第三章 人体感知与运动特征.

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1 第三章 人体感知与运动特征

2 内容要点： 1、人在系统中的功能 2、视觉机能及其特征 3、听觉机能及其特征 4、其它感觉机能及其特征 5、感觉与知觉特征
6、注意与记忆特征 7、人的信息处理系统 8、运动系统的机能 9、人的运动输出

3 一、人在系统中的功能 1.人是系统中的重要“环节”
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，如图所示。

4 人机系统示意图

5 一、人在系统中的功能 2.人的感知与反应机能 a. 反射弧
反射弧基本环节 一、人在系统中的功能 2.人的感知与反应机能 a. 反射弧 反射是神经系统调节肌体活动的一种基本形式。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、效应器，如图所示。

6 一、人在系统中的功能 2.人的感知与反应机能 b. 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，如图所示。 信息链

7 一、人在系统中的功能 3.感觉通道与信息的协调 人机系统中的最常用的感觉通道是视觉通道、听觉通道和触觉通道。其适用场合参阅表3-1。

8 二、视觉机能及其特征 视 觉 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。 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，还包括以往的知识经验。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。

9 二、视觉机能及其特征 直接的 间接的 人们得到视觉信息的途径 如直接看到的自己周围的人和物。
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。

10 二、视觉机能及其特征 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。 2. 视觉系统 视觉是由眼睛、视神经和视觉中枢的共同活动完成的，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。

11 二、视觉机能及其特征 3.视觉机能 a.视角与视力 b.视野与视距 c.中央视觉和周围视觉 d.双眼视觉和立体视觉 e.色觉和色视野
f.暗适应和明适应

12 3.视觉机能 视角：被看目标物的两点光线投入眼球的交角。 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。 视角
α 视角 L 视力为1.0，即视力正常，此时的临界视角=1度，若视力下降，则临界视角值增大。 D 在设计中，视角 是确定设计对象尺寸大小的依据。 α—视角； D—被看物体上两端点的直线距离； L—眼睛到被看物体的距离；

13 3.视觉机能 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。

14 二、视觉机能及其特征 3.视觉机能 b. 视野与视距
视野：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。分水平视野（单视野/双视野）和垂直视野，见图3-6。 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表3-2。 c. 中央视觉和周围视觉 中央视觉—视维细胞（感色能力强、能清晰分辨物体）。 周围视觉—视杆细胞（观察空间范围和正在运动的物体）。

15 二、视觉机能及其特征 3.视觉机能 d. 双眼视觉和立体视觉。双眼视物时，具有分辨物体深浅、远近等相对位置的能力，形成立体视觉。
e. 色觉和色视野，见图3-7。 f. 暗适应和明适应，见图3-8。

16 二、视觉机能及其特征 4.视觉特征 疲劳程度：水平优于垂直。 视线变化习惯：左—右，上—下，顺时针。 准确性：水平尺寸和比例的估计更准确。
观察情况的优先性：左上—右上—左下—右下。视区内的仪表布置必须考虑这一点。 设计依据：以双眼视野为设计依据。 接受程度：直线轮廓优于曲线轮廓。 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。 据上述特征，适用视觉的原则参阅表3-2。 厕所显示标志应大小适中，如果安置在厕所门上，应安置在门的左上角，且不宜过高 如果用背景灯，应采用绿色，因为绿色背景灯可节电，且可满足人们视觉识别的要求

17 三、听觉机能及其特征 1. 听觉刺激 2. 听觉系统 3. 听觉的物理特征
听觉的适宜刺激是声音，声音的声源是振动的物体，人的听感范围：20~20000HZ。 2. 听觉系统 起主要作用的部位：内耳耳蜗 起辅助作用的部位：外耳、中耳、内耳的其它部分，见图3-9。 3. 听觉的物理特征 a .频率响应（感受性） 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，见图3-10； 听觉的频率响应特征对听觉传示装置的设计是很重要的。

