第3章人体感知与运动特征-88页PPT精品文档

第3章人体感知与信息处理西安建筑科技大学1.人在系统中的功能3.听觉机能及其特征4.其他感觉机能及其特征5.人的信息处理系统2.视觉机能及其特征6.课后练习主要内容把操作者作为人机系统中的一个“环节”来研究，人与外界发生联系的主要是三个子系统，即感觉系统、神经系统、运动系统见图3-1。人是系统中的重要“环节”人是系统中的重要“环节”1.反射弧（反射的生理结构基础）反射是神经系统调节肌体活动的一种基本形成.反射活动的全部结构组成反射弧；反射弧具有五个基本环节，即感受器传入神经元中间神经元传出神经元放应器。见图3-2（a）。人的感知与反应机能图3-2反射弧和信息链人的感知与反应机能2.信息链人机系统的信息在人的神经系统中的循环过程形成信息链。见图3-2（b）。人的感知与反应机能人机系统中的最常用的感觉通道是视觉通道（80%）、听觉通道（14%）和触觉和其他通道（6%）。其适用场合参阅表3-1。感觉通道与适用的信息感觉通道适用场合视觉通道传递比较复杂或抽象的信息传递比较长或需要延迟的信息传递的信息以后还要引用传递的信息与空间方位、空间位置有关……听觉通道传递比较简单的信息传递比较短或无需延迟的信息传递的信息以后不需要引用传递的信息与时间有关……触觉通道传递非常简明的、要求快速传递的信息经常要用手接触机器或装置的场合其他感觉通道已经过载的场合……不同感觉通道的适用场合视觉机能及其特征•视觉概述•视觉系统•视觉特征•视觉机能•视觉刺激•视觉概述视觉概述在人们认知世界的过程中，大约有80%的信息是通过视觉系统获得的，14%来自耳朵，6%来自其他器官。因此，视觉系统是人与外界相互联系的最主要途径。3.2视觉机能及其特征3.2.1视觉刺激视觉的适宜刺激是光。人的两眼可以感受到的光波只占整个电磁光谱的一小部分，其波长为380～780nm，见图3-3。视觉刺激可见光的范围：380∽780nm3.2.2视觉系统视觉系统由眼睛、视神经和视觉中枢的共同活动组成。见图3-4。眼睛是视觉的感受器官，人眼是直径为21～25mm的球体，其基本构造与照相机类似，见图3-5。视网膜最外层细胞包括视杆细胞和视锥细胞，它们是接受信息的主要细胞。如表B1。视觉系统右视野左视野处理文字的能力较强处理数字的能力较强数字文字视觉系统：眼球结构人眼是直径为21~25mm的球体视觉系统：眼睛结构示意图视觉系统：视网膜视网膜由三层神经细胞组成，最外层是最重要的，其中包括视杆细胞和视锥细胞，他们是接受信息的主要细胞。视觉机能•视角与视力•视野与视距•色觉与色视野•双眼视觉和立体视觉•中央视觉和周围视觉•暗适应与明适应视角与视力（一）视角是确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度如右图（由瞳孔中心到观察对象两端所张开的角度）。LDarctg22视角的大小与观察距离及被看物体上两端点的直线距离有关，可用下式表示：a-视角，用（’）表示，即1/600D—被看物体上两端点的直线距离；L—眼睛到被看物体的距离。视角与视力（二）眼睛能分辨被看物体最近两点的视角，称为临界视角。视角能够分辨的最小物体的视力1按标准规定，人站在离视力检查表5m远处观看表中第十行“E”字，若能分辨清楚，视力为1.0即视力正常，此时的临界视角=1´。视力是眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理尺度，以临界视角的倒数来表示。即：视角与视力（三）视野与视距（一）视野是指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围，常以角度来表示。水平视野垂直视野视野的大小和形状与视网膜上感觉细胞的分布状况有关，可以用视野计来测定视野的范围。正常人两眼的视野：水平视野双眼视区大约在左右60°以内的区域。在标准视线左右各10°~20°视野内可以辨别字。在标准视线左右各5°~30°视野内可以辨别字母，在标准视线右30°~60°范围是颜色视野，人最敏锐的视力是在标准视线两侧各10°的视野内。