第3章 人體感知與信息處理及輸出系統(tǒng)

1、 ） 了解了解人與外界發(fā)生聯(lián)系的三個子系統(tǒng)；人與外界發(fā)生聯(lián)系的三個子系統(tǒng)；了解了解人體的人體的主要感覺通道及其適用場合。主要感覺通道及其適用場合。 人在系統(tǒng)中的功能人在系統(tǒng)中的功能1人體的主要感覺通道與適用信息人體的主要感覺通道與適用信息人的感知響應(yīng)過程人的感知響應(yīng)過程 ） 掌握掌握人眼可以感受到的光波的波長范圍，視桿細人眼可以感受到的光波的波長范圍，視桿細胞和視錐細胞的主要性質(zhì)，視角、視力、臨界視角的胞和視錐細胞的主要性質(zhì)，視角、視力、臨界視角的概念及計算公式；概念及計算公式；了解了解視野與視距、中央視覺和周圍視野與視距、中央視覺和周圍視覺、雙眼視覺和立體視覺、色覺和色視野，視覺、雙眼視覺和

2、立體視覺、色覺和色視野，理解理解暗暗適應(yīng)和明適應(yīng)的概念和過程；適應(yīng)和明適應(yīng)的概念和過程；掌握掌握人的視覺特征。人的視覺特征。視覺機能及其特征視覺機能及其特征2視覺刺激視覺刺激視覺機能視覺機能視覺系統(tǒng)視覺系統(tǒng)視覺特征視覺特征視錯覺視錯覺 ） 掌握掌握人的聽感范圍，聲壓級的定義和計算方法，聽人的聽感范圍，聲壓級的定義和計算方法，聽閾和痛閾的概念；閾和痛閾的概念；了解了解雙耳效應(yīng)產(chǎn)生的原因，雙耳效應(yīng)產(chǎn)生的原因，理解理解聽覺聽覺的方向敏感性與頻率的關(guān)系；的方向敏感性與頻率的關(guān)系；掌握掌握掩蔽、掩蔽效應(yīng)和聽掩蔽、掩蔽效應(yīng)和聽覺殘留的概念。覺殘留的概念。3聽覺聽覺機能及其特征機能及其特征聽覺刺激聽覺刺激聽

3、覺系統(tǒng)聽覺系統(tǒng)聽覺特性聽覺特性 ）4 人的信息處理系統(tǒng)人的信息處理系統(tǒng) 了解了解人機之間的信息傳遞和處理過程。人機之間的信息傳遞和處理過程。 掌握掌握反應(yīng)時間的概念、組成及分類；反應(yīng)時間的概念、組成及分類；了解了解人體動作軌人體動作軌跡特征；跡特征；理解理解運動速度與準確性的關(guān)系。運動速度與準確性的關(guān)系。5人的信息輸出系統(tǒng)人的信息輸出系統(tǒng)反應(yīng)時間反應(yīng)時間運動速度運動速度運動準確性運動準確性 ）1.視角、視力、臨界視角的概念及計算公式；視角、視力、臨界視角的概念及計算公式；2.聲壓級的定義和計算方法，雙耳效應(yīng)產(chǎn)生的原因，聽聲壓級的定義和計算方法，雙耳效應(yīng)產(chǎn)生的原因，聽覺的方向敏感性與頻率的關(guān)系，

4、掩蔽、掩蔽效應(yīng)和聽覺覺的方向敏感性與頻率的關(guān)系，掩蔽、掩蔽效應(yīng)和聽覺殘留的概念。殘留的概念。1.人眼可以感受到的光波的波長范圍，視桿細胞和視錐人眼可以感受到的光波的波長范圍，視桿細胞和視錐細胞的主要性質(zhì)，視角、視力、臨界視角的概念及計算細胞的主要性質(zhì)，視角、視力、臨界視角的概念及計算公式，人的視覺特征；公式，人的視覺特征；2.人的聽感范圍，聲壓級的定義和計算方法，聽閾和痛人的聽感范圍，聲壓級的定義和計算方法，聽閾和痛閾的概念，掩蔽、掩蔽效應(yīng)和聽覺殘留的概念；閾的概念，掩蔽、掩蔽效應(yīng)和聽覺殘留的概念；3.反應(yīng)時間的概念、組成及分類。反應(yīng)時間的概念、組成及分類。 ） 人是系統(tǒng)中的重要人是系統(tǒng)中的重