18 三、听觉机能及其特征 3. 听觉的物理特征 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。 b. 动态范围（声音的强度）
（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频率的正弦式纯音的最低声强Imin。 （2）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。 （1）与（2）都与频率有关系，是在某一频率下的听阈值或痛阈值。 （3）听觉范围：由听阈和痛阈两曲线所包围的听觉区,见图3-11。

19 三、听觉机能及其特征 3. 听觉的物理特征 c.方向敏感度（双耳效应或立体声效应） d.掩蔽效应
（1）时差：∆t=声源到两耳的时间差。人耳可觉察到的声信号入射的最小偏角为3°。 （2）人耳对不同频率、不同方向的声音的感受能力不同，见图3-12。由于头部的掩蔽效应，造成声音频谱的改变。 d.掩蔽效应 掩蔽：一个声音被另一个声音所掩盖的现象。 掩蔽效应：一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应。

20 四、其它感觉机能及其特征 1 肤觉 2 本体感觉 1. 触觉，见图3-13和图3-14。 2. 温度觉 3. 痛觉
肤觉是仅仅次于听觉的一种感觉，可感受多种外界刺激，形成多种感觉。 1. 触觉，见图3-13和图3-14。 2. 温度觉 3. 痛觉 2 本体感觉 本体感觉系统包括耳前庭系统和运动觉系统，可感受身体和四肢所在位置的信息。

21 本体感觉的种类 1.平衡觉： 人对自己头部位置的各种变化及身体平衡状态的感觉。 影响平衡觉的因素：
酒、年龄、恐惧、突然的运动、热紧迫、不常有的姿势等。 实验：金鸡独立 睁眼坚持时间 闭眼坚持时间

22 本体感觉的种类 2.运动觉： 人对自己身体各部位的位置及其运动状态的一种感觉。
运动觉涉及人体的每一个动作，是仅次于视、听觉的感觉。人的各种操作技能的形成更有赖于运动觉信息的反馈调节。

23 五、感觉与知觉特征 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反映，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。 感觉

24 知觉 五、感觉与知觉特征 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。

25 五、感觉与知觉特征 从知觉的过程得知，客观事物是首先被感觉，然后才能进一步被知觉，所以知觉是在感觉的基础上产生的，感觉的事物个别属性越丰富、越精确，对事物的知觉也就越完整、越正确。 感觉和知觉都是客观事物直接作用于感觉器官而在大脑中产生对所作用的反映。在生活和生产活动中，人都是以知觉的形式直接反映事物，而感觉只作为知觉的组成部分而存在于知觉之中，很少有孤立的感觉存在，在心理学中称为“感知觉”。 感觉和知觉的关系

26 五、感觉与知觉特征 感觉反映的是客观事物的个别属性，而知觉反映的是客观事物的整体。感觉的性质较多取决于刺激物的性质，而知觉过程带有意志成分，人的知识、经验、需要、动机、兴趣等因素直接影响知觉的过程。 感觉和知觉的区别

27 五、感觉与知觉特征 感觉的基本特征 1.适宜刺激 2.感觉阈限
外部环境中有许多物质的能量形式，人体的一种感觉器官只对一种能量形式的刺激特别敏感，能引起感觉器官有效反应的刺激称为该感觉器官的适宜刺激。具体见图4-1 2.感觉阈限 感觉阈下限：刚刚能引起感觉的最小刺激量 感觉阈上限：能产生正常感觉的最大刺激量 绝对感觉阈值：能被感觉器官所感受的刺激强度范围 差别感受阈值：刚刚能引起差别感觉的刺激最小差别量。 感觉的基本特征

28 五、感觉与知觉特征 感觉的基本特征 3.适应 在同一刺激物的持续作用下，人的感受性发生变化的过程，称为“感觉的适应”。
这种适应现象，除痛觉外，几乎在所有感觉中都存在，但适应的表现和速度是不同的。除暗适应外，其余各种感觉适应大都表现为感受性逐渐下降乃至消失。 感觉的基本特征

