信息控制与人机界面设计.ppt

1、第三章 信息与控制,第一节脑的基本机制 一、 脑的基本机能模型 在人机工程学中我们将大脑作为“人机“系统的一部分，即信息处理部分加以讨论。,信息的处理过程中 ，可分为三个阶段： 感知信息，解释信息和加工信息,二 、信息通道,人的感觉信息通道容量约为7比特（就一维要素而言，Log 227 7比特），大脑皮层处理信息的能力约在100比特左右。因而形成了瓶颈模型。,三 记忆P81,记忆是贮存信息的过程，大量的信息输入只能有一部分进入神经中枢中的高级部位，并经其加工贮存起来. 人脑具有短时记忆和长时记忆两种机制。,短时记忆,将信息以某种形式编码后进行储存。短时记忆的信息容量约为7比特。,长时记忆,容量

2、是无限的 长时记忆储存信息依赖于信息结构，是有序的。 在技能学习过程中，信息组合只有储存在长时记忆作为经验的积累，才能形成技能。,四 持续警觉,反应是指信号与相应之间的时间。 单一信号 单一运动 有准备条件下测得的反应时叫简单反应时。,当信号在一个以上，并各自要求不同的指定反应，在有准备条件下测得的反应时叫选择反应。,研究表明，持续警觉一般随作业时间的 延续而下降,大约在工作开始后30分钟开始。通过信号频率的适量化、规律化并增加相应的强度可改进工作效能 。,第二节 信息与控制,在作业过程中，信息是多样化的，视觉信息、听觉信息和复合信息不断要求作业者来处理。因此，信息与认知的研究是人机工程学中一

3、个极其重要的部分，尤其是目前信息化人机界面的设计。由于人们绝大部分的信息是通过视觉来接受的（约80%），所以着重介绍视觉信息的认知问题。,一 视知觉,视觉过程,2 视觉生理,（1） 眼球结构,眼睛能看到的空间称为视野,视 野,随着年龄的增加，眼球的调节能力将会降低，最明显的变化是最短聚焦距离（近点）变远了，同时眼睛调节所需的时间也延长了。,人从亮的环境进入暗的环境,视觉将经过一段时间的适应才能看清物体这种现象叫暗适应。 暗适应一般至少需要2530分钟时间。,（3）亮适应与暗适应,从暗环境到亮环境的适应称为亮适应。 亮适应的时间较暗适应要快得多，一般为35分钟。,亮适应,2、视力与差别感觉,眼睛

4、分辨细微物体及其表面特证的能力称为视力. 视力与光照 被观物体与其背景对比亮度有关 经过训练 眼睛对色彩和亮度度的差别感觉能力会有所提高。,3、知觉速度,目标在视野内出现到人知觉目标的时间间隔称为知觉速度。 与照明条件的关系,视觉运动规律对知觉速度的影响,眼睛水平运动比垂直运动快 对水平的尺度感比垂直方向好 照度对视觉的影响,感知速度,第三节 人机对话,早期的机器 输出量小 对机器的控制主要依赖于手工技能 手眼之间的配合。 现在的机器 智能机器使机器输出的能量和运作复杂程度提高 决策能力要求变高,因此人机之间的信息交流和控制活动变得重要。,一、 显示器设计,人接受的额信息的通道有 眼、耳、运动

5、感觉器 有约80%的信息是通过眼，其次是耳. 因此，显示设计要将信息合理分配。,自然显示（驾驶员观察路面） 人工显示（汽车驾驶台的仪表）,刻度指针式 如手表 （显示刻度的全程范围和变化趋势，显示直观，形象。但读数不够准确。） 直读式 如液晶数码屏 （识读准确简单，但不易了解变化趋势和范围。） 刻度标尺式 具有以上两种显示的综和特点。）,显示方式,仪表形式,视觉显示符号的设计,字母高度：（H） 观察距离(MM) H - -(MM) 200 字母宽度 2/3H 字母线条粗度 1/6H 字母间隔 1/5H 行 距 2/3H,显示的设计原则,在保证准确度的条件下 降低显示的复杂性避免多余信息的干扰。,