5、要“環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)”，人與外界發(fā)生聯(lián)系，人與外界發(fā)生聯(lián)系的主要是三個子系統(tǒng)，即的主要是三個子系統(tǒng)，即感覺系統(tǒng)感覺系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng)、運動運動系統(tǒng)系統(tǒng)，見圖，見圖3-1。1.人的感知響應(yīng)過程 人接受到外界信息（刺激）而作出一定反應(yīng)，這人接受到外界信息（刺激）而作出一定反應(yīng)，這一過程稱為一過程稱為感知響應(yīng)過程感知響應(yīng)過程。2.人體的主要感覺通道及其適用場合，見表見表3-1。 ） 視覺的適宜刺激是光。人的兩眼可以感受到的視覺的適宜刺激是光。人的兩眼可以感受到的光波只占整個電磁光譜的一小部分，其波長為光波只占整個電磁光譜的一小部分，其波長為380780nm，見圖，見圖3-2。 ） 視覺是由眼睛、視神經(jīng)和

6、視覺中樞的共同活動完視覺是由眼睛、視神經(jīng)和視覺中樞的共同活動完成的，見圖成的，見圖3-3 。 眼睛是視覺的感受器官，人眼是直徑為眼睛是視覺的感受器官，人眼是直徑為2125mm的球體，質(zhì)量約為的球體，質(zhì)量約為7g。其基本構(gòu)造與。其基本構(gòu)造與照相機類似，見圖照相機類似，見圖3-4。 視網(wǎng)膜最外層細胞包括視網(wǎng)膜最外層細胞包括視桿細胞視桿細胞和和視錐細胞視錐細胞，它，它們是接受信息的主要細胞，其主要性質(zhì)見表們是接受信息的主要細胞，其主要性質(zhì)見表3-2。 ）1.視角與視力 視角：視角：確定被看物尺寸范圍的兩端點光線射入眼球確定被看物尺寸范圍的兩端點光線射入眼球的相交角度。的相交角度。 =2arctg(D

7、/2L) 視角（單位視角（單位：）；）； D被視對象上兩端點的直線距離；被視對象上兩端點的直線距離； L眼睛到被視對象的距離，稱為視距。眼睛到被視對象的距離，稱為視距。 ） 視力：視力：眼睛分辨物體細微結(jié)構(gòu)能力的一個眼睛分辨物體細微結(jié)構(gòu)能力的一個生理尺度，以臨界視角的倒數(shù)來表示。生理尺度，以臨界視角的倒數(shù)來表示。 視力視力=1/臨界視角臨界視角 臨界視角：臨界視角：能夠分辨的最小物體的視角能夠分辨的最小物體的視角（單位（單位：） 按標準規(guī)定，人站在離視力檢按標準規(guī)定，人站在離視力檢查表查表5m5m遠處觀看表中第十行遠處觀看表中第十行“E”E”字，若能分辨清楚，視力為字，若能分辨清楚，視力為1.

8、01.0即即視力正常，此時的臨界視角視力正常，此時的臨界視角=1=1 。 ）2.視野與視距 視野：視野：指人的頭部和眼球固定不動的情況下，眼指人的頭部和眼球固定不動的情況下，眼睛觀看正前方物體時所能看得見的空間范圍，常以角睛觀看正前方物體時所能看得見的空間范圍，常以角度來表示。分水平視野（單視野度來表示。分水平視野（單視野/雙視野）和垂直視雙視野）和垂直視野，見圖野，見圖3-5，3-6。 視距：視距：指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離，幾種指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離，幾種工作視距推薦值參閱表工作視距推薦值參閱表3-3。 一般應(yīng)根據(jù)觀察目標的大小和一般應(yīng)根據(jù)觀察目標的大小和形狀以及工作要求確定視

