人机工程学讲义5

人机界面设计人机系统与人机界面首先再次澄清人机工程学定义中的重要术语人——劳动的主体机——劳动工具、机械设备、劳动手段和环境条件。人机界面——人和机在信息交换上和功能上接触的或相互影响的领域。人是指劳动的主体；机是指劳动工具、机械设备、劳动手段和环境条件；还有一个词汇我们经常在电视或报刊中看到，“界面设计”，如这个手机的“界面设计”绝无伦比等。那什么是界面呢，什么叫人机界面呢，就是人和机在信息交换上和功能上接触的或相互影响的领域。比如，矿泉水瓶，中间有段收身，拿瓶子的人大部分是握住中间的部分，很少有人两手指捏着上部的，为什么呢，中间有腰身，手握时不容易下滑。那么手握的中间有塑料皮的这一段就是人机界面，这个界面叫触觉界面——手去接触。还有一个界面，上面的盖子上的竖条纹，用手去拧才能打开瓶盖，竖条纹的地方也是一个人机界面，也是触觉界面；打开了，喝水——触觉界面——嘴唇接触它。还有一些视觉界面的——比如手机，点亮屏幕——视觉界面——上面很多图标、颜色、字体的大小很清晰，一目了然，这是给人看的，所以是视觉界面。还有听觉界面——手机响铃，可以设置声音渐强，这就比较符合人机工学；下课铃声很大，容易吓到人，就不符合人机工程。还有嗅觉界面——如生活中用的天然气中大多添加了难闻的气体，为了当有天然气泄漏的时候能让人及时警觉到出现问题，这就是嗅觉界面设计，有警示作用。还有过一种设计，一种工作椅。，有些工作岗位，比如电力系统中会有些工作是每隔一段时间就要记录仪表数据的。但是如果上夜班，人会非常困，容易睡着，这把专用的椅子坐在上面，如果人是清醒的就会经常改变体位，它就知道你是清醒；如果长时间椅子的震动感应器没有感应，说明你一直一个姿势，它就觉得你是睡着了，就会自动抖动，把人抖醒，或者侧面有喷枪，喷出难闻的气味，让人清醒。在人机系统中，人与机相互作用，相互联系，构成一个整体。（图）人和机器的机能（特性）对比人和机器在人机系统中功能是有分配的，如一台照相机在手上是傻瓜机，一台是职业记者用的专业相机，它们的人机分配是不同的；不会摄影人想买部好的傻瓜相机，再好也没有专业相机，因为它没有景深，什么都是自动设定的，没有职业摄影师用的相机能够自如修订参数，可以用滤色镜，反光板，自己设定曝光时间来得到他想得到的特殊效果。如果不用傻瓜机，就必须接受这方面的训练，训练有素才能自如使用专业相机。如表所示，包括检测能力、操控能力、控制能力、创造能力、耐久性、可靠性、适应性等。不一定机器就强于人，同样，也不一定人就强于机器，各有千秋，因此，对于一个器物来说，什么时候需要手动化，它的技术需要人掌握，而什么时候需要智能化，如声控灯等，是应该有分工的，不能千篇一律。需要合理分配：人的功能分担重，则机的的功能分担轻；人的功能分担轻，则机的的功能分担重。人机界面的分类控制类人机界面显示装置与人的信息通道特性的匹配；操纵装置与人体运动通道特性的匹配。如，门禁对讲机，可打电话可视频。工具类的人机界面研究如何使工具与人体形态功能、尺度、手感或体感相匹配。如扳手，座椅的设计等。环境类人机界面即物理环境、化学环境、生物环境和美学环境等对人的影响。如电影院看电影，4D电影，有时会观看过程中随着剧情下雨，或有烟雾放出等。信息显示界面下面先讲信息显示设计，包括视觉信息显示、听觉信息显示、触觉信息显示，还有嗅觉味觉信息显示等。我们主要讲视觉显示、听觉和嗅觉显示。信息显示器是人机系统中用以向人传达机器的功能、参数、运作状态及其他信息的装置。下表是不同感官通道的信息显示器比较。可以看出，视觉显示最直观，可以传达比较复杂、抽象的信息，传递速度最快、距离最远、时间可持续；但对视力色彩能力有要求，容易造成误解，受照明、色彩等干扰，有时候信息量太大也不容易处理。听觉显示可在视觉显示无法传达的时候起到作用，传递速度也快，但对听力有要求，信息容量有限，距离有限，不可持续，不可查对，容易受噪音的干扰。触觉显示可接受的器官多，而且不会影响他人，但信息容量小，不易辨识，必须人机接触。