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工程心理学航空航天学院傅山第五章现实环境和虚拟环境中的导航与交互主要内容5.1概述5.2导航和空间认知5.3虚拟环境5.4可视化信息5.1概论空间是环境的一个十分重要的方面,很多系统必须在空间中进行操作。如何与空间显示器以及环境之间相互动态的进行交互运动是空间知觉的一个重要特征庞大数据空间中寻找所需的信息5.2导航与空间认知空间模拟器的一个重要用处是为环境中的旅行者提供位置感、运动感和方向感。导航的目的是获取空间中的运动,而较大的运动通常要比较小的运动更有意义,很明显,实现这些任务必须以对空间模拟的理解为基础。自我运动的判断我们对方向和速度的判断依赖于分布在视野内的信息,并且不仅仅是中央视野。类似的多种目标追踪任务的绩效随着对边缘视觉限制的增加而下降。边缘视觉作用的结果是一些工程心理学家提出,传统的飞机仪表并不是充分有效的,因为这些仪表限制在中央视野。对于这种显示,心理学家建议,飞行员对飞行信息的知觉可以通过边缘视觉显示器得以扩充。虽然边缘视觉在识别物体时不够有效,但却有益于表征物体的运动信息和方向。(虚拟地平线)传统仪表板有另一个问题,飞行员为建立对飞机的位置和运动的良好的知觉所必备的信息至少分布在姿态指示仪、高度表、罗盘和空速表四个分离的仪表上,这些仪表的信息需要通过、思维的整合。而且,飞行员也要经常查看垂直速度表。解决整合问题的一个方法是采用整合的三维显示。另一种解决方法是采用生态显示的设计。视觉线索通常被作为视觉常量,因为他们代表了到达眼睛的光线的属性,而且,无论是步行,驾驶汽车还是飞行,他们相对于观察者的位置和前进方向保持不变的关系。吉布森(Gibson,1979)指出了几个这种常量,其中六个是:1、密集度2、舒张角3、光线流4、碰撞时间5、整体光线流6、边缘率密集度和舒张角图5.2密集度和舒张角的视觉线索。舒张角被定义为两条延伸线之间的夹角。密集度被定义为从前面到后面平行线的离散的梯度。表面纹理密集度的变化表示了高度的变化或者是观察者视线斜率的变化。线性透视提供了深度线索,而平行延伸的线则通过线条间的角度表示了高度变化光线流光线流指的是当我们运动的时候,各个点穿过视野的相对速度。光线流指示瞬间朝向有两个重要的信息来源:1、场景中移动的物体大小的差异,让我们知道我们正在朝哪个方向运动2、“扩展点”,在扩展点光线没有流动,但是从该点辐射了各种光线流动静止和运动的物体的光线流是不同的,观察者就能用光线流信息决定环境中什么是静止的什么是运动的。当我们运动时,静止的物体可以帮助我们判断朝向,而运动的物体则不能。光线朝向提供有效信息时,有些深度线索也影响了我们的朝向知觉。碰撞时间在假设观察者的速度和朝向保持恒定的情况下,碰撞时间(Tau)表示运动中的观察者与一个物体碰撞前所剩的时间。对Tau的估计也是受除扩展以外的其他因素的影响的。Tau受物体的熟悉性和相对大小的影响。整体光线流经过观察者的光的整体流动速率,是由观察者的速率和高度决定的。这样,当我们运动得越快和越接近地面的时候,整体光流就会增加。我们对速度的主观知觉很大程度上取决于整体光线流,在人的知觉中会出现一个潜在的倾向。例如,我们觉得跑车比大巴跑的快,部分是因为跑车更接近地面波音747的驾驶室离跑道的高度大约是许多其他飞机的两倍,同样的飞机滑行速度下,整体光流是其他飞机的一半。飞行员因此知觉到速度比实际速度要慢,从而不安全地加速去获得一个整体光线流以匹配根据以前经验建立的滑行速度。结果是,他们获得了一个不安全的速度。边缘率:单位时间内穿过观察者视野边缘或间断的数目。如果纹理元素间距离已知,边缘率就能告诉观察者当前的速度。在许多现实世界的情景中,整体光线流和边缘率是相关的。如果纹理密度发生了系统变化,边缘率就会受到影响。当边缘率提高了,观察者就会知觉到一个较快的速度。三维空间中的导航和理解当我们穿越三维空间时,我们通常有以下两个目的中的一个:一是到达预订地点而不迷路或遇到危险;二是理解空间的结构。