垂直视野最大视区为水平线上方50°，下方70°，在一般状态下，站立时自然视线低于水平线100，坐着时低于水平线150；在很松弛的状态中，站着和坐着的自然视线偏离标准线分别为300和380。观看展示物的最佳视区在低于标准视线300的区域里。视野与视距（二）视距是指人在操作系统中正常的观察距离。一般操作的视距范围在38~76cm之间。视距过远或过近都会影响认读的速度和准确性，而且观察距离与工作的精确程度密切相关。因而应根据具体任务的要求来选择最佳的视距。表3一2几种工作任务的视距的推荐值。任务要求举例视距离(眼至视觉对象)单位cm固定视野直径单位cm备注最精细的工作安装最小部件（表、电子元件）12~2520~40完全坐着，部分地依靠视觉辅助手段（小型放大镜、显微镜）精细工作安装收音机、电视机25~3540~60坐着或站着中等粗活在印刷机、钻井机床旁工作50以下至80坐或站粗活包装、粗磨50~15030~250多为站着远看黑板、开汽车150以上250…坐或站不同工作任务视距的推荐值3.中央视觉和周围视觉中央视觉（明视觉）—视维细胞（感色能力强、能清晰分辨物体）。周围视觉（暗视觉）—视杆细胞（观察空间范围和正在运动的物体）。操作者在进行作业时，除要注视操作对象外，还要求看到周围情况。如果视野很小或缺损，将会对工作效率产生影响，甚至造成工作事故。因而，在选择车、船驾驶员时，必须检查其正常视野范围。如果各方面的视野都缩小10°以内者称为工业盲。双眼视觉和立体视觉（一）当用单眼视物时，只能看到物体的平面，即只能看到物体的高度和宽度。若用双眼视物时，具有分辨物体深浅、远近等相对位置的能力，形成所谓立体视觉。双眼视觉和立体视觉（二）三维立体画是利用人眼立体视觉现象制作的绘画作品。普通绘画和摄影作品，包括电脑制作的三维动画，只是运用了人眼对光影、明暗、虚实的感觉得到立体的感觉。双眼视觉和立体视觉（三）双眼视觉和立体视觉（四）立体视觉的效果并不全靠双眼视觉，如物体表面的光线反射情况和阴影等，都会加强立体视觉的效果。此外，生活经验在产生立体视觉效果上也起一定作用。例如，近物色调鲜明，远物色调变淡，极远物似乎是兰灰色。工业设计与工艺美术中的许多平面造型设计颇有立体就是运用这种生活经验的结果。色觉与色视野（一）三原色学说色觉与色视野（二）色盲测定图色觉与色视野（三）色觉视野：是指颜色对眼的刺激能引起感觉的范围。不同的颜色对人眼的刺激不同，所以视野也不同。180白。120黄100蓝。60绿红。40。。130。白95黄80。蓝45。红绿水平方向的色觉视野垂直方向的色觉视野暗适应与明适应（一）当人从亮处进入暗处时，刚开始看不清物体，而需要经过一段适应的时间后，才能看清物体，这种适应过程称为暗适应。暗适应过程开始时，瞳孔逐渐放大，进入眼睛的光通量增加。同时对弱刺激敏感的视杆细胞也逐渐转入工作状态，由于视杆细胞转入工作状态的过程较慢，因而整个暗适应过程大约需30min左右才能趋于完成。暗适应与明适应（二）当人从暗亮处进入明处时，最初感到一片强光耀眼，几乎看不清物体，过一段时间后才能看清物体，这种适应过程称为明适应。明适应过程开始时，瞳孔缩小，使进人眼中的光通量减少，同时转入工作状态的视锥细胞数量迅速增加，因为对较强刺激敏感的视锥细胞反应较快，因而明适应过程一开始，人眼感受性迅速降低，30S后变化很缓慢，大约1min后明适应过程就趋于完成。视觉特征（一）1.眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动？2.视线的变化习惯？快慢从左到右从右到左从上到下从下到上顺时针逆时针视觉特征（二）3、人眼对水平方向尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸和比例的估计要准确得多，因而水平式仪表的误读率(28％）比垂直式仪表的误读率(35％）低。视觉特征（二）4、当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的情况下，人眼对左上限的观察最优，依次为右上限，左下限．而右下限最差。视区内的仪表布置必须考虑这一特点。右上限左上限左下限右下限视觉特征（三）5、两眼的运动总是协调的、同步的，因而通常都以双眼视野为设计依据。