29 五、感觉与知觉特征 感觉的基本特征 4.相互作用： 5.对比： 6.余觉：
在一定的条件下，各种感觉器官对其适宜刺激的感受能力都将受到其他刺激的干扰影响而降低，由此使感受性发生变化的现象。 5.对比： 同一感受器官接受两种完全不同但属于同一类的刺激物的作用，而使感受性发生变化的现象。 6.余觉： 刺激取消后，感觉可存在一极短时间的现象 感觉的基本特征

30 五、感觉与知觉特征 知觉的基本特征 A 整体性 B 选择性 C 理解性 D 恒常性 E 错 觉

31 五、感觉与知觉特征 知觉的基本特征 1.整体性： 2.选择性： 在知觉时，把由许多部分或多种属性组成的对象看作具有一定结构的统一整体的特性。
影响知觉整体性的因素： 接近/相似/封闭/连续/美的形态，见图4-5，图4-6 2.选择性： 在知觉时，把某些对象从背景中优先的区分出来，并予以清晰反映的特性，见图4-7 知觉的基本特征

32 五、感觉与知觉特征 影响知觉选择性的因素： 知觉的基本特征 1、知觉对象与背景之间的差别越大，对象越容易从背景中区分出来
2、在固定不变或相对静止的背景上，运动着的对象最容易成为知觉对象，如在荧光屏上显示的变化着的曲线。

33 五、感觉与知觉特征 影响知觉选择性的因素： 知觉的基本特征 3、人的主观因素，如任务、目的、知识、兴趣、情绪不同，则选择的知觉对象也不同。
4、刺激物各部分相互关系的组合，如彼此接近的对象比相隔较远的对象、彼此相似的对象比不相似的对象容易组合在一起，而成为知觉的对象。

34 五、感觉与知觉特征 知觉的基本特征 3.理解性： 4.恒常性： 5.错觉：
在知觉时，用以往所获得的知识经验来理解当前的知觉对象的特征（语言的指导性），见图4-8 4.恒常性： 知觉的条件在一定范围内发生变化，而知觉的印象却保持相对不变的特性。（大小/形状/明度/颜色） 5.错觉： 对外界事物不正确的知觉，见图4-9 知觉的基本特征

35 五、感觉与知觉特征

36 五、感觉与知觉特征

37 五、感觉与知觉特征 　　错觉产生的原因目前还不很清楚，但它已被人们大量地利用来为工业设计服务。例如，表面颜色不同而造成同一物品轻重有别的错觉，早被工业设计师所利用小巧轻便的产品涂着浅色，使产品显得更加轻便灵巧；而机器设备的基础部分则采用深色，可以使人产生稳固之感。从远处看，圆形比同等面积的三角形或正方形要大出约1/10，交通上利用这种错觉规定圆形为表示“禁止”或“强制”的标志等等。

38 五、感觉与知觉特征

39 六、注意与记忆特征 1注意:注意是依附和伴随人的认识、情感、意志等心理过程而存在的一种心理现象，人的心理活动均有一定的指向性和集中性，心理学上称为“注意”。 注意的过程：当一个人对某一事物发生注意时，他的大脑半球内的有关部分就会形成最优越的兴奋中心，同时这种兴奋中心会对周围的其他部分发生诱导作用，导致对这种事物具有高度的意识性，从而对该事物产生清晰、完整和深刻的反映。

40 六、注意与记忆特征 无意注意 有意注意 分类 无意注意：没有预定目的，不需作意志努力的注意。通常由于周围环境的变化而引起。
有意注意：有预定目的，必要时还需作出一定意志努力的注意。它主要取决于自身的努力和需要，也受客观事物刺激效应的影响。

