显示装置设计

视觉的适应
明适应：人由暗环境转入明亮的环境，视杆 细胞失去感光作用而视网膜上的600-800 万个视锥细胞感受强光的刺激，是视觉阈限 由很低提高到正常水平，这一过程称为明适 应。 明适应在最初30S内进行得很快，然后渐 慢，约1-2分钟即可完全适应。人在明亮的 环境中，不仅可以辨认很小的细节而且可以 辨别颜色。
视力=1/临界视角
认清物体形状的视力为中心视力。 在暗环境中辨别物体形状的视力为夜视力。 两只眼睛中所形成的物象，融合为双眼单视后，可用以辨别物体 高低、深浅、远近、大小，这种辨别物体立体位置的视力为立体 视力或深度觉。
3、视野
视野(视场):指头眼在规
定条件下可觉察到的水平面 与铅垂面内定所有的空间范 围. 又细分为三种:
130 。
白
。 。 45 40 95 。80。 蓝 红 绿
黄
60
。 绿红
6、视距*：视距是人在操作系统中正常的
观察距离。
视距的确定：

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。通常，观察目标在5600mm处为适 宜，低于3800mm时会引起目眩，超过 7800mm时细节看不清。
头部转动角度： 左右均不宜超过45度，上、下均不宜超过30度。
35
。
。
。
45
。 。
以上25度、以下35度。
最大固定视野：115度。 扩大的视野：150度。
60
有效视野 范围
水平面内的视野
最佳视野 范围
15 。 。 15
5
。
90
。
35
。
35
。
90
。
最大固 定视野
扩大的视野
5、色觉视野
水平方向的色觉视野 180。 白 120 。 黄 100。蓝 垂直方向的色觉视野
直接视野：视野是当人
的头部和眼球不动时，人眼 能觉察到的空间范围，通常 以角度表示.
眼动视野:头固定,眼动注
视范围.
色觉视野：不同 的颜色对人眼的 刺激不同，所以 视野也不同。白 色的视野最大， 黄、蓝、红、绿 色的视野依次渐 小。
观察视野:身固定,头与眼
动注视范围.
讨论:
指出140度方向上 右眼和双眼的视野 量值; 指出300度方向上 左眼和双眼的视野 量值;
知觉的基本特性
知 觉 的 整 体 性
知 觉 的 理 解 性
知 觉 的 选 择 性
知 觉 的 恒 常 性
由于感觉与知觉关系密切，心理学上统称为感知觉，简称
“感知”。
人接受外界信息而作 出一定反应，这一过 程称为“感知响应过 程”。 感知响应顺序为：感 觉器官> 传入神经> 大脑皮层>传出神经 >运动器官。
3、人的听觉特性
听觉范围 影响听觉物理量有：声波频率和强度； 声波强度单位：声压（Pa）,声强（W/m2), 声
压级（dB)；
人能感受的声波频率一般在：
20~20000HZ；
最敏感频率：1000~3000HZ 听阈：人能感受到最弱的声音的界限值；
痛阈：使人耳产生难耐刺痛感的声音的界限值。
方向敏感性 利用时间差、强度差双耳确定声音方向。称“双耳 效应”。频率越高，方向辨别越容易。 遮蔽效应 一个声音（主体音）被另一个声音（遮蔽音）掩盖的 现象，称为遮蔽。 主体声的听阈因遮蔽声的遮蔽作用而提高的效应，称 为遮蔽效应。 遮蔽声的频率与主体声的频率接近时，遮蔽效应增大； 低频遮蔽声对高频主体声的遮蔽效应较大； 当噪声声压级超过语言10~15dB时，交谈困难； 当噪声声压级超过语言20~25dB时，无法交谈； 当噪声频率与频率语言在800~2500dB相近时，遮蔽 效应最大（共振），噪声停后的残余遮蔽现象。
较 慢
视Hale Waihona Puke Baidu心
较 快 快
10、视错觉
定义：人圣观察外界 事物所得印象与真实 情况存在差异的现象 称为视错觉。 常见视错觉分：形状 错觉、色彩错觉、物 体运动错觉三类。 形状错觉又分：长短 错觉、大小错觉、对 比错觉、方向方位错 觉；分割错觉、透视 错觉、变形错觉等。
视错觉在设计中的应用实例
/2 tan /2 = (D/2)/L 即 =D/L (为弧度单位)
视力为1.0，即视力正常， 此时的临界视觉=1度，若视 力下降，则临界视角值增大。
在设计中，视角 是确定设计对象尺寸大小的依据。
2、视
力(视敏度)
视力：视力是眼睛分辨物体细节能力的一个 生理尺度，用临界视角的倒数来表示，即：
视 觉
2.眼睛的构造： 眼球直径为 21~25mm; 质量约7克； 结构如图：从 前到后的顺序 是：角膜>前 房>虹膜>晶 状体>玻璃体 >视网膜。
3.视觉机制：
人的视觉能感受的可见光在电磁波频谱中 只占很小范围。如图4-3。 眼睛的视觉机制类同于照相机。
4.视觉系统：
由眼睛、视神经、 视觉中枢组成。
图4-4源自GB/T 12984-1991<人类工效学 视觉信息作业基本术语>图示及参考值
正常视线:头部和两眼都处于放松状态.
