人體感知與信息處理及輸出系統(tǒng)

第三章導(dǎo)學(xué)

學(xué)習(xí)內(nèi)容與目標(biāo)：了解人與外界發(fā)生聯(lián)系的三個(gè)子系統(tǒng)；了解人體的主要感覺通道及其適用場合。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的感知響應(yīng)過程現(xiàn)在是1頁\一共有58頁\編輯于星期四第三章導(dǎo)學(xué)

掌握人眼可以感受到的光波的波長范圍，視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞的主要性質(zhì)，視角、視力、臨界視角的概念及計(jì)算公式；了解視野與視距、中央視覺和周圍視覺、雙眼視覺和立體視覺、色覺和色視野，理解暗適應(yīng)和明適應(yīng)的概念和過程；掌握人的視覺特征。視覺機(jī)能及其特征2視覺刺激視覺機(jī)能視覺系統(tǒng)視覺特征視錯(cuò)覺現(xiàn)在是2頁\一共有58頁\編輯于星期四第三章導(dǎo)學(xué)掌握人的聽感范圍，聲壓級(jí)的定義和計(jì)算方法，聽閾和痛閾的概念；了解雙耳效應(yīng)產(chǎn)生的原因，理解聽覺的方向敏感性與頻率的關(guān)系；掌握掩蔽、掩蔽效應(yīng)和聽覺殘留的概念。3聽覺機(jī)能及其特征聽覺刺激聽覺系統(tǒng)聽覺特性現(xiàn)在是3頁\一共有58頁\編輯于星期四第三章導(dǎo)學(xué)4人的信息處理系統(tǒng)了解人機(jī)之間的信息傳遞和處理過程。

掌握反應(yīng)時(shí)間的概念、組成及分類；了解人體動(dòng)作軌跡特征；理解運(yùn)動(dòng)速度與準(zhǔn)確性的關(guān)系。5人的信息輸出系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性現(xiàn)在是4頁\一共有58頁\編輯于星期四第三章導(dǎo)學(xué)重點(diǎn)：難點(diǎn)：1.視角、視力、臨界視角的概念及計(jì)算公式；2.聲壓級(jí)的定義和計(jì)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，掩蔽、掩蔽效應(yīng)和聽覺殘留的概念。1.人眼可以感受到的光波的波長范圍，視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞的主要性質(zhì)，視角、視力、臨界視角的概念及計(jì)算公式，人的視覺特征；2.人的聽感范圍，聲壓級(jí)的定義和計(jì)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；3.反應(yīng)時(shí)間的概念、組成及分類?，F(xiàn)在是5頁\一共有58頁\編輯于星期四3.1人在系統(tǒng)中的功能人是系統(tǒng)中的重要“環(huán)節(jié)”，人與外界發(fā)生聯(lián)系的主要是三個(gè)子系統(tǒng)，即感覺系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，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)，這一過程稱為感知響應(yīng)過程。2.人體的主要感覺通道及其適用場合，見表3-1?，F(xiàn)在是6頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2視覺機(jī)能及其特征3.2.1視覺刺激

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(gè)電磁光譜的一小部分，其波長為380~780nm，見圖3-2?，F(xiàn)在是7頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.2視覺系統(tǒng)視覺是由眼睛、視神經(jīng)和視覺中樞的共同活動(dòng)完成的，見圖3-3。眼睛是視覺的感受器官，人眼是直徑為21~25mm的球體，質(zhì)量約為7g。其基本構(gòu)造與照相機(jī)類似，見圖3-4。視網(wǎng)膜最外層細(xì)胞包括視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞，它們是接受信息的主要細(xì)胞，其主要性質(zhì)見表3-2?，F(xiàn)在是8頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.3視覺機(jī)能1.視角與視力視角：確定被看物尺寸范圍的兩端點(diǎn)光線射入眼球的相交角度。

α=2arctg(D/2L)α—視角（單位：′）；D—被視對(duì)象上兩端點(diǎn)的直線距離；L—眼睛到被視對(duì)象的距離，稱為視距。

現(xiàn)在是9頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.3視覺機(jī)能

視力：眼睛分辨物體細(xì)微結(jié)構(gòu)能力的一個(gè)生理尺度，以臨界視角的倒數(shù)來表示。

視力=1/臨界視角

臨界視角：能夠分辨的最小物體的視角（單位：′）

按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，人站在離視力檢查表5m遠(yuǎn)處觀看表中第十行“E”字，若能分辨清楚，視力為1.0即視力正常，此時(shí)的臨界視角=1′。現(xiàn)在是10頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.3視覺機(jī)能2.視野與視距

