09人机课件7

费茨定律从提出以来经过了广泛的验证, 证明是准确的. • Fitts定律量化了一个事实，即目标离当前光标
（控制器）位置越远或越小，将光标移动到目标 的时间就越长。 位置相容：控制器的位置应当靠近被控制的显示器。
• 指点设备的当前位置和目标位置相距越远，我们就需 要越多的时间来移动；
• 目标的大小又会限制我们移动的速度，因为如果移动得 太快，到达目标时就会停不住，因此我们不得不根据目标 的大小提前减速，这就会减缓到达目标的速度, 延长到达 目标的时间。目标越小，就需要越早减速，从而花费的时 间就越多。 • 较短的时间限制内做出一定的移动幅度（A）时，随移 动目标位置的不确定性增加，移动精度下降。
该定律指的是：使用指点设备到达一个目标的时间同以下两 个因素有关： 1.设备当前位置和目标位置的距离（A）。距离越长，所用 时间越长； 2.目标的大小（W）。目标越大，所用时间越短。
Fitts定律示意图
该定律可用以下公式表示：t = a + b log2 (2A / W) 其中a，b是经验参数，它们依赖于具体的指点设备的物理特性，以 及操作人员和环境等因素。
垂直视野: 水平视线上下1.5º为特优视区； 水平视线以下10º 为最优视区； 水平视线以上10º ，以下10º —30º 内为有效视区； 其余：良好视区。
舒适视线： 直立：水平视线以下15度； 放松立：水平视线以下30度； 放松坐：水平视线以下40度。
在垂直面内，标准视线为水 平视线，最大固定视野为 115°，标准视线上方50°， 下方70°，扩大的视野为 150°，站立时的自然视线低 于水平线10°，坐着时自然 视线代于水平视线15°；人 在很低松驰的状态中，站着 和坐着时的自然视线偏离标 准视线分别是30°和38°。 因此，人在轻松的时刻观看 展览时，展示物的位置在低 于标准视线30°的区域里。
人的垂直视野
视距：指人在操作系统中正常的观察距离，几 种工作视距推荐值参阅附表
一般应根据观察目标的大小和形状以及 工作要求确定视距，普通操作的视距范 围在38～76cm之间，在56cm处最为适宜 。
表3-2不同工作任务视距的推荐值 任务要 求
举例
安装最小部件 （表、电子元件 ）
视距离（眼至 视觉对象）单 位：cm
固定视野 直径单位： cm
备注
完全坐着，部分地依 靠视觉辅助手段（小 型放大镜、显微镜）
最精细 的工作
精细工 作 中等粗 活 粗活 远看
12～25
25～35 50以下 50～150 150以上
20～40
40～60 至80 30～ 250 250…
安装收音机、 电视机
在印刷机、钻井 机床旁工作
坐着或站着 坐或站 多为站着 坐或站
唐德斯提出： 简单反应时=A反应时间
选择时间=B反应时间-A反应时间
辨别时间=C反应时间-A反应时间
19世纪进行反应时实验的情景
反应时的长短受许多因素的影响。最重要的因 素有刺激通道、刺激强度、刺激出现的时间的不 确定程度以及操作者内部状况等。 刺激通道对反应时的影响十分明显。
视觉简单反应时
研究者进行了视觉简单反应时实验： 和听觉简单反应时相比，视觉简单反应时较长，其原因在 于感官换能时间较长。 研究表明：触觉和听觉的反应时最短，其次是视觉。 例如：以听觉刺激作为告警刺激形式。
影响反应时的主要因素有： 1)感觉通道种类 2）效应器官的特点
3）刺激的强度和刺激的性质
4） 刺激出现时间的不确定性 5）训练程度
3.决策复杂性—— 希克定律 在选择反应试验中,希克发现： 反应时间与可供选择的反应的数目和它发生的概率 有关, 可供选择的反应的数目越多, 人的反应就越慢, 某一 反应发生的概率越低. 而反应的选择数目和概率可以用信息 理论来测量, 这样就可以建立起反应时间与信息量之间的关 系. 因此，减少选择数目，提高刺激信号的清晰度和可辩性， 是缩短反应时的的一种方法。
影响反应时间的主要因素
1）不同的感觉器官（不同性质的刺激）
（1）不同的感觉器官简单反应的时间不同；
以触觉与听觉最优，视觉次之。参阅表3-9。