视觉显示设计先看一组图这款交通灯的LED图标设计采用了古老的沙漏形状，与单一形状交通灯或是倒计时数字的交通灯相比，它可以更加生动形象地告诉等待的路人还需要多少等待的时间。平时等交通灯很无聊，这个就比较有趣，只有在黄灯的时候才会显示数字倒计时。这种简单的计时方式连小朋友都可以看得懂。（大家思考下它还有什么不足可以改进）1.字符与图形设计文字、数字和图形符号时最简单也最直观的信息传达方式。文字能够准确描述和解释信息的意义，经常用于指示性显示（如操作方法显示）和辅助性说明。（比如我们的课件图形下往往有文字表明图形的名称或来历）数字能够精确显示数据参数，常作为计量显示用。符号是经过对被指示内容高度概括和抽象而成的图形指示标志，能够直观形象地突出被表示对象的特征和确定的含义，不受文化、语言和知识水平差异的限制，具有信息量大、形象生动、简介容易识别等优点。在设计中应根据需要和特征，选择适宜的方式，有时也需要综合运用。图3.2燃气热水器LED显示屏该显示屏上综合运用了文字、数字、图形符号传达产品信息。数字用于精确显示加热水温；文字用于辅助性说明信息内容；图形符号(动画)直观形象地传达产品的运作状态，如出水、排气等。1)字符设计选择和设计显示信息的字符时，字形应尽量简明易认。一般说来，简洁的字体比花体字易认，正体字比斜体字易认，细字体比粗字体易认，笔画均匀的字体比粗细变化的字体易认，大写字母比小写字母易认，方形和高矩形的字体比扁宽的字体易认，横向排列的字体比纵向排列的字体易认(图3.3)。图3.3不同字体显示效果的比较上下排从左至右分别为中、英文正常字体、草体字\花体字、斜体字、粗体字、笔画粗细变化的字体、繁体字\小写字母、纵向排列的文字，其中正常字体的可读性最强。字符的适宜尺寸计算公式：H=0.056D+K1+K2其中：H——字高，mm；D——视距，mm；（人眼与被观察物之间的距离）K1——照明与阅读条件校正系数。对于高环境照明，当阅读条件好时，K1取1.5mm；当阅读条件差时，K1取4.1mm。对于低环境照明，当阅读条件好时，K1取1.5mm；当阅读条件差时，K1取6.6mm。K2——重要性校正系数。一般情况下，K2=0；对于重要项目，如故障信号，K2可取1.9mm。比如我们的视距是5M，我们属于低环境照明，阅读条件比较好时，K1取1.5mm那么字体高计算一下就是29.5mm;阅读条件比较差时，K1取6.6mm那么字体高计算一下就是34.6mm.字符笔画宽度与字高的最佳比值，对于白底黑字为1:8，此时观察距离达到33m仍可辨别；对于黑底白字为1:13，此时观察距离达到36M仍可辨别。笔画宽度与字高之比在1:7~1:40之间时，看清黑底白字比看清白底黑字的观察距离更远。原因是光渗效应，即白色(或浅色)的形体在黑色或暗色背景的衬托下，具有较强的反射光亮，扩张性的渗出，使得黑底白字的笔画显得更清晰(图3.4)。图3.4光渗透效应使用字符传递信息时，还应注意区别容易混淆的字体、数字，如数字0与字母O\Q\D，数字1与字母I\l，数字2与字母Z,数字8与字母B.R,数字3.5与字母S等。当这些字符混排时，应使用区别较大的字体或用其他区别方式(图3.5)THEBEIJINGEBOBOLHMPICGRMES图3.5数字0与字母0的识别区分此外，段落文字还应控制字间距与行间距，以便阅读和理解，一般横排文字间隔取一个笔画宽度，两行文字间距至少为字高的1/3。2)图形符号设计信息显示中所采用的图形和符号，是经过对显示内容的高度概括和抽象处理而形成的，使得图形和符号与标志客体间有着相似的特征，让人便于识别辨认。图形和符号的辨认速度和准确性，与图形和符号的特征数量有关，并不是符号的形状愈简单愈易辨认。有人做过实验，选用三类符号，在所传递的信息量大体相同时，考查其辨认效果。第一类为简单的符号，只有必要的特征，仅按形状(三角形、梯形等)辨认；第二类为中等的符号，除了主要特征外，还有辅助特征(外表和内部的细节)；第三类是复杂的符号，有若干个彼此混淆的辅助特征(一般是两个)。