6、颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。7、当人从远处辨认前方的多种不同颜色时，其易辨认的顺序是：绿红黄白颜色的易辨认顺序：红、绿、黄、白；视觉特征（四）绿红黄白当两种颜色相配在一起时，则易辨认的顺序是？颜色相配时的易辨认顺序：黄底黑字、黑底白字、蓝底白字、白底黑字、白底红字听觉机能及其特征•听觉概述•听觉系统频率响应动态范围方向敏感度掩蔽效应听觉的物理特性声音的度量听觉概述听觉是仅次于视觉的重要感觉，其适宜的刺激是声音。对于人来说，只有频率为20-20000Hz的振动，才能产生声音的感觉。次声和超声人耳都听不见。听觉系统声音的度量：物理物体的振动有强有弱，所以人耳听到的声音就有大有小，可用声压或声强来反映声音的大小。A、声压与声压级B、声强声压与声压级声波在介质中传播时引起介质中压力的变化。介质中的压力与静压之差称为声压，用p表示，单位pa(1pa=1N/平方米)。0lg200PPlp正常人耳可听声的声压变化范围为2×10-5-20pa，为了计量和使用方便，及符合人的生理特点，在实践中常用声压的相对值—声压级来表示，单位Db。其数学表达式为：式中p—声压（pa）；p0—参考基准声压（2×10-5pa）。声强在垂直于声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的平均声能，称为声强。用Ｉ表示，单位为W/m2。一般人耳可听声的声强变化范围为10-12－102W/m2。声音的度量：主观声音给人的主观感觉，最主要的是声音的大小。一般来说，声压或声强越大，声音就越响，但并不成正比关系。如两个喇叭的声压级完全相同均为70dB，但人们听起来感觉高音嗽响的声音要比低音喇叭响得多。因此，为了描述人耳对声音的主观感觉，就引出了响度和响度级主观度量指标。响度响度是表示人耳对声音的强弱的主观感觉量，用N表示，单位为“宋”。一个1000HZ的纯音在绝对阈限以上40dB的响度定义为1宋。其它声音听起来比这一声音大几倍，就说该声音的响度为几“宋”。响度级•响度级(LN)：•响度级是建立在两个声音主观比较的基础上，选择1000Hz的纯音作基准音，若某一声音听起来与该纯音一样响，则该声音的响度级在数值上就等于这个纯音的声压级（dB）。响度级用LN表示，单位是“方”。如果某声音听起来与声压级为80dB，频率为1000Hz的纯音一样响，则该声音的响度级就是80方。•不同声音的响度级可从ISO等响曲线上查出来。响度与响度级的关系频率响应听觉频率范围12-25岁：16-20000Hz一般人：20-20000Hz人耳能听闻的频率比为fmin/fmax=1：1000；频率感受的上限随着年龄的增长而逐年连续下降，听觉的频率响应特性对听觉传示装置的设计是很重要的。动态范围：听阈2.动态范围（声音的强度）听觉声强的动态范围=正好可忍受的声强/正好能听见的声强（1）听阈：在最佳的听闻频率范围内，一个听力正常的人刚刚能听到给定各种频率的正弦式纯音的最低声强Imin。动态范围：听阈a、在800-1500Hz频率范围内，听阈无明显变化；b、低于800Hz，可听声音的强度随着频率的降低而明显增大；c、在3000-4000Hz之间，听觉灵敏度最高；d、超过6000Hz时，灵敏度再次下降。动态范围：痛阈对于感受给定各频率的正弦式纯音，开始产生疼痛感的极限声强Imax，称为相应频率“痛阈值”。可根据各频率f与极限声强Imax绘出标准痛阈曲线，见图3-15。动态范围：听觉区域听觉范围：由听阈和痛阈两曲线所包围的听觉区，由人耳的感音机构所决定的这个“听觉区”中包括了标有“音乐”与“语言”标志的两个区域。（1）时差：∆t=声音到两耳的时间差。人耳可觉察到的声音信号入射的最小偏角为3°，∆t=30us。（2）由于头部的掩蔽效应，造成声音频谱的改变。（3）人耳对不同频率、来自不同方向的声音的感受能力不同。见图3-12。方向敏感度（双耳效应）图3-12听觉的方向敏感度掩蔽效应一个声音被另一个声音所掩盖的现象称为掩蔽。一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应，称为