人因工程概论 课件【ch07】人机交互与人机系统

人机交互与人机系统第七章高等学校动画与数字媒体专业[全媒体]创意创新系列教材人因工程概论01人机交互人机交互01一、人机界面交互模型1.硬件人机界面硬件人机界面是指产品硬件，与用户直接接触，如计算机的键盘、鼠标，显示屏，家用电器等，主要存在于实体产品。例如，通过鼠标和键盘(如图7-1-2所示)控制计算机；通过遥控器(如图7-1-3所示)控制电视机、玩具、空调设备等；通过操作控制台(如图7-1-4所示)的按钮开关发送启停或中断信号等。人机交互01一、人机界面交互模型2.软件人机界面在计算机系统中，人机界面功能更多的是依靠软件完成，如图7-1-5所示。人机交互01一、人机界面交互模型3.虚拟人机界面与平面的界面设计不同，虚拟现实使用户身处于一个密闭的空间环境(如图7-1-6所示)。人机交互01二、人机信息交互方式1.按键输入按键输入是指通过键盘按键、鼠标键、遥控器按键等输入。优点：简单直接，按键对应相关的指令，使用方便。缺点：随着功能的多元化，当指令越来越复杂时，按键数量和组合会变得相当繁杂，在固定的体积下集成的按键越来越小，难以寻找和辨认，要熟练使用往往需要很多时间学习和掌握。人机交互01二、人机信息交互方式2.触摸控制/多点触控一种融合显示器和输人设备的交互方式——触摸在科技的不断发展下已成为现今人气最高的交互方式。优点：它满足在一个有限的平面范围内可以通过层级关系提供很多比较复杂的指令集合，将输人设备和输出设备整合在一起，减小占用体积，也更加符合人类认知和反馈的习惯。人机交互01二、人机信息交互方式2.触摸控制/多点触控缺点：按压的灵敏度和准确度依然是技术上要解决的问题，而且当产品本身比较小时，屏幕也变得很小，就不方便使用手指点击来选择。而且，大量大面积的液晶显示触摸屏的利用在成本上高过传统的按键装置。人机交互01二、人机信息交互方式3.手势识别优点：通过不同形式的手势变化，能够快速实现人机信息交流；通过算法可以快速识别手势意义，并适用于大多数桌面系统。缺点：手势识别只能识别手部整体动作，而无法识别具体的手指动作；手的位置是在三维空间，很难定位；在使用过程中可能因为用户手部的无意识举动而导致误操作。人机交互01二、人机信息交互方式4.语音识别/声控交互优点：只需要动口，而且忽略输人时各种身体动作产生的影响，个人适应性强。缺点：受到全球不同语言的限制，要在全球推广，除了需开发一套模式化操作发音，还需开发多种语言内置匹配音库，同时，语音输人易受到周围嘈杂环境的干扰。除此之外，识别的准确性也是一个需要解决的问题。人机交互01二、人机信息交互方式5.眼动跟踪/眼球感应眼球感应是运用红外线等技术追踪来感应眼球及瞳孔的移动，达到控制方向的目的。优点：释放了双手，只需利用眼球就可以达到人机交互的目的。缺点：眼球是人类接收信息的工具，通过眼球进行信息的输出，会影响到眼球接收信息的能力，同时，眼球过小、头部位置不固定、眨眼睛等人类行为习惯对眼球感应设备也是一个巨大的挑战。人机交互01二、人机信息交互方式6.人脸识别人脸识别，又称人像识别、面部识别，是基于人的面部特征进行身份识别的一种生物识别技术。优点：人脸识别具有自然性的特点，这也是人脸识别技术的优势所在。自然性是指人脸识别系统的识别方式与人类进行个体识别时所用的生物特征相一致，这不会被检测个体所察觉，不容易引起人的注意，便于识别。人机交互01二、人机信息交互方式6.人脸识别缺点：人脸识别以生物面部特征为主要依据，而人类面部特征具有复杂性，而且多变，这使检测的相似度无法达到百分之百，因此这项技术被认为是人工智能领域最困难的研究课题之一。人机交互01二、人机信息交互方式7.传感器输入优点：用户不用再记忆和学习大量操作和命令，操作也变得简单和流畅，容易掌握，凭现实生活中的经验就会使用。缺点：传感器的敏感度和精确度是不变的难题，因为很难模拟出与现实完全一样的感觉。因此，用户也不得不先适应。同时，成本也大大高于传统设备。人机交互01二、人机信息交互方式8.投影交互投影交互是指利用投影仪投影，操作者通过在投影仪与投影幕之间的阻隔产生的阴影来控制机器。优点：脱离输人硬件的限制。即使“手无寸铁”也能轻松操作。缺点：在输入时会挡住一部分画面，造成对反馈信息阅读的障碍。