Chapter計算機輸入輸出設備設計中的人因素PPT課件

1、第十一章第十一章 計算機輸入輸出設備設計中的人因素計算機輸入輸出設備設計中的人因素第1頁/共42頁主要內(nèi)容 第一節(jié) 鍵 盤 第二節(jié) 其他輸入裝置 第三節(jié) 計算機輸出裝置2022-4-272第2頁/共42頁第一節(jié) 鍵 盤 一、鍵盤設計的工效參數(shù) 二、鍵盤布局 2022-4-273第3頁/共42頁一、鍵盤設計的工效參數(shù) 項 目 最佳值 按鍵直徑1.27 cm 鍵中心間距1.81 cm 鍵阻力0.2551.503 N 鍵深度位移0.130.64 cm 鍵面傾斜度10度35度或傾斜度可調(diào)節(jié)2022-4-274第4頁/共42頁二、鍵盤布局 (一) 標準鍵盤 (二) DVORAK鍵盤 (三) 槽式鍵盤和K

2、鍵盤 (四) 和弦鍵盤2022-4-275第5頁/共42頁(一) 標準鍵盤 QWERTY鍵盤在1971年被國際標準化組織定為國際標準鍵盤，其布局是沿用1866年問世的機械打字機鍵盤的布局 存在的問題： （1）只有兩個常用的字母a和s在母行(Home Line)，這意味著輸入過程中用戶手指要經(jīng)常在鍵盤上移動較長的距離 （2）在輸入過程中只有20的常用字母順序的連擊是由左手和右手交替完成的，這意味著在許多輸入情況下，不能左右兩手順序連擊字母以提高績效 （3）左右手之間和各個手指之間的工作負荷不均衡，其情形如下表所示 2022-4-276第6頁/共42頁英文輸入515 960次 有效擊鍵次數(shù)在左右手

3、的分布 2022-4-277第7頁/共42頁(二) DVORAK鍵盤 2022-4-278第8頁/共42頁 DVORAK鍵盤的操作特點： (1) 右手的負荷(56)略高于左手(44) (2) 有70 的擊鍵可以在母行中完成 (3) 有44的常用字母順序可以由左右手交替完成 由于其布局合理，DVORAK鍵盤的輸入績效要明顯高于QWERTY鍵盤，而且錯誤少，不容易導致疲勞 DVORAK鍵盤布局已被美國國家標準局承認并作為現(xiàn)行標準鍵盤的替代鍵盤2022-4-279第9頁/共42頁(三) 槽式鍵盤和K鍵盤 槽式鍵盤按鍵布局和QWERTY鍵盤基本一致，但對整個鍵盤做了如下三種改進： (1) QWERTY

4、鍵盤的第三行按鍵(ZXCVB行)與整個鍵盤的角度被改成了90。，這簡化了鍵盤操作時從第二行按鍵移至第三行按鍵時手指的移動距離 (2) QWERTY鍵盤各行按鍵之間垂直的錯位排列改成垂直排列，這簡化操作的復雜性，提高操作的績效和準確性 (3) 在鍵盤內(nèi)邊緣，靠近用戶一邊設計了一個可支持用戶手腕和部分手掌的固定扶手，以減輕用戶手的疲勞程度 實驗表明，槽式鍵盤的操作績效，尤其是在減少用戶的疲勞程度上要明顯地優(yōu)于QWERTY鍵盤 2022-4-2710第10頁/共42頁K鍵盤2022-4-2711第11頁/共42頁 K鍵盤分為左右兩片，中間以鉸鏈相連，左右手各使用相應的一片 K鍵盤每片都按一定的角度放

5、置，可以使用戶的手腕自然伸直，操作自然、不易疲勞 1972年，克勒默采用錯誤率、肌肉緊張度和主觀評價等多種指標對用戶操作標準鍵盤和K鍵盤進行了比較研究 實驗結果表明，K鍵盤各項指標都優(yōu)于標準鍵盤，而且傾斜44。66。的K鍵盤更為合適 2022-4-2712第12頁/共42頁(四) 和弦鍵盤 和弦鍵盤是以和弦原理為基礎設計的鍵盤 和弦指的是由幾個同時產(chǎn)生的純音組成一個和音的過程 和弦鍵盤是多鍵對應一個信息元，即幾個鍵的組合對應一個字母或一個音節(jié) 一個由l2個鍵組成的和弦鍵盤，可輸入26個字母和9個數(shù)字 按鍵上標識的字母或數(shù)字可通過一次擊該按鍵輸入 兩鍵之間的字母或數(shù)字則通過同時擊這兩個相鄰的按鍵