（2）同一感觉器官接受的刺激不同，反应时间不同；
（3）相同感觉器官接受相同的刺激，不同部位反应时 间不同。
不同感觉通道的简单反应时
2）.刺激信号的性质和强度 • 人对各种不同性质刺激的反应时间是不同的，
贝塞尔
天文学家通过观测天体经过望远镜目镜中的一条线
具体地来说，以蹲距或起跑为例，如果我们把运动员手开 始离地作为个体外部反应的开始，那么反应时就是指发令枪响 到运动员手开始离地这段时间。而运动员手离地后所跑完50米 所需的时间则不属于反应时，应把它归纳为运动时间。整个动 作完成所需的时间则为反应时与运动时间之和。
运动输出的质量指标：反应时间、运动速度和准确性。
2. 信息输出的速度 定义 反应速度是人机系统实现人机间优化匹配的重要因素。 人的反应速度一般用反应时测量。 反应时——从刺激出现开始到做出反应为止所花的时间， 也即从信息输入至信息输出所花费的时间。 反应时包括两部分： 即 RT=tz+td 1）从刺激开始至反应开始之间的时间——潜伏期 2）从反应开始到反应完成的时间——反应运动时
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包装、粗磨
黑板、开汽车
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
“不可减的最少限”：反应时间不再减少的刺激强 度增量的上限值。
3）.刺激的清晰度和可辩性（环境影响） （1）信号与背景的亮度、颜色、信噪比及频率
的对比程度越强，反应时间越短；
（2）刺激信号的刺激时间； （3）刺激的数目、颜色； （4）显示器及操纵器的设计。
• 影响选择反应速度的因素
飞机驾驶和高速公路驾驶，缩短反应时可能挽救很多人的性命
人的水平视野
在水平面内最大 固定双眼视野为 180°，扩大的视野 为190°，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。
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。
4. 双眼视觉和立体视觉
双眼视物：视野范围较大；具有分辨物体深浅、 远近等相对位置的能力；能形成立体视觉。 5. 色觉和色视野 色视野是指颜色对眼的刺激能引起感觉的范围。
眼睛的色视野
6. 暗适应和明适应(视觉的适应)
人眼随视觉环境中光亮度的变化而感受性发生变化 的过程，有暗适应和明适应两种。 见图3-8 根据视觉的明暗适应特征，要求在设计工作面照明 时，需使其亮度均匀而且不产生阴影，否则，眼睛的频 繁明暗调节，不仅会增加眼睛的疲劳，而且会引起错误 操作。
再来看汽车上的刹车踏板和油门踏板：它们相距很近， 并且刹车踏板要比油门踏板大很多，那么它们为什么没有 被设计成相距很远，或者将两者的大小颠倒过来呢？ 朴素的使用经验告诉我们，这样的设计可以使得 驾驶员能够以最短的时间把脚从油门踏板移动到刹车 踏板上，从而达到以最快的速度准确制动的目的。 美国空军人类工程学部门主任的 Paul M. Fitts 博士 对人类运动操作过程中的运动特征、运动时间、运 动范围和运动准确性进行了研究，提出了著名的 Fitts定律。
第五章 人的运动与输出
执行 机器
信息收集
信息
人 大脑
处理
运动 系统
感觉 系统
5.1 人的信息输出特性
在中枢信息处理系统之后, 是人的反应系统, 它执行 中枢信息系统发出的命令, 产生人的信息处理系统的输出. 人类的信息加工模型可以分解为“知道事件的状态、 知道如何去做，以及去做”三部分。去做就是输出—控制。 控制：反应的选择与执行 1. 信息输出的形式 人的信息输出必须通过反应器官 有手, 脚, 口等 按反应器官可以将人的信息输出分为手动输出、足动 输出、言语输出、眼动输出。
Fitts定律在软件界面设计中的应用
Fitts定律在软件界面设计中的主要作用是提高软件的 可用性。更准确地说，它所提高的是软件可用性中的效率指 标，即使得用户能够更快速地完成某个操作或任务。 软件界面中的主要指点设备是指鼠标和轨迹球等设备， 而目标则是指用户所要操作的对象，比如按钮、菜单等界面 上的可视元素。从Fitts定律不难看出，要想缩短到达目标 的时间不外乎两个方面：或者是缩短到目标的距离，或者是 增大目标的大小。