这两个目的是成对出现的3-D空间中的心理表征“城市的印象”:人们一般倾向于在某些方面歪曲空间,而把它想象成比实际更趋于直角格子线;这种倾向性或偏向被称为直线标准化。人们对地理区域的心理表征的另一个特征被称为规范或偏爱方位。当人们研究一张地图来认识环境时,通常北在地图的上方,这里的规范方位是北朝上;当人们实际经历一个环境时,他们的规范方位则基于其它的一些特征。通过与规范方位一样的视点观察这个环境的图像将提高对该图像的空间判断。对一个地理区域的心理表征是基于三种知识的:1、界标知识:区域中的重要界标的视觉表征2、路径知识:关于怎样从一个地方到另一个地方的高度程序化言语知识;3、测量知识:一种更加抽象和真实的空间知识表征一个重复拜访某一个地区的人,他依次获得界标知识、路径知识和测量知识。虽然使用者能掌握一种对熟悉环境的合理的精确心理表征,但也需要附加的帮助,由于:1、在不熟悉的区域,旅行者仍然需要导航帮助2、即使在熟悉环境中,也有一些和旅行相关的信息会发生变化言语和空间的导航帮助:路径表或地图词汇可以用来表达自我中心的导航术语,它和路径知识(左右上下)彼此兼容,并和界标知识有所不同。词汇也能用来表达外在中心的概念(东南西北),这些更多的和测量知识有关。当词汇被用来作为导航帮助时,它们一般被称为路径表。词汇是以自我中心的语气提出的还是以外在为中心提出,决定于要操作的任务。另一方面,当多名使用者必须协调位置和导航方位时,自我中心语气的有点就不明显了,因为,各使用者也许有不同的参考系当词汇(自我或外在为中心)和空间结构进行比较时,很明显有三点不同1、在路线表中,如果旅行者在路线上,词汇就能提供给使用者良好的指导,但是旅行者要是迷路了,路线表的作用就很糟糕2、因为词汇本质上是暂时的、范畴的、序列的,它们不能和所描述的信息有非常好的相容性,因为这些信息本质上是空间的、模拟的和分布于多个维度(2或3维)的。3、尽管空间信息的言语表征有上述这些缺点,但路线表和地图相比的一个优点是路线表中的词汇更容易通过口头表达出来空间参照系在传递有关空间环境的大量信息时,词语表征是一种相对较差的方法。现在我们介绍一种能更好的传递空间信息的方式——地图。这里所说的地图包括用户可能到达的空间环境进行的电子表征。地图的设计的问题:1、一个主要问题与杂乱的信息表征有关。杂乱的信息表征对选择性注意、集中注意都会造成影响。2、参照系或者地图信息呈现的视点3、地图比例尺任务——显示的相依性根据临近性、兼容性原则,对不同任务来说,各种显示模式的匹配程度有可能不同。1、“单图像”环境:这种情况下,用户仅可利用一种显示,比如轮船上用于穿越大雾的导航装置,或者互联网上的用户导航2、“双图像”环境:除了前面所说的对环境的自我中心观察外,还有以外世界为中心进行的观测,比如旅行者利用地图在一个陌生环境中旅行。1、与导航有关的任务自我中心性的大部分特征会对导航产生积极影响:首先,处于最自我中心的状态时,沉浸视图与人们走路或驾驶是眼睛看到的视图完全一致,因而是最“自然”的。在这种情况下,沉浸视图有时也被称为前行视野(FFOV,forwardfield-of-view)第二,这种以自我为中心的观察可让行人较好地知觉到前边道路的情况,比如要跟随的路或避开障碍物第三,考虑到自我中心显示的方位角的变化,用户在各个方向行走时,没有必要对地图进行心理旋转沉浸显示,以及在某种程度上挂起显示提供的自我中心的地图,为双图像环境提供了与眼睛所见十分对应的图像。这种一致性有助于旅行者更好的理解地图,并确保该地图表象与FFOV中所看到的一样,能对空间方位进行更流畅的判断。此外,一种有效的“你在这儿”地图,也能使地图的方位与FFOV一致。2、与理解相关的任务与导航任务相反,涉及到对空间结构的理解的任务更适合于以他人为中心的视角。这种理解是更一般的知觉的方面之一。下面,我们讲述一下造成这种优势的主要原因:1、以自我为中心的显示趋向于用户提供一个关于环境的狭窄的“锁眼地图”2、固定而不是转动观察点可以提供一个一致的表征,可以有更好的空间来了解其中的失误3、沿着视线的深度和距离的判断的精确度下降。