6、輸 四個鍵之間的字母或數(shù)字則通過同時擊這四個相鄰的按鍵輸入 2022-4-2713第13頁/共42頁 和弦鍵盤的特點： (1) 可以用雙手或用單手操作，如單手操作時，鍵盤可以在較大的空間范圍內(nèi)移動，而且空出來的另一個手可以同時完成另一項任務 (2)相對較小的體積，便于攜帶 (3)和弦鍵盤在單位時間輸入的信息量比一鍵一碼的要多，但單位時間輸入的單詞量則取決于編碼的方式 (4)與一鍵一碼鍵盤相比，和弦鍵盤學習操作較為容易 (5)和弦鍵盤的學習操作和標準鍵盤使用者的操作習慣不沖突2022-4-2714第14頁/共42頁第二節(jié) 其他輸入裝置 計算機使用早期，游標鍵(Cursor Keys)是定位輸入?yún)^(qū)

7、域和指向特定對象的通用裝置 一、鼠標 二、游標鍵、追蹤球和觸摸屏 三、新型輸入裝置 四、語音輸入2022-4-2715第15頁/共42頁一、鼠標 鼠標是一種手握式輸入裝置，由美國斯坦福研究所的恩格爾伯特(Englebert)在1963年發(fā)明 根據(jù)不同的制造原理，鼠標分成機械式和光電式兩種類型 兩種最基本操作： （1）通過在平面上移動鼠標來控制顯示屏上的光標位置 （2）通過控制鼠標上的按鍵動作(如單擊或雙擊)以實現(xiàn)特定的操作 2022-4-2716第16頁/共42頁鼠標的幾種常見操作方式 指點定位 卡定 按動 釋放 拖動 雙卡定2022-4-2717第17頁/共42頁 鼠標是一種簡便的定位和指向

8、裝置 鼠標的運動在方向、距離和速度等各個維度上和光標在顯示屏上的運動是完全對應的 鼠標最適合于追蹤、指示和選擇對象 操作上的不便之處： （1）鼠標需要放置在鍵盤以外的地方 （2）用戶操作鼠標時，一只手必須離開打字鍵盤，這對某些需要用鍵盤的操作，特別是文字編輯一類的工作會帶來不便2022-4-2718第18頁/共42頁鼠標和游標鍵操作績效的比較 使用鼠標時，用戶的手拿到鼠標的時間較長，控制光標到達視標的時間卻較短 如果操作任務需要用戶的手在鍵盤和鼠標之間來回移動的次數(shù)較多時，就不宜采用鼠標作為指示或定位裝置 2022-4-2719第19頁/共42頁二、游標鍵、追蹤球和觸摸屏 (一)游標鍵 游標鍵

9、是標準鍵盤中的一部分，用戶通過對上、下、左、右四個游標鍵的按鍵操作來控制顯示屏上光標的位置 有字符和行作為參照，游標鍵特別適合在文本編輯中使用 本身就是標準鍵盤的一部分，使用游標鍵不占用桌面上的其他空間 局限性： （1）游標鍵無法提供一種斜線或持續(xù)的運動 （2）在距離、速度等維度上，用戶操作游標的手指運動和光標在屏幕上的運動并不是直接對應的 （3）用戶在游標鍵上按鍵的次數(shù)和時間決定著光標在屏幕上的移動距離2022-4-2720第20頁/共42頁(二) 追蹤球 追蹤球是一種用手指轉動位于固定空窩內(nèi)的小球來控制顯示屏上光標的一種指向裝置 用戶手指操作小球的方向和速度同顯示屏上的光標的方向和速度完全