在垂直面内，实际上人 的自然视线低于标准视 线，直立时低15度，放 松站立时低30度，放松 坐姿时低40度。因此， 视野范围在垂直面内的 下界限也应该随着放松 立姿、放松坐姿而改变。
第四章 显示装置设计
主 要 讲 授 内 容
1、人的感觉与听觉特性 2、显示装置的类型与设计原则 3、显示仪表的设计与布置
第一节、人的感觉与听觉特性
一、神经系统的组成及其功能
中枢神经
脑：延髓；脑髓；中脑；间脑；
小脑；大脑
神 经 系 统
脊髓
脑神经；脊神经
按 解 剖 分
感觉（传入）神经
按功能分
周围神经
（运 传动 出神 ）经
S 的上半部 缩小一些， 更生动稳定
L字体下 面一横 细一些
分级减 薄下去， 手表厚 度变薄
五、听觉器官与听觉特性
1、耳结构: 包括内耳、中耳、 外耳。 2、听觉机制：
机械声波通过外耳 道传入，引起鼓膜 振动，经骨链传递， 引起耳蜗淋巴细液 和基底膜振动，使 耳蜗听觉细胞兴奋， 神经纤维产生神经 冲动，传到大脑皮 层的听觉中枢，产 生听觉。
第二节 显示装置的类型与设计原则
一、显示装置的类型
按人的感觉器官分类： 视觉显示装置；听觉显视装置；触觉显示装置。 其中：视觉显示用得最多，听觉显示次之，触觉最少只在 特殊场合使用。 视觉显示优点：能传数字、文字、图形、曲线图表、公式； 听觉显示优点：即时性、警示性强，能向所有方向传信息； 按显示形式分类：仪表显示，信号显示，荧光显示。
人们得到信息的 途径？
直接的
如直接看到的自 己周围的人和物。
间接的
即借助于各种视觉 显示装置，如CRT屏 幕、雷达、电视机等。 在科学技术高度发达 的今天，后一种途径 对于人们获得视觉信 息更为重要。
人的视觉特性
1、视角与视距：被看目标物的两点光线投入 眼球的交角。如下图,D称视距,称视角.
眼睛能分辨被看目标 物最近两点光线投入眼球 时的交角，称为临界视角。
神经冲动，通过传入神经，将其传至大脑皮质感觉中枢，便产生了 感觉。
知觉的定义：知觉是在人脑对直接作用于感觉器官的客观事物
和主观状况整体的反映。
知 觉
知觉的过程：客观事物的各种属性分别作用于
人的不同感觉器官，引起人的各种不同感觉，经 大脑皮质联合区对来自不同感觉器官的各种信息 进行综合加工，于是在人的大脑中产生了对各种 客观事物的各种属性、各个部分及其相互关系的 综合的整体的决策，这便是知觉。
眼动视野最佳值=直接视野最佳值 + 眼球可轻松偏转角度(头部不动) 观察视野最佳值=眼动视野最佳值 + 头部可轻松偏转角度(躯干不动)
15
25 垂 直 面 内 的 视 野
。
。
垂直最佳视区：上、下15度 。 90
。
70
最佳视野范围：水平视线
以下30度。
。 40 水平视线
20
。
有效视野范围：水平视线
15
2、刻度间距
刻度盘上两个最小刻度标记之间的距离称为刻 度间距。简称刻度。 刻度太小，视觉分辨困难；太大认读效率下降； 实验测定：一般照明下，间距对应的视角为 = 5 ’ ~ 11’ 则刻度间距D L/700 ~ L/300 最小间距：不宜小于0.6~0.8mm； 最小间距受材料加工影响：钢、铝和有机玻璃 最小刻度为1.0mm;黄铜和锌白铜为0.5mm。
当转移视线时，约97%时间的视觉是不真实的， 所以应避免在转移视线中进行观察。
7、 视 区
在视野范围辨认效果显不一,大部分是 用“余光”所及的,提出视区概念,对 辨认清晰程度、辨认速度进行分析。 四个视区：中心视区、最佳视区、有 效视区、和最大视区。
8、视觉的适应：视觉适应是人眼随视觉
环境中光量变化而感受性发生变化的过程。
反映，感觉是人们了解外部世界的渠道，也是一切复杂心理活动的 基础和前提。
感 觉
感觉类型：视觉、听觉、化学感觉（嗅觉和味觉）、皮肤感觉、
