人机工程学讲义第三章上

11结构尺寸功能尺寸人体尺寸设计分类满足度尺寸界限功能尺寸确定尺寸修正人机系统（人-机-环系统）人机环人体特性感知觉生物力学产品尺寸设计……第三章人体的机能特性（上）授课教师：清华大学汽车系袁泉2006年2月[e-mail]《人机工程学》课件3本章主要内容概述概述概述第一节人的感知觉特性第一节第一节人的感知觉特性人的感知觉特性第三节人的信息传递理论第三节第三节人的信息传递理论人的信息传递理论第二节人的神经系统第二节第二节人的神经系统人的神经系统第四节人的视觉特性第四节人的视觉特性第五节人的听觉、皮肤感觉及本体感觉第五节人的听觉、皮肤感觉及本体感觉第六节人体的力学特性第六节人体的力学特性第七节人的心理学特性第七节人的心理学特性4概述人体的机能特性„人体的特征复杂的机体，包含众多的“人机工程学”参数„包含内容感知器官、神经系统、生物力学及心理学特性„研究目的为进一步研究“人机结合”奠定基础注：本章提及的基本概念均属“生理学”、“心理学”范畴5第一节人的感知觉特性概述„心理学中：知觉＋感觉＝感知觉„人的感知响应系统组成——感觉器官、传入神经、大脑皮层、传出神经和运动器官„人的感知响应过程——刹车为例感觉器官接受外部刺激，经传入神经至大脑皮层进行信息处理，神经中枢做出决定经传出神经下达给运动器官做出人体运动响应6一、感觉和知觉1感觉面对水果的感觉。人对一切事物的认识都是从感觉开始的感觉在人们生活的作用不言而喻。找一些词来形容好的感觉！271感觉——什么是感觉？„感觉的定义人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的个别属性的反映。感觉也反映人体本身的活动状况。感觉是一个过程。„感觉的类型（1）接受外部刺激的外感受器——视觉、听觉、嗅觉、味觉、皮肤感觉（2）接受人体内部刺激的内感受器——饥、渴等内脏感觉（3）体外和体内表面之间的本体感受器——运动觉、平衡觉判断感觉类型：饥寒交迫声情并茂望梅止渴8例：人对汽车好的“感觉”外观内饰驾驶乘坐声音气味温度触感协调自如欢快悦耳温馨舒适柔和愉悦9例：人对汽车的“感觉”视觉触觉听觉平衡觉味觉仪表、视野设计操纵装置设计声环境设计气味设计舒适性设计102知觉——什么是知觉？知觉与感觉有何关联和区别？„知觉的定义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。¾知觉是在感觉基础上产生的，但它不是简单相加，而是具有新的品质，表现为对事物的整体认知，或对事物综合属性的判别，或对事物的意义作出的初步解释。¾知觉是一个主动的反映过程。„知觉的加工过程“买玉”的故事¾按环境/刺激物数据对物品赋予意义的过程，称为“自下而上”(bottom-upprocessing)的知觉加工过程。¾受到既定观念影响的知觉过程，称为“自上而下”(top-downprocessing)的知觉加工过程。知觉就是当我们感知事物时，大脑在积极地进行着选择和组织，并把感觉信息整合为关于世界的一幅幅图片或一个个模型。11„知觉的类型（1）空间知觉形状知觉、大小知觉距离知觉、方位知觉¾主要来源：视觉和听觉（2）时间知觉自然、计时器、本体（3）运动知觉感觉与知觉的联系和区别12二、感觉的基本特性1适宜刺激„定义各种感觉器官都有各自最敏感的刺激形式。„适宜刺激及其识别特征313二、感觉的基本特性2感觉阈值„定义能被感觉器官所感受的刺激强度范围称为感觉阈值或识别阈值。人体主要感觉的感觉阈值14二、感觉的基本特性1.适宜刺激2.感觉阈值3.适应性感觉器官经持续刺激一段时间后，在刺激不变的情况下，感觉的敏感性会逐渐降低，感觉将逐渐减小以至消失。4.感觉的相互作用„在一定条件下，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，使感受性发生变化。„例如：同时输入两个视觉信息。视听同时作用。晕车的发生。15二、感觉的基本特性(续)1.适宜刺激2.感觉阈值3.适应性4.感觉的相互作用5.