9、距，普通形狀以及工作要求確定視距，普通操作的視距范圍在操作的視距范圍在383876cm76cm之間，之間，在在56cm56cm處最為適宜。處最為適宜。 ）3.中央視覺和周圍視覺中央視覺中央視覺視錐細胞（感色能力強、能清晰分辨物體）。視錐細胞（感色能力強、能清晰分辨物體）。周圍視覺周圍視覺視桿細胞（觀察空間范圍和正在運動的物體）。視桿細胞（觀察空間范圍和正在運動的物體）。 如果周圍視覺的視野范圍縮小如果周圍視覺的視野范圍縮小到到1010以內(nèi)稱為工業(yè)盲。以內(nèi)稱為工業(yè)盲。 ）4.雙眼視覺和立體視覺 雙眼視物時，具有分辨物體深淺、遠近等相對位雙眼視物時，具有分辨物體深淺、遠近等相對位置的能力，形成立體

10、視覺。置的能力，形成立體視覺。5.色覺和色視野 色視野是指顏色對眼的刺激能引起感覺的范圍，色視野是指顏色對眼的刺激能引起感覺的范圍，見圖見圖3-7。6.暗適應(yīng)和明適應(yīng) 當(dāng)人從亮處進入暗處時，需要經(jīng)過一段適應(yīng)的時當(dāng)人從亮處進入暗處時，需要經(jīng)過一段適應(yīng)的時間才能看清物體，這種適應(yīng)過程稱為暗適應(yīng)，反之為間才能看清物體，這種適應(yīng)過程稱為暗適應(yīng)，反之為明適應(yīng)。見圖明適應(yīng)。見圖3-8。 ）1.眼睛運動速度及疲勞程度眼睛運動速度及疲勞程度：水平優(yōu)于垂直。：水平優(yōu)于垂直。2.視線變化習(xí)慣：視線變化習(xí)慣：左左右，上右，上下，順時針。下，順時針。3.準確性：準確性：水平尺寸和比例的估計更準確。水平尺寸和比例的估計

11、更準確。4.觀察優(yōu)先性：觀察優(yōu)先性：左上左上右上右上左下左下右下（圖右下（圖3-9）。）。視區(qū)內(nèi)的儀表布置必須考慮這一點。視區(qū)內(nèi)的儀表布置必須考慮這一點。5.設(shè)計依據(jù)：設(shè)計依據(jù)：應(yīng)以雙眼視野為設(shè)計依據(jù)。應(yīng)以雙眼視野為設(shè)計依據(jù)。6.接受程度：接受程度：直線輪廓優(yōu)于曲線輪廓。直線輪廓優(yōu)于曲線輪廓。7.顏色的易辨認順序：顏色的易辨認順序：紅、綠、黃、白；紅、綠、黃、白； 顏色相配時的易辨認順序：顏色相配時的易辨認順序：黃底黑字、黑底白字、藍底黃底黑字、黑底白字、藍底 白字、白底黑字。（圖白字、白底黑字。（圖3-10：交通標志）：交通標志） ） 聽覺的適宜刺激是聲音，聲音的聲源是振動的物聽覺的適宜刺激

12、是聲音，聲音的聲源是振動的物體，人的聽感范圍：體，人的聽感范圍：2020000Hz。 起主要作用的部位：內(nèi)耳耳蝸；起主要作用的部位：內(nèi)耳耳蝸； 起輔助作用的部位：外耳、中耳、內(nèi)耳的其它部分。起輔助作用的部位：外耳、中耳、內(nèi)耳的其它部分。 （見圖（見圖3-11） ）1.人耳的聽覺范圍（1 1）聲音的物理學(xué)計量）聲音的物理學(xué)計量 計量聲波強度的物理量有：計量聲波強度的物理量有：聲功率聲功率、聲強聲強和和聲壓聲壓。 另外定義的三個相應(yīng)的量為：另外定義的三個相應(yīng)的量為：聲功率級聲功率級、聲強級聲強級和和聲壓級聲壓級。這三個量值的名稱為分貝（。這三個量值的名稱為分貝（dB）。）。 ）（2 2）聲壓級與分

