大。加而增大。仪表的表盘尺寸仪表的表盘尺寸 刻度与标数刻度与标数u量表的划分量表的划分u刻度间距：刻度间距：u刻度标记刻度标记u刻度的标数刻度的标数 仪表显示装置设计仪表显示装置设计刻度与标数刻度与标数 .量表的划分量表的划分定义：定义：量表的划分指的是仪表刻度所表示的具体数值的划分。量表的划分指的是仪表刻度所表示的具体数值的划分。规律规律u仪表的最小刻度所表示的量表值应该是所需读出的最小数量单仪表的最

7、小刻度所表示的量表值应该是所需读出的最小数量单位位u同一仪表各个刻度所代表的量值一致同一仪表各个刻度所代表的量值一致u多仪表共用，各仪表之间的读数原则尽量一致多仪表共用，各仪表之间的读数原则尽量一致u每一小刻度代表每一小刻度代表1.2.5或其或其10的倍数，不宜代表的倍数，不宜代表3.6.7等等u刻度值宜只标注在长刻度线上，一般不在中刻度线上标注，尤刻度值宜只标注在长刻度线上，一般不在中刻度线上标注，尤其不标注在短刻度线上。其不标注在短刻度线上。 仪表显示装置设计仪表显示装置设计 a）适宜 b）不适宜适宜与不适宜的刻度标值示例适宜与不适宜的刻度标值示例 仪表显示装置设计仪表显示装置设计.刻度间

8、距：刻度间距：定义：定义：两个最小刻度标记之间的距离两个最小刻度标记之间的距离规律：规律：仪表的读数效率随刻度标记间距增大而增大，仪表的读数效率随刻度标记间距增大而增大，到一临界值降低。刻度间距最好以临界间距为到一临界值降低。刻度间距最好以临界间距为宜，临界间距宜，临界间距视角视角10 仪表显示装置设计仪表显示装置设计 .刻度标记刻度标记分类：分类：大刻度标记、中刻度标记、小刻度标记大刻度标记、中刻度标记、小刻度标记规律：规律：I.I.最小刻度线的宽度取间距的最小刻度线的宽度取间距的5 5%20%20%，10%10%最佳最佳II.II. 表盘运动，标记的宽度等于两刻度标记间距离。例如视距表盘运

9、动，标记的宽度等于两刻度标记间距离。例如视距560-750mm560-750mm，刻度间距，刻度间距2mm2mm，标记宽度为，标记宽度为2mm2mm刻度标记的长度：小刻度标记的长度是刻度间距的刻度标记的长度：小刻度标记的长度是刻度间距的1.521.52倍倍，大中小三级刻度比较好的比例是大中小三级刻度比较好的比例是2 2：1.51.5：1 1或或1.71.7：1.31.3：1 1 仪表显示装置设计仪表显示装置设计.刻度的标数：刻度的标数：最小刻度不标数，最大刻度必须标数最小刻度不标数，最大刻度必须标数标数规律：标数规律： .刻度的标数：刻度的标数： 仪表显示装置设计仪表显示装置设计读数规律：数字

10、递增方向的一般原则是：顺时针方读数规律：数字递增方向的一般原则是：顺时针方向为增加；从左向右的方向为增加；从下向上的向为增加；从左向右的方向为增加；从下向上的方向为增加。方向为增加。 .刻度的标数：刻度的标数： 仪表显示装置设计仪表显示装置设计 仪表显示装置设计仪表显示装置设计使用扇形仪表容易造成读数方向倒错，把数字增大的方使用扇形仪表容易造成读数方向倒错，把数字增大的方向读成减小，可使刻度标记的长度随数字增大而加长向读成减小，可使刻度标记的长度随数字增大而加长指针设计指针设计 仪表显示装置设计仪表显示装置设计 1. 针尖：宽度针尖：宽度=小刻度标记宽度小刻度标记宽度 针体：覆盖在刻度标记上针

11、体：覆盖在刻度标记上 针体宽度针体宽度刻度间距刻度间距 其它，视结构因素而定其它，视结构因素而定 针尾：起平衡作用，宽度由平衡要求决定针尾：起平衡作用，宽度由平衡要求决定2.指针与仪表刻度面间有一定间隙，但要尽量小指针与仪表刻度面间有一定间隙，但要尽量小3. 指针不遮挡刻度标记的仪表，指针距刻度标记指针不遮挡刻度标记的仪表，指针距刻度标记2mm 覆盖刻度标记的指针，长度不超过大刻度标记覆盖刻度标记的指针，长度不超过大刻度标记4.指针颜色与刻度盘颜色有明显区别，与刻度标记、数码指针颜色与刻度盘颜色有明显区别，与刻度标记、数码颜色尽量协调颜色尽量协调5.指针的零位指针的零位 仪表显示装置设计仪表显