10、對應，這使追蹤球的操作較為簡便 有些裝在鍵盤上的追蹤球并不需要鍵盤之外的其他裝置，可以少占一些桌面空間 不足之處： （1）用戶操作追蹤球的距離和光標在顯示屏上的移動距離并不完全對應，這給用戶的操作帶來不便 （2）追蹤球的操作容易使用戶的手指疲勞，不適合較長時間的作業(yè)。追蹤球較適用于追蹤作業(yè) 2022-4-2721第21頁/共42頁(三) 觸摸屏 觸摸屏是用戶可以直接使用手指來指示或定位顯示屏特定對象或區(qū)域的指向裝置 用戶在觸摸屏上所指即所得，操作簡便易學，可以在很大程度上減輕用戶的操作負擔 不足之處： （1）用戶的手指相對較大，不宜用來指示較小的對象 （2）用戶手指在顯示屏上的移動也會遮擋用戶

11、觀察顯示屏上的其他內(nèi)容 （3）操作時間較長時，容易引起手臂疲勞 2022-4-2722第22頁/共42頁(四) 筆式輸入 用特殊的筆在屏幕上直接書寫以輸入信息的計算機輸入系統(tǒng)，通常使用在小型的筆記本式計算機中 隨著掌上電腦的出現(xiàn)，筆式輸入顯得越來越重要 這類小型化設備一般不配備標準鍵盤和鼠標，因此信息的拾取和輸入都采用筆寫方式實現(xiàn) 筆式輸入系統(tǒng)要解決的關鍵技術是聯(lián)機手寫文字識別技術 2022-4-2723第23頁/共42頁 三、新型輸入裝置 (一) 三維交互輸入方式 (二) 非精確性交互方式 2022-4-2724第24頁/共42頁(一) 三維交互輸入方式 在日常生活中，所有的事件都發(fā)生在三維

12、空間，可是幾乎所有的計算機界面都發(fā)生在二維空間的 隨著虛擬現(xiàn)實技術的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，開發(fā)了三維交互方式 主要輸入裝置： 三維定位機構 數(shù)據(jù)手套 三維的操作桿 鼠標器及追蹤球 2022-4-2725第25頁/共42頁三維定位機構 三維定位機構是一種新型的有六個自由度的空間傳感器，已應用于許多三維輸入裝置中 可在相對固定的位置源，得到目標所處的方向和位置 2022-4-2726第26頁/共42頁 數(shù)據(jù)手套出現(xiàn)在1987年，是裝有位置傳感器和彎曲度傳感器的線織手套 用戶戴上這種手套能方便地抓取和操縱計算機生成的三維環(huán)境中的對象 由數(shù)據(jù)手套反饋的信號可表征每個手指的位置，并可分辨握緊拳頭、手指張開、食

13、指指點、拇指向上等各種手勢指令 裝有三維定位機構數(shù)據(jù)手套可紀錄完整的三維位置和方向 數(shù)據(jù)手套2022-4-2727第27頁/共42頁數(shù)據(jù)手套的應用 數(shù)據(jù)衣服： 在數(shù)據(jù)手套的基礎上，出現(xiàn)了可模仿人的身體動作的數(shù)據(jù)衣服(Data Suit)，它可跟蹤人體的68個關節(jié)部位 和弦手套： 1999年，羅森伯格等人發(fā)明了根據(jù)和弦原理制作的可用于文本輸入 這種手套將和弦鍵安裝在手套的指尖部位 在虛擬環(huán)境中，戴上這種手套的用戶可以在任何表面上以一定的和弦編碼方式通過指尖按擊輸入字母 2022-4-2728第28頁/共42頁 三維輸入裝置使用戶的輸入和控制更趨于自然 缺點 ：精度低、響應慢 目前的界面技術并不適

14、合于用來設計三維交互界面，因此，三維交互技術的發(fā)展將有利地推動未來界面的開發(fā)2022-4-2729第29頁/共42頁(二) 非精確性交互方式 精確性交互技術以其交互的精確性為特征，通常只要采用一種精確性交互技術即可完全達到人一計算機交互的目的 例如，使用鍵盤輸人字母“A”；采用鼠標展開“文件”菜單等 非精確性交互技術以其交互的非精確性為特征，通常需要采用多種交互技術的配合才能完全達到交互目的 例如，采用“凝視(EyeGaze)和按鍵展開“編輯”菜單 2022-4-2730第30頁/共42頁主要的非精確性交互技術有 以語音識別為基礎進行的語音交互方法 利用數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)服等裝置對手和身體的方位、