13、貝）聲壓級與分貝 人耳所能聽到的聲音，其聲壓范圍很寬。人耳所能聽到的聲音，其聲壓范圍很寬。聽閾：聽閾：剛剛能聽見的有效聲壓，約為剛剛能聽見的有效聲壓，約為 。痛閾：痛閾：剛剛能刺痛耳朵的有效聲壓，約為剛剛能刺痛耳朵的有效聲壓，約為20Pa20Pa。 聲壓級的定義聲壓級的定義: 聲壓聲壓p p與基準聲壓與基準聲壓p p0 0比值的對數(shù)的比值的對數(shù)的2020倍，倍，稱為該聲壓的聲壓級，即稱為該聲壓的聲壓級，即 聲壓級與人耳聲壓級與人耳感受，見表感受，見表3-5。 ）（3 3）聽覺區(qū)域與聽力損失）聽覺區(qū)域與聽力損失 聽閾和痛閾之間就是人的聽覺可以正常感受的范圍，聽閾和痛閾之間就是人的聽覺可以正常感受

14、的范圍，見圖見圖3-12。人能感受的頻率范圍：人能感受的頻率范圍：2020000Hz人最敏感的頻率范圍：人最敏感的頻率范圍：10003000Hz 隨著年齡增大，人對高頻聲波的感受能力逐漸減弱，隨著年齡增大，人對高頻聲波的感受能力逐漸減弱，但對但對1000Hz以下低頻聲波的感受能力變化不大。以下低頻聲波的感受能力變化不大。 見圖見圖3-13。 ）2.方向敏感度（雙耳效應(yīng)） 雙耳效應(yīng)產(chǎn)生的原因：聲音到達兩耳的微小雙耳效應(yīng)產(chǎn)生的原因：聲音到達兩耳的微小時間時間差差、強度差強度差和由于頭部對聲音阻擋而使和由于頭部對聲音阻擋而使聲音頻譜發(fā)生改聲音頻譜發(fā)生改變變。 聲音的頻率越高，辨別聲音方向越容易，即：

15、聲音的頻率越高，辨別聲音方向越容易，即：聽覺聽覺的方向敏感性隨頻率增大而增大。的方向敏感性隨頻率增大而增大。 右耳的方向敏感性與聲音頻率的關(guān)系見圖右耳的方向敏感性與聲音頻率的關(guān)系見圖3-14。 ）3.掩蔽效應(yīng) 掩蔽：掩蔽：一個聲音（主體聲）被另一個聲音（掩蔽一個聲音（主體聲）被另一個聲音（掩蔽聲）所掩蓋的現(xiàn)象。聲）所掩蓋的現(xiàn)象。 掩蔽效應(yīng)：掩蔽效應(yīng)：主體聲的聽閾因掩蔽聲的掩蔽作用而主體聲的聽閾因掩蔽聲的掩蔽作用而提高的效應(yīng)。提高的效應(yīng)。 聽覺殘留：聽覺殘留：掩蔽聲去掉后，掩蔽效應(yīng)并不立即消掩蔽聲去掉后，掩蔽效應(yīng)并不立即消除的現(xiàn)象。除的現(xiàn)象。 ） 在人和機器相互作用的過程中，最本質(zhì)的聯(lián)系是在人和

16、機器相互作用的過程中，最本質(zhì)的聯(lián)系是信息交換，可以類比為一種信息傳遞和處理過程。信息交換，可以類比為一種信息傳遞和處理過程。 ） 人機系統(tǒng)中，操作者接受系統(tǒng)信息并經(jīng)中樞加工后，人機系統(tǒng)中，操作者接受系統(tǒng)信息并經(jīng)中樞加工后，對系統(tǒng)作出反應(yīng)，這一環(huán)節(jié)稱為對系統(tǒng)作出反應(yīng)，這一環(huán)節(jié)稱為操作者的信息輸出操作者的信息輸出。 人的信息輸出有語言輸出、運動輸出等多種形式。人的信息輸出有語言輸出、運動輸出等多種形式。 運動輸出的質(zhì)量指標是運動輸出的質(zhì)量指標是反應(yīng)時間反應(yīng)時間、運動速度運動速度和和準確性準確性。 ） 反應(yīng)時間反應(yīng)時間（RT）又稱為反應(yīng)潛伏期，它是指刺激）又稱為反應(yīng)潛伏期，它是指刺激和反應(yīng)的時間間距