6、显示符号的大小与观察距离的关系,显示刻度的设计,（1）只显示所需信息，刻度分度不应小于实际需要的读数精度 （2）分度的倍数应取1/2或1/5。 （3）如有读数系数相乘，系数应简单化，如 X 10，X 100。 （4）指针不得遮住数字或刻度，尖端应小于刻度宽度并尽量接近刻度。 （5）指针与刻度盘面应尽量靠近，防止观察斜度造成视差,二、视觉和听觉的选择依据,根据环境选择适当的方式,显示的典型使用： 显示状态 确认功能 指示 发出警告 显示质信息 显示量信息,二、视觉和听觉的选择依据,选择恰当表现形式的准则： 短的或是简单的 听觉 长的或复杂的 视觉 以后将被提交 视觉 及时处理事件 听觉 处理一个

7、空间位置 视觉 需要立刻注意 听觉 环境是暗的 听觉 环境是很吵闹的 视觉 用户持续不断地与产品发生接触 听觉,二、视觉和听觉的选择依据,选择恰当表现形式的准则： 短的或是简单的 听觉 长的或复杂的 视觉 以后将被提交 视觉 及时处理事件 听觉 处理一个空间位置 视觉 需要立刻注意 听觉 环境是暗的 听觉 环境是很吵闹的 视觉 用户持续不断地与产品发生接触 听觉,2、1 视觉显示,数字显示（例如电脑显示和计算器） 质量的分析显示（不同范畴的移动指针） 状态指示器（例如指示灯） 标志符号 具有指示性质的材料,参考文献：产品设计中的人机工程学 P127,传递的信息，用户或者功能等问题 确定采用的显

8、示方式 考虑信息传递的视觉环境的性质 所选择的显示器类型的细节设计,参考文献：产品设计中的人机工程学 P128,设计视觉显示时应该考虑的问题：,显示的尺寸大小 发光度、对比度和灰度 发光度 明暗对比度 自身显示区域的亮度对比 强反差滤光镜 色彩对比 分辨率、点距和图像质量,参考文献：产品设计中的人机工程学 P135,电子视觉显示的知觉特征：,第四节：听觉显示,听觉显示的考虑因素,明确传递的信息，以及用途或功能 所处的环境 人的因素,语言传示装置,语言的清晰度 语言的强度 噪声环境中的言语通信,当传递信息的目的是为了吸引产品使用者的注意力时，音频警示器常常要比视觉显示器要好。,音频显示的典型用途

9、,汽车 计算机 打印机 数字手表 即拍即取照相机 电话 电话答话机 倒计时器 办公复印机,参考文献：产品设计中的人机工程学 P146,听觉信息传示设计,听觉信息传示装置 蜂鸣器 铃 角笛和汽笛 警报器,三、操纵装置与控制,控制器：最简单的手柄演变而来，成为控制器，然后在复杂而又快速的场合又演变成为多重人机交互面。,一、影响控制器选择和设计的因素,用户能力 视觉和听觉 具有线性和旋转力的能力 感性动力技巧 记忆、学习、推理的能力 过去经验,参考文献：产品设计中的人机工程学 P182,相关例子：,为老年人设计 当要求避免孩子操作控制器时 认知能力（对控制器的操作经历和习惯） 考虑人体测量特性、衣服

10、和保护设备的附加条件,一、影响控制器选择和设计的因素,任务特征和控制要求 单个分离的任务 数量值的选择任务 调整输出到指定值的任务 数据输入任务 连续的机动任务,参考文献：产品设计中的人机工程学 P183,一、操纵装置的设计,在人机系统中，人通过控制器将指令输入机器从而控制机器的运行状态。手足的活动是目前输出指令的主要方式。 根据用力大小区分,控制器可分为用手指控制的操作力较小的控制器和用手臂、脚等控制的操作力较大的控制器两类。,控制器的简单分类,离散位置控制器 2位 多位 连续调节控制器 小范围 大范围,参考文献：产品设计中的人机工程学 P184,常用控制器,参考文献：产品设计中的人机工程学

