顯示器控制器設(shè)計.ppt

1、第六章 顯示器和控制器設(shè)計,第一節(jié) 人機界面的概念 第二節(jié) 顯示器設(shè)計 第三節(jié) 控制器的設(shè)計,第六章 顯示器和控制器設(shè)計,第一節(jié) 人機界面的概念,一、人機界面 在人機系統(tǒng)中，存在著一個人與機相互作用的“面”所有的人機信息交流都發(fā)生在這個面上。,人機界面上的裝置 顯示器：向人傳遞信息的裝置。 控制器：供人操縱機械運轉(zhuǎn)的裝置。,二、人機界面的三要素基本模型,司機-汽車三要素基本模型,第二節(jié) 顯示器的設(shè)計,按人接受信息的感覺通道的不同顯示器可分為： 視覺顯示器 聽覺顯示器 觸覺顯示器 視覺顯示器指在信息交往過程中利用人的視覺通道向人傳遞信息的裝置，其形式多種多樣，應(yīng)用最為廣泛。,一、 視覺顯示器的分

2、類,1.按顯示的形式可分為： 數(shù)字式顯示儀表 刻度指針式儀表（模擬式） 2.按顯示功能分為： 讀數(shù)用儀表 檢查用儀表 警戒用儀表 追蹤用儀表 調(diào)節(jié)用儀表,數(shù)字式顯示儀表,是直接用數(shù)碼來顯示信息的儀表，如各種數(shù)碼顯示屏、 機械的和電子的數(shù)字記數(shù)器等。 特點：簡單、準確、便于認讀、不易產(chǎn)生視覺疲勞,刻度指針式儀表（模擬式）,用標定在刻度盤上的指針來顯示信息的，如最 常見的手表、電流表、電壓表等。 特點：顯示信息直觀、形象，使人對模擬值在 全量程范圍內(nèi)所處的位置一目了然，并能明顯顯 示出偏差量，特別適合于監(jiān)控。,(a) 指針可動，刻度盤不動； (b) 刻度盤可動，指針不動,讀數(shù)用儀表,檢查用儀表,用

3、以顯示系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)偏離正常值的情況，一般無需讀出其確切數(shù)值。這類儀表宜采用指針運動刻度盤不動的顯示器為好。,警戒用儀表,屬于檢查用儀表，用以顯示機器是處于正常區(qū)、警戒區(qū)還是危險區(qū)。,如用綠、 黃、 紅 三種不同的顏色分 別表示正常區(qū)、 警戒區(qū)、 危險區(qū)。,追蹤用儀表。 追蹤操縱是動態(tài)控制系統(tǒng)中最常見的操 縱方式之一，它根據(jù)顯示器所提供的信息 進行追蹤操縱，以便使機器按照所要求的 動態(tài)過程工作。 調(diào)節(jié)用儀表 只用以顯示操縱器調(diào)節(jié)的值，而不顯示 機器系統(tǒng)運行的動態(tài)過程。,二、視覺顯示器的選擇,1.確定待設(shè)計顯示器的功能要求。 內(nèi)容：必須顯示什么信息；是否需要動態(tài)顯示；采用何種信息編碼形式；作用空間

4、對視覺顯示器有何限制；周圍照明有何特點？ 2.同時考慮人的感知特性和顯示器的物理特性，以確定具體的設(shè)計要求。 3.根據(jù)設(shè)計要求與各種顯示器物理特性的比較，選定符合要求的顯示器。,三、視覺顯示器的設(shè)計原則,1. 基本原則 能見性，清晰性，可識性 2. 視覺顯示器的設(shè)計原則 1）根據(jù)使用要求選擇最適宜的視覺刺激維度作為傳遞信息的代碼，并將視覺代碼的數(shù)目限制在人的絕對辨別能力允許的范內(nèi)。,2）使顯示器精度與人的視覺辨認能力相適應(yīng) 3）盡量采用形象直觀且與人的認識特點相匹配的現(xiàn)實格式。 4）對同時呈現(xiàn)的相互關(guān)聯(lián)的信息，盡可能實現(xiàn)綜合顯示以提高顯示效率。 5）目標與背景之間要有適合的對比關(guān)系，包括亮度對