視野：指人的頭部和眼球固定不動(dòng)的情況下，眼睛觀看正前方物體時(shí)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/雙視野）和垂直視野，見圖3-5，3-6。

視距：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3-3。一般應(yīng)根據(jù)觀察目標(biāo)的大小和形狀以及工作要求確定視距，普通操作的視距范圍在38～76cm之間，在56cm處最為適宜?，F(xiàn)在是11頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.3視覺機(jī)能3.中央視覺和周圍視覺中央視覺—視錐細(xì)胞（感色能力強(qiáng)、能清晰分辨物體）。周圍視覺—視桿細(xì)胞（觀察空間范圍和正在運(yùn)動(dòng)的物體）。如果周圍視覺的視野范圍縮小到10°以內(nèi)稱為工業(yè)盲?，F(xiàn)在是12頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.3視覺機(jī)能4.雙眼視覺和立體視覺

雙眼視物時(shí)，具有分辨物體深淺、遠(yuǎn)近等相對(duì)位置的能力，形成立體視覺。5.色覺和色視野色視野是指顏色對(duì)眼的刺激能引起感覺的范圍，見圖3-7。6.暗適應(yīng)和明適應(yīng)當(dāng)人從亮處進(jìn)入暗處時(shí)，需要經(jīng)過一段適應(yīng)的時(shí)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3-8?，F(xiàn)在是13頁\一共有58頁\編輯于星期四3.2.4視覺特征1.眼睛運(yùn)動(dòng)速度及疲勞程度：水平優(yōu)于垂直。2.視線變化習(xí)慣：左—右，上—下，順時(shí)針。3.準(zhǔn)確性：水平尺寸和比例的估計(jì)更準(zhǔn)確。4.觀察優(yōu)先性：左上—右上—左下—右下（圖3-9）。視區(qū)內(nèi)的儀表布置必須考慮這一點(diǎn)。5.設(shè)計(jì)依據(jù)：應(yīng)以雙眼視野為設(shè)計(jì)依據(jù)。6.接受程度：直線輪廓優(yōu)于曲線輪廓。7.顏色的易辨認(rèn)順序：紅、綠、黃、白；

顏色相配時(shí)的易辨認(rèn)順序：黃底黑字、黑底白字、藍(lán)底白字、白底黑字。（圖3-10：交通標(biāo)志）

現(xiàn)在是14頁\一共有58頁\編輯于星期四3.3聽覺機(jī)能及其特征3.3.1聽覺刺激

聽覺的適宜刺激是聲音，聲音的聲源是振動(dòng)的物體，人的聽感范圍：20~20000Hz。3.3.2聽覺系統(tǒng)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。（見圖3-11）現(xiàn)在是15頁\一共有58頁\編輯于星期四3.3.3聽覺特性1.人耳的聽覺范圍（1）聲音的物理學(xué)計(jì)量計(jì)量聲波強(qiáng)度的物理量有：聲功率、聲強(qiáng)和聲壓。另外定義的三個(gè)相應(yīng)的量為：聲功率級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)和聲壓級(jí)。這三個(gè)量值的名稱為分貝（dB）?，F(xiàn)在是16頁\一共有58頁\編輯于星期四3.3.3聽覺特性（2）聲壓級(jí)與分貝人耳所能聽到的聲音，其聲壓范圍很寬。聽閾：剛剛能聽見的有效聲壓，約為。痛閾：剛剛能刺痛耳朵的有效聲壓，約為20Pa。聲壓級(jí)的定義:聲壓p與基準(zhǔn)聲壓p0比值的對(duì)數(shù)的20倍，稱為該聲壓的聲壓級(jí)，即聲壓級(jí)與人耳感受，見表3-5?，F(xiàn)在是17頁\一共有58頁\編輯于星期四3.3.3聽覺特性（3）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，見圖3-12。人能感受的頻率范圍：20~20000Hz人最敏感的頻率范圍：1000~3000Hz隨著年齡增大，人對(duì)高頻聲波的感受能力逐漸減弱，但對(duì)1000Hz以下低頻聲波的感受能力變化不大。見圖3-13?，F(xiàn)在是18頁\一共有58頁\編輯于星期四3.3.3聽覺特性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(dá)兩耳的微小時(shí)間差、強(qiáng)度差和由于頭部對(duì)聲音阻擋而使聲音頻譜發(fā)生改變。聲音的頻率越高，辨別聲音方向越容易，即：聽覺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3-14?，F(xiàn)在是19頁\一共有58頁\編輯于星期四3.3.3聽覺特性3.掩蔽效應(yīng)掩蔽：一個(gè)聲音（主體聲）被另一個(gè)聲音（掩蔽聲）所掩蓋的現(xiàn)象。