17、。和反應(yīng)的時間間距。 RT RT 反應(yīng)時間反應(yīng)時間t tz z 反應(yīng)知覺時間（自出現(xiàn)刺激到開始執(zhí)行反應(yīng)知覺時間（自出現(xiàn)刺激到開始執(zhí)行 操縱的時間）操縱的時間）t td d 動作時間（執(zhí)行操縱的延續(xù)時間）動作時間（執(zhí)行操縱的延續(xù)時間）RT=tRT=tz z+t+td d ）反應(yīng)時間反應(yīng)時間呈現(xiàn)的刺激只有一呈現(xiàn)的刺激只有一個，要求人做出的個，要求人做出的反應(yīng)也是一個。反應(yīng)也是一個。呈現(xiàn)的刺激多于一呈現(xiàn)的刺激多于一個，要求人對不同個，要求人對不同刺激作出一一對應(yīng)刺激作出一一對應(yīng)的不同反應(yīng)。的不同反應(yīng)。呈現(xiàn)的刺激多于一呈現(xiàn)的刺激多于一個，要求人只對其個，要求人只對其中某種刺激作出預(yù)中某種刺激作出預(yù)定反

18、應(yīng)，而對其余定反應(yīng)，而對其余刺激不作反應(yīng)。刺激不作反應(yīng)。簡單反應(yīng)時簡單反應(yīng)時析?。ū鎰e）反應(yīng)時析?。ū鎰e）反應(yīng)時選擇反應(yīng)時選擇反應(yīng)時 ） 三種反應(yīng)時間中，簡單反應(yīng)時間最短，辨別反應(yīng)三種反應(yīng)時間中，簡單反應(yīng)時間最短，辨別反應(yīng)時間次之，選擇反應(yīng)時間最長。時間次之，選擇反應(yīng)時間最長。 辨別反應(yīng)時間和選擇反應(yīng)時間隨著刺激數(shù)目增多辨別反應(yīng)時間和選擇反應(yīng)時間隨著刺激數(shù)目增多而延長。下表是刺激數(shù)目對辨別反應(yīng)時間影響的一項而延長。下表是刺激數(shù)目對辨別反應(yīng)時間影響的一項測試結(jié)果。測試結(jié)果。 ） 水平運動快于垂直運動，前后運動快于左右運動，水平運動快于垂直運動，前后運動快于左右運動，從上往下的運動快于從下往上，順

19、時針運動快于逆時針從上往下的運動快于從下往上，順時針運動快于逆時針運動；運動； 手向著身體的運動比離開身體的運動靈活；手向著身體的運動比離開身體的運動靈活； 圓形軌跡的動作比直線軌跡動作靈活；圓形軌跡的動作比直線軌跡動作靈活； 連續(xù)改變方向的曲線運動快于突然改變方向的折線連續(xù)改變方向的曲線運動快于突然改變方向的折線運動；運動； 運動方向?qū)Χㄎ贿\動速度的影響，見圖運動方向?qū)Χㄎ贿\動速度的影響，見圖3-15， 運動方向和距離對重復(fù)運動速度的影響，見圖運動方向和距離對重復(fù)運動速度的影響，見圖3-16。 單手可在此手一側(cè)單手可在此手一側(cè)60范圍內(nèi)自如運動；雙手只在左范圍內(nèi)自如運動；雙手只在左右各右各3

20、0范圍內(nèi)自如運動；正中方向及附近，單、雙手運范圍內(nèi)自如運動；正中方向及附近，單、雙手運動最自如（見圖動最自如（見圖3-17）。）。 ）準確性是運動輸出質(zhì)量的重要指標。準確性是運動輸出質(zhì)量的重要指標。運動準確性包括：運動準確性包括： 運動方向運動方向的準確性的準確性 ； 運動量運動量（操縱量）的準確性（操縱量）的準確性 ； 運動速度運動速度的準確性；的準確性； 操縱力操縱力的準確性。的準確性。 ）1.運動速度與準確性 運動速度與準確性二者間存在互相補償?shù)年P(guān)系，描述運動速度與準確性二者間存在互相補償?shù)年P(guān)系，描述其關(guān)系的曲線稱為其關(guān)系的曲線稱為速度速度-準確性特性曲線準確性特性曲線，見圖，見圖3-1