11、 P184,常用控制器： 按钮 摇臂开关 旋钮 曲柄 轨迹球,滑动开关 方向盘 键盘 转位选择 肘节开关,常用操纵器的设计,操纵器装置的大小、形态等要适应人的手或脚的运动特征，不能超出人体用力的极限重要的或使用频繁的操纵装置应布置在人反应最灵敏、操作最方便的、肢体能够达到的空间范围之内。还要考虑耐用性、运转速度、外观和 能耗。,手控操纵器的设计,一般类型：,手操纵杆作平面圆弧移动，能在行程末端正确地啮合或脱开，如犬牙离合器控制杆 手操纵杆在受狭长孔约束的锥形面内移动，能在行程末端正确啮合或脱开，如汽车齿轮箱的选择操纵杆。 手操纵杆作平面圆弧移动，能在他们整个弧形行程中递增地增加或递减地减少某种

12、控制功能。 手操纵杆在受狭长孔约束的锥形面内移动，在其整个行程弧中递增地加或递减地降低某种控制功能，如卡车上的铲斗控制。,2、开/关操纵杆3、联合操纵器,参考文献：产品设计中的人机工程学 P188,操纵器的适宜尺寸,脚控操纵器的设计,脚控操纵器的设计,在脚控制器设计中，必须重视人的腿部动作的特点和结构。不限定脚的习惯,参考文献：产品设计中的人机工程学 P189,控制器设计除了要考虑尺度，位置，语义，形态以外，另一个重要的因素是应具有一定的阻力和行程，以防止无意动作造成的误操作，并使操作者对发出的指令能够得到反馈。,操作器的一般阻力设置,1）单手转动 0.20.5kg 2）单手按 1.01.5k

13、g 3）足踏 48kg 需要特殊保护的控制器可适当增大阻力。,由于控制的复杂性，控制器在人机界面上往往是多种组合的，这就存在一个控制器间最小间距问题和合理布局的问题，目的在于保证足够的操作活动空间和有效识别，同时又不会导致相邻控制件之间互相干扰引起的误操作。,控制器的间距 参考表,对控制器有了最小阻尼和最小间距的概念后，多种控制件的编码问题就是设计师应该接着考虑的问题了。 编码的方式有形状编码，尺寸编码，色彩编码和位置，符号编码等。,三、显示与控制的关系,在控制过程中， 操作者通过控制器将指令输入机器, 使机器运行状态发生变化，同时显示器的指示也随之变动，显示机器的运行变动情况。 这种控制器与

14、显示指示之间的相对移动速度，称为速度比。,设计显示和控制时应注意以下几点： 1）控制件右旋时显示指针一般应上移或右移。 2）控制件上调时显示指针一般应上移或右移。 3）右移或右旋控制件时一般表示被控量增加。,（1）控制器与其相应的显示器应尽量靠近，控制件应在显示的下方或右方。 （2）若控制操作有一定顺序，则控制和显示应由左至右顺序排列。 （3）若控制顺序不明显时，则可按控制和显示的功能布局，即分成几个功能区。分组编码可用颜色，形态，文字标注等方式进行。 （4）使用频率高的控制件应靠近作业者，布置在控制台的中心。紧急开关应设置在作业者的注意区的中心。,在设计控制与显示的布局时应注意以下问题：,第四节：控制器的设计要点,控制-显示比控制-显示的兼容性控制阻力防止意外激活控制器的方法,参考文献：产品设计中的人机工程学 P189,控制器的设置原则,重要性原则功能键分组设置和标识关联关系顺序原则不常用的隐蔽指示标志在视线范围,参考文献：产品设计中的人机工程学 P202,大部分控制器的原则对准则,安全易于使用符合期望注明功能提供反馈减少期望困难原则减轻压力不伤害主次不同平面,参考文献：产品设计中的人机工程学 P203,（1） 手指控制器的设计 设计分别表示按，旋，拔三种语义的控制器，并将其统一在一种形态语言中。设计应考虑力度，尺