41 六、注意与记忆特征 2记忆：人们感知过、思考过、体验过、操作过的事物，都可以保留在头脑中，并且在需要的时候又可以将它们重现出来，这一过程即为记忆。 记忆的作用：他是人们获取知识、积累经验、进行高级认识活动和发展个性心理特征的必要条件。 记忆的含义：包括记和忆。记体现为识记和保持；忆体现为再认和回忆。 记忆的三个阶段：瞬时记忆；短时记忆； 长时记忆。

42 记忆的三个阶段 记忆的初级阶段，它是外界刺激以极短的时间一次呈现后，一定数量的信息在感觉通道内被迅速登记并保持一瞬间的过程。 瞬时阶段
它是信息一次呈现后，保持时间在一分钟以内的记忆。 短时阶段 记忆发展的最高阶段，保持时间在一分钟以上、数日、数月、数年、甚至终身不忘的记忆。 长时阶段

43 德国记忆天才——塞勒 36岁的塞勒能把24卷的大百科全书倒背如流，仅用几秒钟就能把一本电话簿全部装进脑子里，心算速度快于计算器，独特的记忆术、天资聪颖与后天的勤奋，是塞勒成为当之无愧的记忆大王。

44 如何增强记忆力呢？ 1、把人名、面孔、事件等，按一定的思考模式编码。
2、采用“注—义”方法：把注意力集中在想记住的事情上，然后赋予意义。（广告词） 3、把枯燥无味的事物简单地组织起来能帮助记忆。（食物杂货单可分成肉类、谷类、蔬菜等） 4、设法减少必须记住的事物、事项的数目。（如放钥匙的地方；出门要拿的东西等） 5、所谓的“脑慢跑”即多动脑筋，能让头脑强健。（玩猜字迷、多阅读书籍、报刊、杂志、辩论等）

45 6、健身也有利于健脑。（每星期多步行1.6公里,认知能力衰退的几率就降低13%)
7、药物治疗：银杏有助于增强记性。 8、食物疗法。 9、充分休息：睡眠可让大脑有时间去为记忆编码，也可以舒解精神压力。 10、放慢生活节奏。 11、多关心家人与朋友，多培养几种爱好，都对记忆力有好处。提倡“热爱生活、积极生活”。

46 七、人的信息处理系统 1 人的信息处理系统模型 人在人机系统中特定操作活动中的作用，可类比为一种信息传递和处理过程，见图。
图3-17 人的信息处理系统

47 七、人的信息处理系统 2 信息处理系统 人机系统中信息的含义：
人类特有的，客观存在的一切事物通过物质载体所发出的消息、情报、指令、数据、信号和标志等所包含的一切传递与交换的知识内容，是表现事物特征的普遍形式。

48 错误！！！ 七、人的信息处理系统 思考： 人的信息处理系统功能有一定限度。超过了限度，信息就不能完全地被接受。
显示器设计中，显示的信息越多越好，越精确越好！ 错误！！！ 人的信息处理系统功能有一定限度。超过了限度，信息就不能完全地被接受。

49 七、人的信息处理系统 2 信息处理系统 编码 辨认工作—数码、字母、斜线 搜索定位—颜色、数码、形状 计数工作—数码、颜色、形状
比较或验证—各方法几乎没有区别 编码方式的优劣参阅表3-3。

50 八、运动系统的机能

51 八、运动系统的机能 1 骨的功能和骨杠杆 骨杠杆 根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）三者不同的位置分布，分为： 1）平衡杠杆
1 骨的功能和骨杠杆 骨的功能 骨杠杆 根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）三者不同的位置分布，分为： 1）平衡杠杆 2）省力杠杆 3）速度杠杆：用力大，但运动速度快 由等功原理，得之于力则失之于速度，反之亦然。因此，最大的力量与最大的运动范围两者是相矛盾的。