5、比，顏色對比，形狀對比等。,6）具有良好的環(huán)境照明條件，以保證對目標的準確辨認。 7）根據(jù)任務(wù)的性質(zhì)和使用條件，確定視覺顯示器的尺寸和安放位置。 8）要與系統(tǒng)中其他顯示器和控制器在空間關(guān)系和運動關(guān)系上相兼容。,四、視覺顯示器的空間特性的設(shè)計,1. 顯示器的空間位置設(shè)定 1）觀察角度,工效學手冊推薦水平視線偏15為最佳觀察角，與顯示器夾角至少達45 ，實際作業(yè)中，可隨任務(wù)要求改變。,2）視覺作業(yè),人眼對視野不同區(qū)域察覺和辨別能力有所不同，對于搜索作業(yè)，中心視野優(yōu)于邊緣視野。圖中為推薦的最佳視覺作業(yè)和最大視覺作業(yè)區(qū)域。,2. 視覺顯示器的空間排列特性,1.重要性原則：按照每個控制器的重要程度決定其

6、位置，安排優(yōu)先權(quán)。 2.使用頻率原則：按照每個控制器在完成任務(wù)中使用的頻率決定其位置，安排優(yōu)先權(quán)。 3.功能原則：按照控制器的功能關(guān)系安排其位置，將功能相同或相關(guān)的控制器或顯示器組合在一起。 4.使用順序原則：對使用順序固定的控制器，按他的使用順序安排位置。,三、模擬式視覺顯示器的設(shè)計,1. 刻度盤的設(shè)計 2. 刻度與刻度線的設(shè)計 3. 數(shù)碼與字符設(shè)計 4. 指針與盤面設(shè)計 5. 儀表的色彩匹配,1.刻度盤的設(shè)計,刻度盤的形狀,實驗研究表明，不同形式刻度盤的誤讀率亦不同,36% 28% 17% 11% 0.5%,誤讀率比較:,開窗型：由于指針不動，刻度數(shù)字動，窗中的數(shù) 字易讀，其誤讀率最小。

7、圓型半圓型：由于需在儀表中尋找和確認指針 的位置，所以在較短的揭示時間內(nèi)比開窗型的誤 讀率高。 水平型和豎直：尋找指針位置最費時間，在提 示時間短的情況下，誤讀率最高，但與豎直型相 比，水平型的誤讀率偏低，這是因為眼球的運動 快的緣故。,刻度盤的大小,刻度盤的大小取決于盤上標記的數(shù)量和觀察距離。 以圓形刻度為例，當盤上標記數(shù)量多時，為了提高清晰度，須相應(yīng)增大刻度盤。但是，這必將增加眼睛的掃描路線和儀表占用面積。而縮小刻度盤又會使標記密集不清晰。,刻度盤的最佳直徑與監(jiān)控者的視角有關(guān)。實驗證明，最佳視角為2.55。因此，由最佳直徑和最佳視角便可確定最佳視距，或已知視距和最佳視角便可推算出儀表刻度盤

8、的最佳直徑。,懷特（WJWhite）等人對圓形刻度盤最優(yōu)直徑作過實驗，將儀表安裝在儀表盤上，然后測試反應(yīng)速度和誤讀率。 結(jié)果表明，圓形刻度盤的最優(yōu)直徑是44mm。關(guān)于圓形刻度盤的直徑、觀察距離和標記數(shù)量的推薦值請參見下表。,認讀速度和準確度與直徑大小的關(guān)系（視距750mm）,觀察距離和標記數(shù)量與刻度盤直徑的關(guān)系,2.刻度與刻度線的設(shè)計,識讀速度、識讀準確性還與刻度的大小、刻度線的類型、刻度線的寬度和刻度線的長短有關(guān)。 刻度的大小 刻度盤上兩個最小刻度標記(如刻度線)之間的距離稱為刻度間距，簡稱刻度。 刻度太小，視覺分辨困難； 刻度過大，也使認讀效率下降。,刻度的大小可根據(jù)人眼的最小分辨能力 和

9、刻度盤的材料性質(zhì)及視距而確定。 人眼直接讀識刻度時，刻度的最小尺寸 不應(yīng)小于0.61mm。當刻度小于1mm時，誤 讀率急劇增加。因此，刻度的最小尺寸一 般在12.5Omm之間選取,必要時也可采用 48mm。 采用放大鏡讀數(shù)時，刻度的大小一般取 1X mm（X為放大鏡放大倍數(shù)）。,刻度線的類型,常見的刻度線類型有單刻度線、雙刻度 線和遞增式刻度線。,刻度線的寬度,刻度線一般分短、中、長三級?？潭染€的 寬度一般可在刻度間距的l318的范 圍內(nèi)選取。 若刻度線的寬度能按短線、中線、長線順 序逐級加粗一些，將有利于快速地正確認 讀。,刻度線的長度,刻度線長度選擇合適與否，對識讀準確性影響很大。刻度線長