人机交互01二、人机信息交互方式9.三维步态定位三维步态定位是较新的适用性比较广的交互方式。优点：能够在传统鼠标二维的操作面上再加上一维，达到如同现实的三维空间操作的目的，是鼠标的扩展。更加贴近人类的生活体验。缺点：在三维空间里进行操作，支撑是一个问题，即如何才能减少人的肌肉疲劳。同时，此项技术是在鼠标上的改进，人们依然需要一个中介硬件来实现对机器的操作。人机交互01二、人机信息交互方式10.脑电交互优点：相较于其他交互方式，脑电交互解放了双手，可以根据用户脑电达到实时交互的目的，具备先天的巨大优势，而且脑电玩具不需要动手能力，用户可以自然地沉浸其中，没有熟练度的限制，可操作性更强。缺点：脑电技术在现阶段还不够成熟，而且大多成本较高，价格昂贵，不能广泛应用。02显示装置显示装置02一、显示装置的类型及特征1.显示装置类型按照人接收信息的感官通道不同，显示装置分为视觉显示装置听觉显示装置、触觉显示装置、嗅觉显示装置、味觉显示装置等。其中，视觉显示装置应用场合更为广泛，通过视觉表达可以传递大多数信息；听觉显示装置对背景音有要求，使用也较为广泛；触觉显示装置等其他显示装置只针对特定器官作为辅助显示。显示装置02一、显示装置的类型及特征2.显示装置特征显示装置的共同特点是能够把机器设备等有关信息以人可以接收的形式显示给人。显示装置是人机系统中人机界面的重要组成部分之一。人依据显示装置所显示的机器运转状态和参数，才能对机器进行有效的控制，因此通过对显示装置的设计可以提高机器效能及效率。显示装置02二、视觉显示装置1.视觉显示装置的类型(1)按照显示信息的时间特性：视觉显示装置可以分为动态显示装置和静态显示装置。(2)按照显示信息的精度要求：视觉显示装置可以分为定量显示装置和定性显示装置。(3)按照显示装置的结构特点：视觉显示装置可以分为机电仪表显示装置、电光显示装置和灯光显示装置。(4)按照显示装置原理：视觉显示装置主要分为机械式和电子式两种。显示装置02二、视觉显示装置2.视觉显示装置设计原则视觉显示装置的设计应遵循三项基本原则：能见性、清晰度、可识别性。视觉显示装置的选择首先要保证能见性，清晰度是显示装置给人们传达的信息清晰程度，包括色相对比清晰度、显示精度及视觉次级维度。可识别性是指信息传达得清晰明了，不会给用户造成认知困扰，因此应尽量采用形象直观且与人的认知特点相匹配的显示格式。显示装置02二、视觉显示装置3.视觉显示装置适合传递的信息●复杂抽象的信息或含有科学术语的信息，如文字、图表、公式等；●传递的信息很长或需要延迟；●需用方位、距离等空间状态说明的信息；●以后有被引用可能的信息；●所处环境不适合听觉传递的信息；●适合听觉传递但听觉负荷已很重的场合；●不需要急迫传递的信息；●传递的信息常需同时显示、监控。显示装置02三、听觉显示装置1.听觉显示装置设计原则●听觉刺激的音量、音效等所代表的意义应符合人们的认知，与人们习惯或自然的联系相一致。●声音的强度、频率、持续时间等应避免使用极端值，而且要在使用者的绝对辨别能力范围之内，增强可识别性。●与视觉显示装置通过色相对比来突出信息是一样的，听觉信号的强度也应高于背景噪声，保持足够的信噪比可以防止声音掩蔽效应导致人们出现干扰。显示装置02三、听觉显示装置1.听觉显示装置设计原则●要避免使用稳定信号，尽量使用间歇或可变的声音信号，这有利于接收者更快速地适应相应声音信号。此外，应分时段呈现不同的声音信号。●显示复杂的信息时，可采用两级信号。第一级为引起注意的信号，第二级为精确指示的信号。对不同场合使用的听觉信号也应尽可能标准化。显示装置02三、听觉显示装置2.听觉显示装置适合传递的信息●较短或无须延迟的信息；●简单且要求快速传递的信息；●视觉负荷过重的场合；●使用视觉受到条件限制的信息；●所处环境不适合视觉通道传递的信息。03操纵装置操纵装置03一、操纵装置的类型及特征1.操纵装置分类根据不同分类特征可将操纵装置分为不同类型(如图7-3-2所示)。操纵装置03一、操纵装置的类型及特征2.操纵装置特征(1)开关式操纵装置开关式操纵装置用来实现开或关、接合或分离、接通或切断等功能，如各类电器产品的电源开关。(2)转换式操纵装置转换式操纵装置用来把系统从一个工况转换到另一个工况，如洗衣机的洗涤方式选择开关、磁带机的琴键开关、车辆上的前大灯变光开关等。