视觉特征总结
视野与视距
视野：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。(静视野、注视视野、动视野 ) 动视野: 水平视野（单视野/双视野）: 1.5º—3.0º——特优视区；（物象落在黄斑上） 10º以内——最优视区； 10º—20º——瞬息视区；（能在很短的时间内看清物体） 20º—30º——有效视区；（需集中注意力看） 其余：良好视区。
RT=a+bHT （HT为信息量） 信息量守恒：作出少量复杂决策的效率要高于作出大量简单的决策
4. 相容性——定位运动速度（费茨定律）
射击运动员举枪——瞄准远处的靶心——最后抠动扳 击,——射出子弹。 整个过程一般需要好几秒钟的时间。 如果可以改变规则，怎样才能尽可能缩短瞄准过程 所需的时间呢？ 很显然，如果枪口原来的方向就正对着靶心，或者说 靶子上所有环的圆圈都成倍地放大，那么瞄准所需的时间 都可以得到缩短。
对各种刺激的反应时间 刺 光 激 反应时间（ms） 176 143 142 142 142 131 127
电 击 声 音 光 和 电击 光 和 声音 声音和电击 光、声和电击
对于同一种性质的刺激来说，一般情况是对弱刺激 的反应时间较长，刺激增加到中等强度与极强时，反应 时间短。刺激方式影响反应时间。
3. 准确性：水平尺寸和比例的估计更准确。 4. 观察情况的优先性：左上—右上—左下—右 下视区,仪表的布置必须考虑这一点。 5. 设计依据：以双眼视野为设计依据。
6 .接受程度：直线轮廓优于曲线轮廓。
7.颜色的易辨认顺序：红、绿、黄、白； 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。 8、物体的颜色在有色光源的照射下会产生变化，显 现的颜色与物体本色，照射光线的颜色之间的关系 有一定规律性。 9、眼睛在直视方向的最小分辨角和分辨颜色的情况。 10、视觉损伤 11、视觉疲劳
7、眩光
物体表面产生的刺眼和耀眼的强烈光线，称为眩光。
8、对比感度
Cp
L p Lp

L p Lo Lb
• 目标与背景有一定的对比度时， 人眼才ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ看清其形状。这种对 比可以用颜色（背景与物体具
1 Sc Cp
式中：CP ——临界对比度 △Lp——临界亮度差 Lp——背景亮度 Lo ——物体的亮度 SC——对比感度
反应时的分类：
简单反应时：对单一刺激做出规定反应的时间 选择反应时：有若干种刺激，不同的刺激触发不同的反应， 要求被试分别对不同的刺激做不同的反应 ； 析取反应时：有若干种刺激，但只需对其中一种刺激作出 反应，对其它刺激不做反应，被试在刺激呈现到做出辨别反 应的这段时间。 选择反应时大于析取反应时，析取反应时大于简单反应时； 析取反应时比简单反应时有一个对刺激的辨认时间，而选 择反应时又比析取反应时多了一个反应的选择时间。
有不同的颜色），也可以用亮
度（背景与物体在亮度上有一 定的差别）。
• 人眼刚刚能看辨别到物体时，
背景与物体之间的最小亮度差 称为临界亮度差。临界亮度差 与背景亮度之比称为临界对比 度；临界对比的倒数称为对比 感度。
视觉特征
1. 疲劳程度：水平优于垂直。
视 觉 的 运 动 规 律
2. 视线变化习惯：左—右，上—下，顺时针。
费茨用信息理论来决定人的手运动的时间, • 认为人的 他 手的运动与人的其他的信息处理系统是一样的, 也遵循一定的 规律. 他从试验中发现人的手的运动时间与运动距离, 要求的 准确程度有关, 可以用下式表示:
MT=k*LOG(2*D/W)
式中MT是手的运动时间, 单位是秒； D是运动距离, W是目 标的宽度； K是一个常量, 约为0.1。 D/W统称为运动难度系数。