掩蔽效應(yīng)：主體聲的聽閾因掩蔽聲的掩蔽作用而提高的效應(yīng)。

聽覺殘留：掩蔽聲去掉后，掩蔽效應(yīng)并不立即消除的現(xiàn)象?，F(xiàn)在是20頁\一共有58頁\編輯于星期四3.4人的信息處理系統(tǒng)

在人和機(jī)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?，F(xiàn)在是21頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5人的信息輸出系統(tǒng)

人機(jī)系統(tǒng)中，操作者接受系統(tǒng)信息并經(jīng)中樞加工后，對(duì)系統(tǒng)作出反應(yīng)，這一環(huán)節(jié)稱為操作者的信息輸出。人的信息輸出有語言輸出、運(yùn)動(dòng)輸出等多種形式。運(yùn)動(dòng)輸出的質(zhì)量指標(biāo)是反應(yīng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度和準(zhǔn)確性。

現(xiàn)在是22頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5.1反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間（RT）又稱為反應(yīng)潛伏期，它是指刺激和反應(yīng)的時(shí)間間距。

RT——反應(yīng)時(shí)間tz

——反應(yīng)知覺時(shí)間（自出現(xiàn)刺激到開始執(zhí)行操縱的時(shí)間）td

——?jiǎng)幼鲿r(shí)間（執(zhí)行操縱的延續(xù)時(shí)間）RT=tz+td現(xiàn)在是23頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5.1反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間呈現(xiàn)的刺激只有一個(gè)，要求人做出的反應(yīng)也是一個(gè)。呈現(xiàn)的刺激多于一個(gè)，要求人對(duì)不同刺激作出一一對(duì)應(yīng)的不同反應(yīng)。呈現(xiàn)的刺激多于一個(gè)，要求人只對(duì)其中某種刺激作出預(yù)定反應(yīng)，而對(duì)其余刺激不作反應(yīng)。簡單反應(yīng)時(shí)析?。ū鎰e）反應(yīng)時(shí)選擇反應(yīng)時(shí)現(xiàn)在是24頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5.1反應(yīng)時(shí)間三種反應(yīng)時(shí)間中，簡單反應(yīng)時(shí)間最短，辨別反應(yīng)時(shí)間次之，選擇反應(yīng)時(shí)間最長。辨別反應(yīng)時(shí)間和選擇反應(yīng)時(shí)間隨著刺激數(shù)目增多而延長。下表是刺激數(shù)目對(duì)辨別反應(yīng)時(shí)間影響的一項(xiàng)測試結(jié)果。

現(xiàn)在是25頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5.2運(yùn)動(dòng)速度

①水平運(yùn)動(dòng)快于垂直運(yùn)動(dòng)，前后運(yùn)動(dòng)快于左右運(yùn)動(dòng)，從上往下的運(yùn)動(dòng)快于從下往上，順時(shí)針運(yùn)動(dòng)快于逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)；②手向著身體的運(yùn)動(dòng)比離開身體的運(yùn)動(dòng)靈活；③圓形軌跡的動(dòng)作比直線軌跡動(dòng)作靈活；④連續(xù)改變方向的曲線運(yùn)動(dòng)快于突然改變方向的折線運(yùn)動(dòng)；⑤運(yùn)動(dòng)方向?qū)Χㄎ贿\(yùn)動(dòng)速度的影響，見圖3-15，⑥運(yùn)動(dòng)方向和距離對(duì)重復(fù)運(yùn)動(dòng)速度的影響，見圖3-16。⑦單手可在此手一側(cè)60?范圍內(nèi)自如運(yùn)動(dòng)；雙手只在左右各30?范圍內(nèi)自如運(yùn)動(dòng)；正中方向及附近，單、雙手運(yùn)動(dòng)最自如（見圖3-17）。現(xiàn)在是26頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5.3運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性是運(yùn)動(dòng)輸出質(zhì)量的重要指標(biāo)。運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性包括：?運(yùn)動(dòng)方向的準(zhǔn)確性；?運(yùn)動(dòng)量（操縱量）的準(zhǔn)確性；?運(yùn)動(dòng)速度的準(zhǔn)確性；?操縱力的準(zhǔn)確性。現(xiàn)在是27頁\一共有58頁\編輯于星期四3.5.3運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性1.運(yùn)動(dòng)速度與準(zhǔn)確性運(yùn)動(dòng)速度與準(zhǔn)確性二者間存在互相補(bǔ)償?shù)年P(guān)系，描述其關(guān)系的曲線稱為速度-準(zhǔn)確性特性曲線，見圖3-18。2.盲目定位運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性