实验结果表明，辨认简单符号和辨认复杂符号一样，比辨认中等符号需要的时间更长，准确性更低(表6-10)。因此，为了提高图形和符号的辨认速度和准确性，必须注意：设计的图形和符号要反映客体的特征。只有用高度概括、简练、生动的形象表达出客体的基本特征，才能适宜操作者辨认。如图（鸟巢卫生间标识：男的下面是裤子，用一条竖线简明的表达出来；女的头上有小辫子，用两条对称的曲线表达出来；残疾人专用的是个坐轮椅的形象，用一个圆和象征曲腿的曲折线表示。这些都是提取了特定人群的个性特征）表6-10辨认的速度和准确性与识别特征数量的关系此外，图形符号应具有明显的轮廓线，并与背景有较大反差，使图形突出显示于背景之上；闭合的图形能加强知觉过程；有外框包裹的图形更具有整体性。如图除了这些基本要求，还有一些约定俗成的图形符号已经被用户认可和接受，在设计时往往沿用或借鉴这些元素，有助于用户快速、准确地认知和反应。（如图，开关的表示往往是这样的，还有开始播放，快进，暂停，声音控制等。）信息显示中所采用的图形和符号指示，大多数是作为操纵控制系统或操作内容和位置的指示。但“形象化”的图形和符号指示也有自己的限度，如果在操作中须精确知道被调节量，则图形、符号指示就不能胜任，必须用数字加以补充。（比如视频播放器播放一部电影，中间如果使用者中断观看，下次再寻找播放的位置，往往可以通过记住已播放时长来定位。）2.仪表显示设计仪表显示是信息传达的一种基本形式，按其认读特征可分为数字显示器和模拟显示器两大类。数字显示器是用数字来显示机器有关参数或工作状态的显示装置，如常见的电表、出租车计价器等。其优点是显示简单、精确、认读速度快、不易产生视觉疲劳。其显示形式包括机械式、电子式和使用阴极射线管的计算机控制式等(图3.10)。图3.10常见的数字显示形式(a)机械式计数器；(b)数码管；(c)阴极射线管模拟显示器是用标定在刻度上的指针来显示信息的显示装置，如常见的手表、汽车时速表等。其优点是信息形象化，能连续、直观地反应信息的变化趋势，能清晰反映模拟值在全量程范围内所处的位置。其又可分为指针运动式与指针固定式两种(图3.11)。数字显示器与模拟显示器各有优势和局限。总的说来，模拟显示器具有可靠性高、稳定性好，易于显示信号的变化趋势，易于判断信号值与额定值的偏差等优势；但也有显示速度较慢，易受冲击、振动和环境因素的影响，过载能力差，质量控制困难等局限。数字显示器则具有精度高、认读速度快，无需补误差，过载能力强、易与计算机联用等优势；但也有显示易跳动或失效，不易判断信号的变化趋势，不易判断信号值与额定值的偏差等局限。数字显示仪表中数字信息的设计可参考前面字符设计的相关内容，这里不再赘述。模拟显示器的设计需要考虑表盘设计、刻度设计、指针设计、标数设计等几个因素。1)表盘设计仪表盘的形状分为开窗式、圆形式、半圆形式、水平直线式、垂直直线式等形式(图3.12)。其中开窗式仪表认读范围小，视线扫描路线短，误读率最低；圆形式和半圆形式仪表指针明显，视线集中，指针运动简单；水平直线式和垂直直线式仪表显示范围大，利于对位移、高度等水平或竖直方向信息的形象理解。图3.12仪表形状的基本形式(a)开窗式(b)圆形式i(c)半圆形式(水平直线式(e)垂直直线式仪表盘的大小直接关系着人的认读速度和精度。过小的仪表盘，其刻度标记、标数自然细小而密集，难以迅速和准确地辨认；过大的仪表盘，会分散人的视线，加长扫描路线长度，降低视敏度，同样影响认读速度和准确性。实际上，决定认读效率的不只是仪表的直径，而是其与观察距离的比值，即视角大小。根据相关研究，仪表的最佳视角为2.5°—5°，即视距750mm时，仪表盘直径在35～70mm之间。同时，仪表盘的大小还与标记数量密切相关，标记数量越多，需要的仪表盘越大。2)刻度设计仪表的刻度包括仪表盘上两最小刻度标记间的距离和刻度标记，在设计中应注意量表划分