10、度受照明條件和視距的限制。當視距為L時，刻度線最小長度為：,長刻度線長度L90 中刻度線長度L125 短刻度線長度L200 刻度線間距L600,三級刻度線寬度長度示例,刻度方向,刻度盤上刻度值的遞增順序稱為刻度方 向。 刻度方向必須遵循視覺規(guī)律： 水平直線型應(yīng)從左至右； 豎直直線型應(yīng)從下到上； 圓形刻度應(yīng)按順時針方向安排刻度值。,數(shù)字累進法,一般應(yīng)采取表中“優(yōu)”的累進法，只是在不得已的情況下才使用“可”，而絕對不能使用“差”的累進法。人最易讀取自然增加的數(shù)字。,刻度標值示例,適宜與不適宜的刻度標值示例 a)適宜 b)不適宜,刻度設(shè)計注意事項,不要以點代替刻度線 刻度線的基線用細實線為好 如圖5

11、-3(a)中采用的粗線不利于識讀 刻度線不可很長而且排得很擠， 如圖5 -3(b)所示 不要設(shè)計成間距不均勻的刻度 如圖5 -3(c)所示。,圖6 - 7 不合理的刻度設(shè)計 (a) 基線太粗； (b) 刻度線太長， 排列太擠； (c) 刻度間距不均勻,3. 數(shù)碼與字符設(shè)計,儀表刻度盤上印刻的數(shù)字、字母、漢字 和一些專用的符號，統(tǒng)稱為字符。由于刻 度的功能通過字符加以完備，字符的形狀、 大小和立位又直接影響著識讀效率，因此字 符的設(shè)計應(yīng)力求能清晰地顯示信息，給人以 深刻的印象。,1）字符的形體,進行字符形體設(shè)計時，為了使字符形體簡明醒目，必須加強各字符的特有筆劃，突出“形”的特征，避免字體的相似

12、性。,圖5-4 3與8混淆的情況,2）字符的大小,視覺傳達設(shè)計中文字的合理尺寸涉及的因素很多，主要有觀看距離(視距)的遠近、光照度的高低、字符的清晰度、可辨性、要求識別的速度快慢等。 字符的高度=(12001300)視距,3）標度數(shù)字的原則,指針運動盤面固定的儀表標度的數(shù)字應(yīng)直排（正立位）；盤面運動指針固定的儀表標度的數(shù)字應(yīng)輻射定向安排； 最小刻度可不標度數(shù)字，最大刻度必須標度數(shù)字；,好 不好 好 不好,指針在儀表面內(nèi)時，如果儀表盤面空間足夠大，則數(shù)字應(yīng)在刻度的外側(cè)，以避免被指針擋?。恢羔樤趦x表外側(cè)時，數(shù)字應(yīng)標在刻度的內(nèi)側(cè)； 開窗式儀表的窗口應(yīng)能顯示出被指出的數(shù)字及上下相鄰的兩個數(shù)字。為了不干

13、擾對顯示信息的識讀，刻度盤上除了刻度線和必要的字符外，一般不加任何附加裝飾； 一些說明儀表使用環(huán)境、精度的字符應(yīng)安排在不顯眼的地方。,4.指針設(shè)計 指針設(shè)計的人機工程學問題，主要從下列幾方面考慮：,形狀 寬度 顏色 色彩匹配,1）指針的形狀,指針形狀要單純、明確，不應(yīng)有裝飾。針身以頭部尖、尾部平、中間等寬或狹長三角形的為好。 設(shè)計指針箭頭如下圖所示，以最右端的為最好。,圖2 指針的基本形狀,2）指針的寬度 指針針尖寬度應(yīng)與最短刻度線等寬， 最大不應(yīng)大于兩刻度線間的距離。 3）指針的顏色 指針的顏色與刻度盤的顏色應(yīng)有較鮮 明的對比，但指針與刻度線的顏色和字符 的顏色應(yīng)該相同。,4）色彩匹配,指針