对比„同一感觉器官接受两种完全不同但属同一类的刺激物作用，使感受性发生变化的现象称为对比。¾同时对比：几种刺激物同时作用于同一感觉器官。（如颜色视觉）¾继时对比：几个刺激物先后作用于同一感觉器官。（嚼糖后吃橘子）6.余觉„刺激消失以后，感觉可以继续存在一极短时间，称为“余觉”例如，在暗室里急速转动一根燃着的火柴16三、知觉的基本特性1.整体性„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，该特性称为知觉的整体性。¾感知熟悉的对象，由个别属性或主要特征，根据经验知道其他属性和特征，从而整体地感知它。2.选择性„知觉时，把某些对象从背景中优先区分出来，并予以清晰反映的特性，称为知觉的选择性。„从知觉背景中区分出对象，一般取决于下列条件：1．对象和背景的差别2．对象的运动3．主观因素„知觉对象与背景的关系是可以互相转换的。17三、知觉的基本特性（续）1.整体性2.选择性3.理解性„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，称为知觉的理解性。„知觉一个事物时，相关的知识经验越丰富，对该事物的知觉就越丰富，对其认识也就越深刻。„语言的指导能唤起人们已有的知识和过去的经验，使人对知觉对象的理解更迅速、完整。18三、知觉的基本特性（续）1.整体性2.选择性3.理解性4.恒常性„当知觉的条件在一定范围内发生变化时，人的知觉映象仍然能保持相对不变的特性，称为知觉的恒常性。„知觉恒常性是经验在知觉中起作用的结果人总是根据记忆中的印象、知识、经验去知觉事物。„在视知觉中，恒常性表现得特别明显。视知觉的恒常性主要表现：大小恒常性、形状恒常性、明度恒常性、颜色恒常性419三、知觉的基本特性（续）1.整体性2.选择性3.理解性4.恒常性5.错觉错觉是对外界事物不正确的知觉。总的来说，错觉是知觉恒常性的颠倒。尽管视网膜上的映象没有变化，而人知觉的刺激却不相同。20三、知觉的基本特性（续）1.整体性2.选择性3.理解性4.恒常性5.错觉错觉已被人们大量用于工业设计。例如：表面颜色不同造成同一物品轻重有别。从远处看，圆形比同等面积的三角形或正方形略大。21例：人对事物的“感知觉”仙林青梅滑雪晕船SARS盲人复明榴莲22例：人对汽车的“感知觉”奔驰凯迪拉克宾利LotusVOLVOMazda6POLOQQ23第二节人的神经系统神经系统中枢神经周围神经脑：延髓、脑桥、中脑、间脑、小脑、大脑脊髓按解剖分按功能分脑神经（12对）脊神经（31对）感觉（传入）神经运动（传出）神经躯体运动神经植物性神经1神经系统的组成包括脑和脊髓的中枢神经遍布全身各处的周围神经系统24„脑的地位及性质神经系统的中枢，结构极其复杂、机能特别灵敏„脑的组成延脑、脑桥、中脑、间脑、小脑、大脑„大脑皮层最高级的调节机构，含140亿个神经元。分区——体表感觉区、运动和位置感觉区、视觉区、嗅觉和味觉区、感觉联合区、运动联合区、前额联合区等。2脑的机能525„大脑皮层的功用„对各感觉器官所接受的信息加以分析、综合，形成映像的认识中枢，控制调节人的机体，成为对外界刺激作出适宜反应的最高机构，是人的心理活动最重要的物质基础。„大脑左右半球形态相似，左右对称，左半球比右半球略大。左半球的主要功能是言语、抽象逻辑思维和数学计算；右半球的主要功能是空间感知和形象加工。2脑的机能V区障碍不能认识词义H区障碍不能听懂话S区障碍不能讲话W区障碍不能写字263反射活动的规律„反射的概念在中枢神经系统参与下，人的机体对来自体内、外刺激的规律性反应。„非条件反射先天生成、出生后无需训练。„条件反射出生后通过训练而形成。27„反射弧反射活动的结构基础。„反射活动的过程从刺激作用开始，一定的刺激被一定的感受器所感受，引起感受器内的神经末梢产生兴奋，兴奋以神经冲动的形式经过传入神经纤维传向中枢，引起中枢神经系统神经元复杂的分析与综合活动，中枢产生兴奋过程，又经过一定的传出神经纤维到达效应器，使效应器发生相应的活动。28„有体液参与的反射活动神经中枢活动可以通过神经纤维直接作用于效应器也可通过体液的途径(内分泌调节)间接作用。