12、示装置设计指针的零位仪表指针零位一般在时钟12点或9点的位置上。追踪用仪表有时置于9点位置。当许多检查用仪表排列在一起时，指针的正常位置应处于同一方向，以9点位置为优，但也可采用上下相对的方向。如果需要排成一竖列时，以指向12点位置为优。如果超过6个仪表，则应徘成2行，以免观察时眼睛和身体有较大的移动，仪表的色彩仪表的色彩 仪表显示装置设计仪表显示装置设计指针仪表的颜色设计，主要是度盘面、刻度和数码、字符以指针仪表的颜色设计，主要是度盘面、刻度和数码、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，是仪表中不可忽视的问

13、题。很大影响，是仪表中不可忽视的问题。指针式仪表是靠指针指示的刻度、数字来显示信息。因此，指针式仪表是靠指针指示的刻度、数字来显示信息。因此，度盘面、刻度数字和指针间的颜色选择应使显示的信息认读清度盘面、刻度数字和指针间的颜色选择应使显示的信息认读清晰、醒目，彼此间的颜色搭配应遵循一定的规律。如表所示。晰、醒目，彼此间的颜色搭配应遵循一定的规律。如表所示。 仪表显示装置设计仪表显示装置设计清晰的配色清晰的配色顺序12345678910底色黑黄黑紫紫蓝绿白黑黄被衬色黄黑白黄白白白黑绿蓝模糊的配色模糊的配色顺序12345678910底色黄白红红黑紫灰红绿黑被衬色白黄绿蓝紫黑绿紫红蓝 仪表显示装置设

14、计仪表显示装置设计配色的级次 级次级次12345678910清晰清晰程度程度底色底色 被衬色被衬色 模糊模糊程度程度底色底色 被衬色被衬色 仪表显示装置设计仪表显示装置设计u最清晰的搭配：黑与黄最清晰的搭配：黑与黄 u最模糊的搭配：黑与蓝最模糊的搭配：黑与蓝u最常用的颜色搭配：黑与白（明度对比最高）最常用的颜色搭配：黑与白（明度对比最高）u辨认前方多种不同颜色，容易辨认顺序：红绿黄白辨认前方多种不同颜色，容易辨认顺序：红绿黄白仪表布局与排列仪表布局与排列仪表面板形式与布置仪表面板形式与布置视觉显示装置的观察方式视觉显示装置的观察方式.当观察一个物体时，被当观察一个物体时，被视物在矢状面内与眼睛

15、所成的角度不同时，观察效视物在矢状面内与眼睛所成的角度不同时，观察效果是不同的。果是不同的。仪表布局与排列仪表布局与排列观察角度越大，视角越大，物体在视网膜上视观察角度越大，视角越大，物体在视网膜上视像越大，分辨目标细节能力越强，观察精度提像越大，分辨目标细节能力越强，观察精度提高。高。仪表布局与排列仪表布局与排列.在布置视觉显示装置时，显示信息的表面尽量与观察在布置视觉显示装置时，显示信息的表面尽量与观察者的视线垂直，从而获得最高的观察精度。者的视线垂直，从而获得最高的观察精度。7090图图a所示为正常立姿、坐姿及适宜视距下的显示板平面位所示为正常立姿、坐姿及适宜视距下的显示板平面位置，注意

16、正常视线是在水平线以下。现在汽车的仪表板都置，注意正常视线是在水平线以下。现在汽车的仪表板都基本按这一原则安置，见图基本按这一原则安置，见图b。仪表布局与排列仪表布局与排列仪表的总体布置和排列方式仪表的总体布置和排列方式1.在显示装置较多，仪表板的总面积较大时，宜将在显示装置较多，仪表板的总面积较大时，宜将仪表板由平面形改为弧围形或折弯形，这有利于加仪表板由平面形改为弧围形或折弯形，这有利于加快正确认读，缓解眼睛的疲劳。汽车仪表布置也遵快正确认读，缓解眼睛的疲劳。汽车仪表布置也遵循了循了“等视距等视距”的原则。的原则。弧围形、折弯形仪表板弧围形、折弯形仪表板 仪表布局与排列仪表布局与排列2.