手的盲目定位運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性，見圖3-19。3.運(yùn)動(dòng)方向與準(zhǔn)確性

手臂運(yùn)動(dòng)方向?qū)?zhǔn)確性的影響，見圖3-20。4.操作方式與準(zhǔn)確性不同控制操作方式對(duì)準(zhǔn)確性的影響，見圖3-21?，F(xiàn)在是28頁\一共有58頁\編輯于星期四本章思考題1、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？2、分述在光線很弱（強(qiáng)）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(xì)胞？各有何性質(zhì)？3、人最敏銳的視力是在什么范圍內(nèi)？4、觀看展示物的最佳視區(qū)在什么范圍內(nèi)？5、簡述簡單反應(yīng)時(shí)、析取反應(yīng)時(shí)和選擇反應(yīng)時(shí)的特點(diǎn)?，F(xiàn)在是29頁\一共有58頁\編輯于星期四本章結(jié)束現(xiàn)在是30頁\一共有58頁\編輯于星期四本章所附插圖現(xiàn)在是31頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-1人與外界的協(xié)調(diào)模式返回現(xiàn)在是32頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-2全部電磁光譜中的可見光譜返回現(xiàn)在是33頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-3人的視覺系統(tǒng)返回現(xiàn)在是34頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-4眼睛結(jié)構(gòu)示意圖返回現(xiàn)在是35頁\一共有58頁\編輯于星期四在水平面內(nèi)，雙眼視區(qū)大約在左右62°以內(nèi)區(qū)域，在標(biāo)準(zhǔn)視線左右各10°～20°視野內(nèi)可以辨別字；在標(biāo)準(zhǔn)視線左右各5°～30°視野內(nèi)可以辨別字母；在標(biāo)準(zhǔn)視線左右30°～60°范圍可以辨別顏色。人最敏銳的視力是在標(biāo)準(zhǔn)視線兩側(cè)各1°的范圍內(nèi)。圖3-5人的水平視野現(xiàn)在是36頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-6人的垂直視野在垂直面內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)視線為水平視線，最大視區(qū)為視平線以上50°到視平線以下70°。站立時(shí)的自然視線低于水平線10°，坐著時(shí)自然視線低于水平視線15°；人在很松馳的狀態(tài)下，站著和坐著時(shí)的自然視線偏離標(biāo)準(zhǔn)視線分別是30°和38°。觀看展示物的最佳視區(qū)在低于標(biāo)準(zhǔn)視線30°的區(qū)域里。返回現(xiàn)在是37頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-7人的色視野返回現(xiàn)在是38頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-8暗適應(yīng)與明適應(yīng)返回現(xiàn)在是39頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-9觀察情況的優(yōu)先性右上限左上限左下限右下限返回現(xiàn)在是40頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-10交通標(biāo)志禁止駛車禁止超車解除禁止超車注意行人注意危險(xiǎn)注意兒童返回現(xiàn)在是41頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-11人耳的構(gòu)造

（a）人耳的基本結(jié)構(gòu)（b）耳蝸返回現(xiàn)在是42頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-12聽閾、痛閾與聽覺區(qū)域返回現(xiàn)在是43頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-13聽力損失曲線返回現(xiàn)在是44頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-14右耳的方向敏感性與聲音頻率的關(guān)系返回現(xiàn)在是45頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-15手向各方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)間差異返回現(xiàn)在是46頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-16不同區(qū)域內(nèi)手指敲擊運(yùn)動(dòng)速度差異返回現(xiàn)在是47頁\一共有58頁\編輯于星期四圖3-17單手