此时反射的过程：感受器→传入神经纤维→神经中枢→传出神经纤维→内分泌腺→激素在血液中转运→效应器293反射活动的规律（续）„中枢抑制任何反射活动中，中枢内既有兴奋活动又有抑制活动。用以协调反射活动。如果中枢抑制受到破坏，则反射活动就不可能协调。„反射活动的反馈调节当一个刺激发动一个反射后，效应器的活动发出的冲动进入中枢，产生反馈调节。维持与纠正反射活动的进行。其他能感知反射效应的感觉器官也发出传入冲动进入中枢。304中枢对感觉传入冲动的反馈控制„反馈控制的表现中枢不但接受感觉器官的传入冲动，而且也发出传出冲动来改变感觉器官的活动，以调节感觉器官的敏感性。例如，瞳孔对光的反射是中枢调节视觉器官敏感性的一个反射，当强光照射眼睛时，视觉传入冲动明显增加，由此而发生的瞳孔对光的反射，使瞳孔缩小，以减少入眼的光通量。6315神经系统对躯体运动的调节„运动神经元在脊髓的前角中，存在大量的运动神经元（α和γ运动神经元），它们的轴突经前根离开脊髓后直达所支配的肌肉。„α运动神经元α运动神经元是脊髓运动反射的最后公路。它接受来自皮肤、肌肉和关节等外周传入的信息，也接受从脑干到大脑皮层等高位中枢下传的信息，并产生一定的反射传出冲动。¾大α运动神经元支配快肌纤维¾小α运动神经元支配慢肌纤维325神经系统对躯体运动的调节„运动单位由一个α运动神经元及其所支配的全部肌纤维所组成的功能单位，称为运动单位。运动单位的大小，取决于神经元轴突末梢分支数目的多少，一般肌肉越大，运动单位越大。„γ运动神经元γ运动神经元的细胞体分散在α运动神经元之间，细胞体小于α运动神经元。兴奋性较高，常以较高频率持续放电。其作用是通过调节肌梭对牵拉刺激的敏感性，使人体对外界刺激保持敏感，产生屈肌反射，保证人体的自我保护能力。33第三节人的信息传递理论1信息与信息量„信息的定义信息是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、数据和信号中所包含的一切传递与交换的知识内容，是表现事物特征的一种普遍形式，是自然界、人类社会和人类思维活动中普遍存在的物质和事物的属性。„信息量的计算H=log22nH—信息量；n—某信号中所包含的二进制码的个数。若信号源S中含有Ns个相互独立的不同信号，每个信号si出现的概率为pi信息量又可称为“信息熵”或简称为“熵”。ipsNiipSH2log1)(∑=−=342信息输入的途径„末端刺激（原始刺激）信息源发出的信息，称为末端刺激或原始刺激。„邻近刺激由末端刺激直接或间接转换而成353信息输入显示器„信息输入显示器的作用将末端刺激源（即信息源）发出的信息或刺激，加以放大或变换能量形式，使之能被人的感觉器官所接受。„适用场合刺激过大、刺激过小、刺激混杂、刺激远超出人的感受极限、刺激由人的感觉器官直接感受分辨率低、刺激需储存以供引用、刺激形式不便于人所感受363信息输入显示器„信息输入显示器的类型静态显示器：传送不随时间变化的固定信息动态显示器：传送随时间而不断变化的信息„信息输入显示器传送的信息类型定量信息、定性信息、状态信息、报警信息、图象信息、识别信息、字符信息7374信息流模型„人的行为或动作取决于信息在人体内的流动过程，即人体内部的信息流。„信息流的组成因素注意、感觉、感知、编码和译码、学习、记忆、回忆、推理、判断、决策或决定、发出指令信息、执行或人体运动响应„对于信息流的规律性认识384信息流模型规律总结„人的行为或动作都是信息处理的结果。„人的信息处理能力有一定限度。„信息处理包含许多阶段。每一阶段由若干信息转换组成。阶段的安排可采取串联、并联或混联三种不同组合方式。„分时输入和处理可能会降低信息接受和处理的速率与精度。„有许多方法和措施可以加强或扩展人的信息处理能力，如适当的设计能使显示器传送的刺激更易于被人所感受。„一旦作出某决定，神经冲动就被传递到肌肉去执行预定动作，而由肌肉反馈回来的神经冲动则有助于对动作的控制。„信息流中，人的大脑皮层所能处理的信息只是感觉器官所接受到信