21、8。2.盲目定位運動的準確性 手的盲目定位運動準確性，見圖手的盲目定位運動準確性，見圖3-19。3.運動方向與準確性 手臂運動方向?qū)蚀_性的影響，見圖手臂運動方向?qū)蚀_性的影響，見圖3-20。4.操作方式與準確性不同控制操作方式對準確性的影響，見圖不同控制操作方式對準確性的影響，見圖3-21。 ）本章思考題本章思考題1 1、人體的旋轉(zhuǎn)、直線加速度是由何種感覺器官、人體的旋轉(zhuǎn)、直線加速度是由何種感覺器官 感知？屬于何種感覺類型？感知？屬于何種感覺類型？ 2 2、分述在光線很弱（強）的條件下起感覺作用的是、分述在光線很弱（強）的條件下起感覺作用的是視網(wǎng)膜內(nèi)壁上的什么視覺細胞？各有何性質(zhì)？視網(wǎng)膜內(nèi)壁

22、上的什么視覺細胞？各有何性質(zhì)？3 3、人最敏銳的視力是在什么、人最敏銳的視力是在什么 范圍內(nèi)？范圍內(nèi)？4 4、觀看展示物的最佳視區(qū)在、觀看展示物的最佳視區(qū)在 什么范圍內(nèi)？什么范圍內(nèi)？5 5、簡述簡單反應(yīng)時、析取反、簡述簡單反應(yīng)時、析取反應(yīng)時和選擇反應(yīng)時的特點。應(yīng)時和選擇反應(yīng)時的特點。 ）本本 章章 結(jié)結(jié) 束束 ）本本 章章 所所 附附 插插 圖圖 ）圖圖3-1 人與外界的協(xié)調(diào)模式人與外界的協(xié)調(diào)模式返回 ）圖圖3-2 全部電磁光譜中的可見光譜全部電磁光譜中的可見光譜返回 ）圖圖3-3 人的視覺系統(tǒng)人的視覺系統(tǒng)返回 ）圖圖3-4 眼睛結(jié)構(gòu)示意圖眼睛結(jié)構(gòu)示意圖返回 ） 在水平面內(nèi)，雙眼在水平面內(nèi)，雙

23、眼視區(qū)大約在左右視區(qū)大約在左右6262以以內(nèi)區(qū)域，在標準視線左內(nèi)區(qū)域，在標準視線左右各右各10102020視野內(nèi)視野內(nèi)可以辨別字；在標準視可以辨別字；在標準視線左右各線左右各5 53030視野視野內(nèi)可以辨別字母；在標內(nèi)可以辨別字母；在標準視線左右準視線左右30306060范圍可以辨別顏色。范圍可以辨別顏色。人人最敏銳的視力是在標準最敏銳的視力是在標準視線兩側(cè)各視線兩側(cè)各1 1的范圍內(nèi)。的范圍內(nèi)。圖圖3-5 人的水平視野人的水平視野 ）圖圖3-6 人的垂直視野人的垂直視野 在垂直面內(nèi)，標準視在垂直面內(nèi)，標準視線為水平視線，最大視區(qū)線為水平視線，最大視區(qū)為視平線以上為視平線以上5050到視平到視平

24、線以下線以下7070。站立時的自。站立時的自然視線低于水平線然視線低于水平線1010，坐著時自然視線低于水平坐著時自然視線低于水平視線視線1515；人在很松馳的；人在很松馳的狀態(tài)下，站著和坐著時的狀態(tài)下，站著和坐著時的自然視線偏離標準視線分自然視線偏離標準視線分別是別是3030和和3838。觀看展觀看展示物的最佳視區(qū)在低于標示物的最佳視區(qū)在低于標準視線準視線3030的區(qū)域里。的區(qū)域里。返回 ）圖圖3-7 人的色視野人的色視野返回 ）圖圖3-8 暗適應(yīng)與明適應(yīng)暗適應(yīng)與明適應(yīng)返回 ）圖圖3-9 觀察情況的優(yōu)先性觀察情況的優(yōu)先性右上限右上限左上限左上限左下限左下限右下限右下限返回 ）圖圖3-10 交通標志交通標志禁止駛車禁止超車解除禁止超車注意行人注意危險注意兒童返回