本体感觉等。本体感觉能告知操作者躯体正在进行的动作及其相对 于环境和机器的位置；而其他感觉能将外部环境的信息传递给操作 者。
感觉的过程：人的感觉器官接受内外环境的刺激，将其转化为
视觉适应的种类：暗适应和明适应 暗适应：人由明亮的环境转入暗环境，在暗环境中视网膜上的1.2亿个 视杆细胞感受光的刺激，使视觉感受性逐步提高的过程称为暗适应。 暗适应过程的时间较长，最初5分钟，适应的速度很快，以后逐渐减慢。 获得80%的暗适应约需25分钟，完全适应则需1小时。人在暗环境中 可以看到大的物体、运动物体，但不能看清细节，也不能辨别颜色
第三节 显示仪表的设计与布置
一、显示仪表的人机学因素 （一）仪表刻度盘 1、形式种类
开窗式 圆形 半圆形 水平直线形 垂垂直线形 非圆形
2、形式与误读率
开窗式----------0.5 圆形------------10.9 半圆形----------16.6 水平直线形------27.5 垂垂直线形------35.5
四、视觉器官与视觉机制
1.概述：
在人们认知世界的过程中，大约有 80%~90%的信息是通过视觉系统获得的，因 此，视觉系统是人与外界相联系的最主要途径。 换句话说，视觉捕捉到的信息，不只是人体自然 作用的结果，而且也是人的观察与过去经历的反 映。物体依赖于光的反射映入眼睛，所以，光、 对象物、眼睛是构成视觉现象的三个要素。但视 觉系统并不只是眼睛，从生理学角度看，它包括 眼睛和脑；从心理学角度看，它不仅包括当前的 视觉，还包括以往的知识。
二、常见显示仪表性能特点
常见两种显示仪表：刻度指针式仪表和数字 显示仪表。特性结对比如下表。
仪表显示器设计的一般人机学原则
GB/T16251-1996《工作系统设计的人类工效学原 则》中的“信号与显示器设计的一般原则”。 1、信号和显示器的种类和数量应符合人接收信息的特性； 2、当显示器数量很多时，空间配置应保证清晰、迅速提 供可靠信息。可按重要性和使用频率分组安排位置； 3、信号和显示器的种类和设计应保证清晰易辩；危险信 号尤为重要； 4、信号显示的变化速率和方向应与主信息源变化的速率 和方向一致； 5、在以观察和监视为主的长时间工作中，应通过信号和 显示器的设计和配置来避免超负荷和负荷不足的影响。
研究表明：表盘上数码对应视角
= 10 ’ ~ 30 ’ 换成尺寸 D= （/3438）L = L/350~L/110
（三）刻度及刻度线
1、刻度标值 刻度值的标注数字应取整数，辟免小数或分数； 对应值应按1、5、10整数增加； 递增方向为从左到右，从上到下，或顺时针； 中刻度短线上不标注刻度值。
3、仪表刻度盘的尺寸
选取原则： 在保证能清晰分辨刻度条件下，应选取较小的直径。
研究表明：一般取视角
= 2.5 ° ~
5°
换成盘直径 D=（L/23）~（L/11） 其中： L为视距
考虑刻度标记的数量，刻度盘最小直径如表4-4
（二）数码与字符 涉及因素有： 数码与字符尺寸大小；字符的宽高比；笔划 粗细；字体选择；数码、字符主体色与背影 色的搭配等。
躯体运动神经 （支配骨骼肌）
植物性神经
（支配内脏器官）
二、人体的主要感觉器官与感觉类型
各种信息以不同类型的物理量呈现，心理学中把呈现的物理量称 为剌激。如表4-1
研究表明：人接收信息中70%以上是从视觉获得，听觉次之。
三、人的感知响应过程
感觉定义：感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物个别属性的
9、目光巡视特性（视觉运动特性）
目光巡视习惯方向
水平方向：从左至右； 铅垂方向：从上至下； 旋转方向：顺时针。
视线水平方向比铅垂方向运动快、尺寸估测 准，不易疲劳； 两眼总是协调地同时注视一处，设计中常取 双眼视野为依据；
在对视野中不同区域对象的视觉感知快慢不 同，如图4-13
慢