此外,一个水平面在自我中心的三维显示中被知觉为朝着观察者旋转,这会导致观察者将一个水平知觉为一个正在上升的面。沿着视线的模糊性会使得在某些需要深度和距离判断精确性任务的自我中心显示出现问题。显示的增强前面的讨论已经说明了在某个特定任务重采用特定的观察点的优势和劣势。空间显示技术的发展已经可以用“增强”来弥补一个热定的参照框架的不足,同时并不一定会减少它的优势。在三维世界里,采用正交的格子,用垂线物体链接成格子墙同样也能帮助用户来保持方位感。5.3虚拟环境虚拟环境就是通过人造的、电子的手段,用多感觉通道来体验一个或者一系列场所。这个概念的关键是环境可以是交互体验的,并可以由观察者来操纵。临境:在虚拟环境中的人类被试相信他们正身处于其他某个环境而不是他们身体所在的环境中的程度。有时也用沉浸度这个词来表示相同的概念。虚拟环境的六个特征:1、三维视镜2、动态3、闭环交互4、自我中心的参照框架5、多模式交互6、头盔显示与追踪虚拟环境的优点:1、在许多导航任务提供自我中心参照方面具有潜在优越性;2、便于训练,在虚拟环境中的训练要比在真实条件下的训练更安全,费用更低3、“在线理解”,目的在于协助用户洞察环境的结构虚拟环境存在的问题1、技术代价昂贵,解决此问题的途径之一是削弱虚拟环境中的元素数量,尽量充分利用剩余元素完成当前任务2、三维图形的实时显示需要大量精确计算,并会导致严重的时滞问题,难以达到交互效果3、在虚拟环境中还会产生一些潜在的偏差或扭曲。一种偏差就是“二维-三维效应”,它使平面看起来显得是向上倾斜的。虚拟环境存在的问题4、当虚拟环境非常大时,用户经常会发生迷路。这就需要虚拟环境以外在中心的参照系来进行导航。被导航的空间并没有必要一定是物理实在的,虽然那样而已显示其迷路现象。5、运动病(有时指虚拟环境中产生的电脑病)是虚拟环境中的一个问题。在虚拟环境研究中,由于运动病症状,如恶心,眩晕,迷路等,有被试退出研究是很普遍的。5.4可视化信息信息可视化和科学可视化可视化当强大的计算机驱动的显示处理器的设计者使用三维图形,增加颜色,呈现复杂的,有时是多维度的数据时,观察者可以亲身的搜索和操作,这被称为信息可视化。科学可视化需要大量计算,但对科学家来说却很有吸引力,对理解他们的数据很有帮助一个相关的应用就是计算机辅助设计,设计者可以在物体可以旋转和检查的三维表象的帮助下,对设计的各种选择进行尝试和排除。科学可视化与和三维空间的三维显示的研究与虚拟空间的导航的研究是相关的首先,当判断任务需要综合时,把综合信息放入三维中对完成判断任务是有益的;其次,显示三维空间的完全自我中心的参照系的使用会歪曲我们对虚拟空间的知觉;另外,用户在信息空间中导航时,应该遵循视觉动量的原理信息可视化考虑到直接操作界面当前的优势,空间比喻可以很好的在人-机交互作用中确立起重要性。空间比喻具有实际的意义。例如,菜单的项目之间距离越大,导航菜单所需的时间越长。当我们考虑多维空间的视觉显示的情况时,我们需要在计算机导航界面上提供一个特殊的、自我中心的参照系和一个更普遍的外在中心的参照系。国际互联网有两个问题由网上大量信息造成的:1、用户是否能发现他们要找的信息2、用户通过多屏幕的浏览来说去需要的信息时是否会迷路视觉动量视觉动量的概念表示一种解决这种目录问题的工程设计方案。这种技术可以使观众将连续放映的电影片段理解为相互关联的。无论是应用到虚拟空间还会概念空间视觉动量都包括以下四条基本知道原则:1、表征的一致性2、采用平缓转移3、锚的突显4、显示连续的世界地图Informationarchitectspresentsthe200mostsuccessfulwebsitesontheweb,orderedbycategory,proximity,success,popularityandperspectiveinami
本文标题:工程心理学 第5章
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