52 八、运动系统的机能 2 主要关节的活动范围 3 肌体的出力范围
2 主要关节的活动范围 关节的活动范围有一定的限度，人体处于舒适时，关节必然处在一定的舒适调节范围内，参阅表3-5。 3 肌体的出力范围 肌体所能发挥的力量大小取决于： 1）人体肌肉的生理特征 2）施力的姿势、部位、方式和方向，分别见图3-21，图3-22和图3-23，相应的出力数值参阅表3-6，表3-7。

53 八、运动系统的机能 4 肢体的动作速度与频率 动作速度取决于肢体肌肉收缩的速度，而操作动作速度还取决于动作方向和动作轨迹等特征。
4 肢体的动作速度与频率 动作速度取决于肢体肌肉收缩的速度，而操作动作速度还取决于动作方向和动作轨迹等特征。 动作频率取决于动作部位和动作方法，参阅表3-8。

54 九、人的运动输出 1 反应时间 反应时间（ RT）又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应的时间间距。它由反应知觉时间（tz）和动作时间（td）组成。 即RT=tz+td。

55 九、人的运动输出 1 反应时间 影响反应时间的主要因素如下： 1.不同的感觉器官反应时间不同，以触觉与听觉最优，视觉次之，参阅表3-9。
1 反应时间 影响反应时间的主要因素如下： 1.不同的感觉器官反应时间不同，以触觉与听觉最优，视觉次之，参阅表3-9。 2.反应时间与刺激信号的强度有关，参阅表3-10。 3.刺激的环境影响反应时间。信号与背景的亮度、颜色、信噪比及频率的对比程度越强越好。此外，刺激信号的数目、显示器及操纵器的设计也影响反应时间，参阅表3-11，表3-12。 4.人的主体因素也影响反应时间，如习俗、个体差异、疲劳等个人生理、心理状况。

56 九、人的运动输出 2 运动速度 （1）动作特点 （2）目标距离 （3）运动方向，见图3-24，图3-25 （4）动作轨迹特征

57 九、人的运动输出 3 运动准确性 见图3-26 （2）盲目定位的准确性：正前方盲目定位准确性最高， 见图3-27
3 运动准确性 （1）运动速度与准确性：速度越慢，准确性越高， 见图3-26 （2）盲目定位的准确性：正前方盲目定位准确性最高， 见图3-27 （3）运动方向与准确性，见图3-28 （4）操作方式与准确性，见图3-29

58 本章思考题： 一、人的视觉、听觉、肤觉、本体感觉有何特征？ 二、感觉与知觉有何特征？ 三、注意与记忆有何特征？

59 附录：插图

60 图3-1 返回

61 图3-2 返回

62 图3-3 返回

63 图3-4 返回

64 图3-5 返回

65 图3-6 返回

66 图3-7 人的色视野 返回

67 图3-8 暗适应与明适应 返回

68 图3-9 人耳的构造 返回

69 图3-10 听力损失曲线 返回

70 图3-11 听阈、痛阈与听觉区域 返回

71 图3-12 听觉的方向敏感度 返回

72 图3-13 男性身体各部位的触觉敏感性 返回

73 图3-14 男性身体各部位刺激点定位的能力 返回

74 图4-5 知觉的整体性 返回

75 图4-6 影响知觉整体性的因素 返回

76 图4-7 双关图 返回

77 图4-8 语言对知觉理解性的影响 返回

78 图4-9 几何图形错觉 返回

79 图3-21 立姿弯臂时的力量分布 返回

80 图3-22 立姿直臂时的拉力与推力分布 返回

81 图3-23 不同体位下的蹬力 返回

82 图3-15 返回

83 图3-16 返回

84 图3-17 返回

85 图3-18 返回

86 图3-19 返回

87 图3-20 返回

88 图3-24 手向各个方向运动时间差异 返回

89 图3-25 不同区域内手指敲击运动速度差异 返回

90 图3-26 速度-准确性特性曲线 返回

91 图3-27 不同方位盲目定位运动准确定 返回

92 图3-28 手臂运动方向对连续控制运动准确性影响
返回

93 图3-29 不同控制操作方式对准确性的影响 返回