17、根据操作的流程，有些仪表板上的仪表有固定的观察顺根据操作的流程，有些仪表板上的仪表有固定的观察顺序，这些仪表就应按前述目光巡视特性（即视觉运动特性），序，这些仪表就应按前述目光巡视特性（即视觉运动特性），依观察顺序从左到右、从上到下，按顺时针方向旋转来布置。依观察顺序从左到右、从上到下，按顺时针方向旋转来布置。3.根据前述人的视野、视区特性，显示装置的布置应紧凑，根据前述人的视野、视区特性，显示装置的布置应紧凑，以适度缩小仪表板的总范围；并按重要性和观察频度，将显以适度缩小仪表板的总范围；并按重要性和观察频度，将显示器分别布置在合适的视区内。示器分别布置在合适的视区内。水平方向：常用仪表水平方

18、向：常用仪表2040，最重要仪表，最重要仪表03 次要仪表次要仪表4060（单位：度）（单位：度）垂直方向：按观察角选择垂直方向：按观察角选择仪表布局与排列仪表布局与排列4.显示装置的布置，应与被显示的对象有容易理解显示装置的布置，应与被显示的对象有容易理解的一一对应的关系。显示装置布置还一个重要方面，的一一对应的关系。显示装置布置还一个重要方面，就是应该遵循显示与操纵的互动协调原则。就是应该遵循显示与操纵的互动协调原则。5.指针仪表；指针的零点位置一般在时钟的指针仪表；指针的零点位置一般在时钟的9点和点和12点位置。点位置。5.3其它视觉信息显示其它视觉信息显示1.1.信号灯信号灯 （1）特

19、征）特征视觉信号是指由信号灯产生的视觉信息、目前已广泛用视觉信号是指由信号灯产生的视觉信息、目前已广泛用于飞机、车辆、航海、铁路运输及仪器仪表板上。于飞机、车辆、航海、铁路运输及仪器仪表板上。其特点是面积小、视距远，引人注目，简单明了，但信其特点是面积小、视距远，引人注目，简单明了，但信息负荷有限。当信号太多时，会形成杂乱和干扰。息负荷有限。当信号太多时，会形成杂乱和干扰。在大多数情况下，一种信号只用来指示一种状态或情况。在大多数情况下，一种信号只用来指示一种状态或情况。例如运行信号灯只指示某一机件正在运行。警戒信号灯则例如运行信号灯只指示某一机件正在运行。警戒信号灯则用来指示操作者注意某种不

20、安全的因素；故障信号灯则指用来指示操作者注意某种不安全的因素；故障信号灯则指示某一机器或部件出了故障等。示某一机器或部件出了故障等。（）作用。（）作用。指示性，即引起操作者的注意，或指示操作，具有传递信息的作用： （如灯塔、交通信号灯）显示工作状态，即反映其个指令、某种操作或某种运行过程的执行情况。例如，飞机着陆时，飞行员判断飞机的高度有困难，必须借助信号灯的显示，此时地面人员控制信号灯；使其显示飞机着陆过程中的正确下降状态。要利用灯光信号来很好地显示信息，就应按人机工程学的要求来设计信号灯。信号灯的形象：把信号灯与图形符号相结合，通过信号灯的形状来增加它信息含量的方法，现在已被日益广泛地应用

21、，例如：用箭头“”、“表示方向；用“、“”、“”表示禁止；用“！”表示注意险情或警告等。（3）信号灯的形象和复合显示信号灯的形象和复合显示采用多个信号灯的组合，可显示较为复杂的信息内容。例如飞机着陆信号系统，就是在机场跑道两侧各安置一组（一个阵列）信号灯，向飞行员显示其着陆过程的状态是否适宜。图中3种信号灯组合，形象地显示出3种状态： “”形阵列，表示飞机下降航迹过低；若飞机出现危险的俯冲，“”形阵列进一步改变为闪光的红色； “T”形阵列，表示飞机下降的航迹过高；而当出现“”形阵列时，才表示飞机下降航迹正确、合适。信号灯的复合信号灯的复合通过信号灯颜色、形状、位置的变换组合，来更有效地增加其信

22、息量，称为信号灯的编码。现代汽车尾灯的设计就采用了颜色编码。汽车的尾灯就是给后方汽车驾驶员指示前方车辆行驶情况的，对避免前后相撞有重要的意义。其作用是用颜色灯光指示：有车，刹车，转弯，白灯用于夜间行驶倒车时用。信号灯的复合信号灯的复合信号灯的颜色与图形符号颜色的使用规则基本相同，例如：红色表示警戒、禁止、停顿，或表示危险状态的先兆与发生的可能；黄色为提请注意；蓝色表示指令；绿色表示安全或正常；白色无特定含义 （4 4）信号灯颜色）信号灯颜色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是：l 引起观察者的进一步注意；引起观察者的进一步注意；l 指示操作者立即采取行动；指示操作者立即采取行动