操纵装置03一、操纵装置的类型及特征2.操纵装置特征(3)数值设定操纵装置数值设定操纵装置用于在给定范围内设定一个量，如设定空调的目标温度、汽车的巡航定速。(4)追踪操纵装置追踪操纵装置可用于追踪控制，包括一、二、三维，如通过控制方向盘驾驶汽车等。操纵装置03一、操纵装置的类型及特征2.操纵装置特征(5)连续控制输出操纵装置连续控制输出操纵装置可以使系统参数稳定地改变，如汽车的刹车，人在操作时输出的是踏板位置，实际的作用是刹车的力在连续增加，车辆的速度在不断减小。(6)字符输入操纵装置常用手动字符输入方式有键盘输入、鼠标的虛拟键盘字符输入和手写输入。操纵装置03二、操纵装置与人因工程学设计原则操纵装置的设计原则如图7-3-6所示。操纵装置03三、手动操纵装置1.手动操纵装置的类型(1)按钮：是手动操纵装置中最常用的一种方式，通过直接按压进行控制，简单快捷，适用于大多数场合。(2)旋钮：按钮只能实现简单开关，而旋钮可以通过幅度的变化实现程度上的调节。(3)扳动开关：一般只有开和关两种功能，但有两种控制位置(开、关)和三种控制位置(关低速——高速)之分，也适用于多种场合。(4)控制杆是一种需要用较大的力操纵的控制器。操纵装置03三、手动操纵装置2.手动操纵装置的设计原则(1)保持手腕处于正中状态(2)避免组织的压迫受力(3)避免手指的重复动作(4)考虑女性和左撇子操纵装置03三、手动操纵装置1.脚动操纵装置的类型(1)脚踏板脚踏板可分为往复式(如图7-3-24所示)、回转式(如图7-3-25所示)和直动式(如图7-3-26所示)三种，直动式脚踏板又分为以脚跟为转轴和脚悬空两种。操纵装置03三、手动操纵装置1.脚动操纵装置的类型(2)脚踏钮脚踏钮(如图7-3-27所示)可设计成矩形，也有圆形。操纵装置03三、手动操纵装置2.脚动操纵装置设计的注意事项(1)影响脚动操纵装置绩效的因素一些重要的设计参数会直接影响脚动操纵装置的绩效，如负载大小(对脚的施力要求)、操纵时脚与腿部胫骨间的角度、施力时支点的位置(踏板是铰接的)和操纵装置相对于操纵者的位置等。(2)脚动操纵装置的用力应符合人脚的施力特性脚动操纵装置的种类较多，由于其功能特征、式样和布置的位置不同，脚的操纵方式也不同。04无障碍设计无障碍设计04一、无障碍设计的背景当今社会“以人为本”的基本理念已越来越深入人心，需要特别强调“向弱势群体倾斜”。对肢体残障者的生理、心理和行为特性进行深人研究，并且以此为依据，为他们创建科学的、符合实际生活活动需要的无障碍室内环境，显得十分迫切和需要。无障碍设计主要提供物质无障碍和信息交流无障碍。无障碍设计的根本思想是为所有人提供平等，核心是以人为本。无障碍设计04二、无障碍设计的原则1.易用性无障碍设计的主要用户人群为肢体残障者，这类用户对环境的感知力较差，动作缓慢，因此无障碍设计需尽可能减少操作步骤，避免复杂烦琐的使用过程。2.安全性由于自身的生理、疾病、特殊状态等原因，肢体残障者对环境的感知能力普遍较差，这就更需要产品的安全性，尽量保证使用者的身体协调性，避免摔倒、滑落或误接触等事故的发生。无障碍设计04二、无障碍设计的原则3.可达性可达性是空间中所有使用人群都适用的原则。尤其对肢体障碍者来说，由于缺乏对空间的感知和判断能力，这类用户可能对方位的判别更为困难。因此，在空间设计上更应考虑可达性，充分运用视觉、听觉、触觉的手段，给予重复的提示。无障碍设计04二、无障碍设计的原则4.独立性即使身体存有障碍，肢体障碍者也希望能够自理和独立地完成任务。能够独立是获得自尊和平等的基础，无障碍设计要考虑产品和设施给使用者带来独立操作的可行性。无障碍设计04二、无障碍设计的原则5.舒适性对肢体障碍者的关爱应该体现在室内空间和家具细部的设计处理上，空间和家具的形态要合理匹配，行为流线要流畅，材料质感要和谐，让人在使用过程中感受到舒适、体贴和周到。无障碍设计04三、无障碍设计的应用“6辅具”是对有关辅助工具的相关设备及信息咨询服务的简称，其主要目的是改善、加强、维持和提高残疾人群的生活质量与自尊，提升其自助性的重要功能。在我国，残疾人辅具主要包括8种：矫正器和假肢类、生活自理辅助工具、移动辅助工具、饮食辅助工具、信息交流辅助工具、休