15、運動進行追蹤的姿勢交互方法 利用電磁、超聲波等方法跟蹤頭部運動的頭部追蹤交互方法 以用戶的眼睛作為指示裝置的凝視交互方法2022-4-2731第31頁/共42頁非精確性交互技術的優(yōu)越性 （1）合理地分配用戶資源，防止了資源競爭，有效地利用了用戶的資源 例如，在同一時刻，用戶既要用鼠標操作命令，又要用鍵盤輸入文字時，用戶手動資源就會發(fā)生競爭現(xiàn)象，而采用視覺輸入方式，用視覺的輸人替代手動輸入，就可防止手動資源的競爭 （2）極大程度提高了人-計算機界面信息傳遞的效率，拓寬了人-計算機通訊的帶寬 （3）在多通道人一計算機交互中，可采用非精確性交互替代不必要的精確性交互，使人一計算機交互更趨于自然、有效

16、 2022-4-2732第32頁/共42頁四、語音輸入 一種自然、簡便、理想的輸入方式，但是由于技術上的原因，語音輸入至今尚未得到廣泛使用 優(yōu)點： 在很大程度上減輕計算機操作中用戶的視覺和雙手操作的負荷； 語音輸入快捷、靈活、簡便、易學，適合于各種用戶的操作 不足之處： 受環(huán)境因素的干擾較大 用戶較難獲得輸入反饋，輸入的錯誤也較多 圖像等信息無法用語音來輸入 2022-4-2733第33頁/共42頁第三節(jié) 計算機輸出裝置 一、視覺顯示器 二、話音合成系統(tǒng) 2022-4-2734第34頁/共42頁一、視覺顯示器 影響視覺顯示器的信息顯示質(zhì)量的因素： （1）顯示器本身的特點 如顯示器的大小、分辨率

17、、顯示刷新頻率 （2）顯示器的照明條件 如照明水平、目標亮度、亮度對比、色彩等 （3）與顯示器的工作有關的其他環(huán)境因素 如噪聲、溫度等 （4）字符顯示的格式和顯示屏信息顯示的布局等 2022-4-2735第35頁/共42頁屏幕信息顯示的一般要求 (1)全面規(guī)劃：屏幕信息顯示設計在開始階段就要有一個全面的規(guī)劃 規(guī)劃的主要內(nèi)容： 屏幕的整體布局 菜單或命令行、顯示區(qū)、標題等的位置 彩色的配置 (2)一致性：屏幕設計的風格、布局等各種顯示的要素在同一個系統(tǒng)中要求保持一致 方便初學者的學習 利于熟練用戶提高操作的績效2022-4-2736第36頁/共42頁 (3) 可讀性 顯示的語句應簡短明確 所用詞

18、匯應是用戶熟悉，并符合語言規(guī)范 可大小寫合用； 每屏正文行數(shù)不能過多，應保持在1216行 每行字符數(shù)不應過多，如小于40個字符，字號可適當大些 各類相關信息如提示、出錯信息等，應分組顯示 重要的信息可采用閃爍、反顯、顏色等突顯方式顯示 顯示信息的式樣應采用用戶熟悉的方式 2022-4-2737第37頁/共42頁顏色在屏幕顯示中的應用 2022-4-2738第38頁/共42頁二、話音合成系統(tǒng) 話音合成系統(tǒng)是利用語音作為信息載體的輸出裝置 優(yōu)點 ： 當用戶視覺負荷過重，或者當用戶來回走動，無法從視覺顯示屏獲得信息的情況下，使用話音合成系統(tǒng)可以有效地降低用戶的操作負荷和提高操作績效 2022-4-2739第39頁/共42頁 局限性： (1) 人類語言是非常復雜的，即使是同一內(nèi)容，僅僅由于不同的語調(diào)，就可能表達不同的意義，反映不同的情感， 因此，實現(xiàn)一個完善的話音合成系統(tǒng)有相當?shù)碾y度 (2) 由于使用話音合成系統(tǒng)容易受到環(huán)境因素的干擾，因此話音輸出的可靠性較差 (3) 話音輸出是瞬時的，因此在使用過程中有可能增加用戶的短時記憶的負荷 (4) 話音輸出的效率較低，據(jù)估計，通