14、、刻度和表盤的配色關(guān)系要符合人的色覺原理，為了精確地判讀，指針、刻度線和字符的顏色與刻度盤的顏色應(yīng)有鮮明的對比，即選擇最清晰的配色，避免模糊的配色。 A帕帕洛阿佐斯(APapaloizos)對儀表的顏色與誤讀率的關(guān)系進行了研究，結(jié)果如下。,顏色與誤讀率的關(guān)系,第三節(jié) 控制器的設(shè)計,控制器是人用以將控制信息傳遞給機器，使之執(zhí)行控制功能的裝置。 一、控制器的分類 1.按操縱控制器所用的身體器官或行為分類: 手動控制器、腳動控制器和言語控制器 在多數(shù)控制作業(yè)中都采用手動控制器，當手處于高負荷狀態(tài)時，可考慮采用腳動控制器。,2. 根據(jù)輸入信息的特點分類,1）離散控制器：可調(diào)出有限的、確定的幾種狀態(tài)，狀

15、態(tài)變化是躍變式的。 2）連續(xù)調(diào)節(jié)控制器：可在一個連續(xù)體上調(diào)節(jié)，狀態(tài)變化是平滑、躍進式的。,3. 按控制器運動的類別的不同,1）平移式控制器：如手柄、操縱桿、鍵盤 平移式控制器又可分為擺動控制器、按壓控制器、滑動控制器和牽拉控制器 2）旋轉(zhuǎn)控制器：如方向盤、旋鈕。,二、控制器的編碼,一般有7種編碼方式：標記，顏色，大小，形狀，表紋，操作，位置 1. 標記編碼 在不同控制器的上方或側(cè)旁，標注不同的文字或符號，通過這些文字或符號區(qū)分控制器，即為標記編碼。 1）采用文字：應(yīng)是簡短的，采用操作者熟悉的術(shù)語給出控制功能，如，“開”，“關(guān)” 。 2）采用圖形符號，應(yīng)盡可能以常規(guī)的方法，采用通用符號。 但采用

16、這種方法需要良好的照明和較大的空間，易出錯。,2. 大小編碼,大小編碼是通過控制器的尺寸大小不同來分辨控制器，因此，控制器的大小之間的尺寸等級差必須達到觸覺的識別閾限。,大小編碼不如形狀編碼有效，一般不宜超過3個。,3. 形狀和表紋編碼,形狀編碼是將不同用途的控制器設(shè)計成不同的形狀，以便使各控制器彼此之間不易混淆。 人通過觸覺辨認形狀的能力比辨認大小的能力強，編碼時應(yīng)選擇與控制功能相關(guān)聯(lián)的形狀，形狀應(yīng)簡單，有助于操作者對其譯碼 。表紋編碼依賴于觸覺反饋，一般與形狀編碼同時使用。,4. 顏色編碼,將不同功能的控制器，涂以不同的顏色，以示彼此之間的區(qū)別，稱為顏色編碼。 宜安裝在照明較好，操作者實現(xiàn)

17、可及的空間，所用顏色不宜過多，應(yīng)使用有標準意義的表示色，顏色編碼一般與其他編碼同時使用。,5. 操作方法編碼,采用操作方法編碼時，每個控制器都有自己獨特的驅(qū)動方式，如，拉，推，旋轉(zhuǎn)，滑動，按壓等。,6. 位置編碼,若有充裕的工作空間，此時控制器可按視覺位置定位。,三、控制器的外形結(jié)構(gòu)和尺寸,設(shè)計控制器的外形結(jié)構(gòu)和尺寸必須考慮操作者的操作方式?？刂破髯ノ詹糠值拇笮?yīng)與手的大小相兼容，形狀應(yīng)與抓握類型相兼容。,手柄形狀設(shè)計與手掌生理特點 (a) 手掌生理特點； (b) 手柄形狀,四、控制器的排列,1主要控制器；2緊急控制和精確調(diào)節(jié)的次要控制器； 3其他次要控制器的可取限度；4次要控制器的最大布置區(qū),五、控制器的間距,在控制器的設(shè)計中，各控制器之間應(yīng)留有適當?shù)拈g距，以免在操作某個控制器時會碰觸到與他相鄰的控制器，但間距不宜過大，否則會增加操作者四肢不必要的運動量。 控制器不同，間距也不相同。,六、控制器的布置原則,1.重要性原則：按照每個控制器的重要程度決定其位置，安排優(yōu)先權(quán)。 2.使用頻率原則：按照每個控制器在完成任務(wù)中使用的頻率決定其位置，安排優(yōu)先權(quán)。 3.功能原則：按照控制器的功能關(guān)系安排其位置，將功能相同或相關(guān)的控制器或顯示器組合在一起。 4.使用順序原則：對使用順序固定的控制器，按他的使用順序安排位置。