23、；l 反映不符指令的要求的信息；反映不符指令的要求的信息；l 用闪光信号、闪光频率的快慢指示工作状态的快慢；用闪光信号、闪光频率的快慢指示工作状态的快慢；l 用来指示警戒或危险信号。用来指示警戒或危险信号。闪烁频率一般为0.61.67Hz, 较优先和较紧急的信息可使用较高的闪烁频率（1020Hz） （5 5）闪光信号）闪光信号不同背景的灯光信号对人的认读效果有较大影响。人们曾做不同背景的灯光信号对人的认读效果有较大影响。人们曾做过这样的测试，如果背景的灯光信号也为闪光，人将很难辨过这样的测试，如果背景的灯光信号也为闪光，人将很难辨认出作为警告用的闪光灯信号灯。认出作为警告用的闪光灯信号灯。 信

24、号灯信号灯背景灯光背景灯光认读效果认读效果闪光闪光稳光稳光最佳最佳稳光稳光稳光稳光好好稳光稳光闪光闪光好好闪光闪光闪光闪光差差不同背景下人对信号灯的辨认 （5 5）闪光信号）闪光信号课堂讨论（一）课堂讨论（一）n某一较大的十字路口中央设置一座交通信号灯塔，塔上4面均装有红、黄、绿信号灯，每个信号灯的上部均设置一个较大屏幕的倒计时数显计时器，数字为红色7段数码，在屏幕上部对应装置一个蜂鸣器，当屏幕显示4 s时，黄灯亮，显示0 s时蜂鸣器鸣笛一声，同时绿灯亮，另一侧红灯亮，倒计时开始。试分析这种装置与普通只有红、黄、绿信号灯有何功能特点? n利用人的视觉与听觉器官感知信息，人在等信号的过程中由于不

25、知道还有多长时间变换信号，经常处于不耐烦而出现闯红灯行为。设置数字显示器进行倒记时，可使人的心情稳定，在数数的过程中很快渡过这段时间。如果行人不看记时器或看不见（盲人），则可通过蜂鸣器的声音判断信号变化。n为什么警车、救护车的车灯，均采用较亮为什么警车、救护车的车灯，均采用较亮的周期变化的灯光，并伴有周期变化的高的周期变化的灯光，并伴有周期变化的高频报警声？频报警声？课堂讨论（二）课堂讨论（二）n因为警车、救护车在道路行使过程中要求因为警车、救护车在道路行使过程中要求快速，为使人们能快速躲闪，保证速度和快速，为使人们能快速躲闪，保证速度和安全。在信号设计时采用光信号和声信号，安全。在信号设计时

26、采用光信号和声信号，光信号采用快速闪烁的信号并有一定的亮光信号采用快速闪烁的信号并有一定的亮度保证，以保证人们对信号的识别，声信度保证，以保证人们对信号的识别，声信号采用高频、周期性变化会使人有紧迫感，号采用高频、周期性变化会使人有紧迫感，急于躲避车辆。两个信号同时使用可提高急于躲避车辆。两个信号同时使用可提高正确反应率。正确反应率。 （1）图形符号是以图形或图像为主要特征的视觉）图形符号是以图形或图像为主要特征的视觉符号，它用绘画、书写、印刷或其他方法制作，用符号，它用绘画、书写、印刷或其他方法制作，用来传递事物或概念对象的信息，而不依赖语言来传递事物或概念对象的信息，而不依赖语言 。 2.

27、图形符号图形符号 交通上表示禁止的符号标志交通上表示禁止的符号标志 （2）图形符号设计的一般原则）图形符号设计的一般原则根据人的视觉和认知特性，图形符号设计应根据人的视觉和认知特性，图形符号设计应遵循以下原则：遵循以下原则： 图形符号含义的内涵不应过大，使人们图形符号含义的内涵不应过大，使人们能够准确地理解，不产生歧义。能够准确地理解，不产生歧义。 图形符号的构形应该简明，突出所表示图形符号的构形应该简明，突出所表示对象主要的和独特的属性。对象主要的和独特的属性。 图形符号的构形应该醒目、清晰、易懂、图形符号的构形应该醒目、清晰、易懂、易记、易辨、易制。易记、易辨、易制。 图形的边界应该明确、稳定。图形的边界应该明确、稳定。 尽量采用封闭轮廓的图形，以利于对目尽量采用封闭轮廓的图形，以利于对目光的吸引积聚。光的吸引积聚。例如例如大家熟悉的男士、女士图形，用最简单轮廓表示大家熟悉的男士、女士图形，用最简单轮廓表示出头、身躯、四肢，翻领上衣或裙子，这样就充出头、身躯、四肢，翻领上衣或裙子，这样就充分表达了独有属性，其他五官、颈脖、鞋