人体感知与运动系统.pptx
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1、第三章第三章 人体认知与运动系统人体认知与运动系统主主要要讲讲授授内内容容1、人的信息接受、处理、传递、人的信息接受、处理、传递2、感觉与知觉、感觉与知觉3、人的心理特征、人的心理特征末端刺激源末端刺激源物体、事件、物体、事件、环境(自然环境(自然的和人造的)的和人造的)其他人其他人人工编码和人工编码和复显的刺激复显的刺激(符号、标(符号、标志等)志等)邻近刺激邻近刺激(能量)(能量)光能光能声能声能机械能机械能热能热能其他其他人体感觉器人体感觉器官官眼眼耳耳神经末梢神经末梢半规管半规管皮肤皮肤其它其它传传入入或或接接受受装装置置编码(转换成新编码(转换成新形式)形式)复显信息(电视、复显信息
2、(电视、照相等)形式)照相等)形式)新的或经转换后新的或经转换后的末端刺激显示的末端刺激显示器器直接传感直接传感间接传感间接传感从末端刺激到人的感觉器官的信息输入途径从末端刺激到人的感觉器官的信息输入途径信息的接收信息的接收感觉通道与信息的协调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。道、听觉通道和触觉通道。其适用场合参阅表其适用场合参阅表3-13-1。视觉及其机能特征视觉及其机能特征1.1.视野与视距视野与视距 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
3、能看得见的空间范围,常以角度来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(单视野表示。分水平视野(单视野/双视野)和垂直视野。双视野)和垂直视野。视距:指人在操作系统中正常的观察距离,几种工视距: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作视距推荐值参阅表3-23-2。2.2.中央视觉和周围视觉中央视觉和周围视觉 中央视觉中央视觉视维细胞(感色能力强、能清晰分辨物视维细胞(感色能力强、能清晰分辨物体)。体)。周围视觉周围视觉视杆细胞(观察空间范围和正在运动的视杆细胞(观察空间范围和正在运动的物体)。物体)。视觉机能特征视觉机能特征视觉特征视觉特征1.1.疲劳
4、程度:水平优于垂直。疲劳程度:水平优于垂直。2.2.视线变化习惯:左视线变化习惯:左右,上右,上下,顺时针。下,顺时针。3.3.准确性:水平尺寸和比例的估计更准确。准确性:水平尺寸和比例的估计更准确。4.4.观察情况的优先性:左上观察情况的优先性:左上右上右上左下左下右下。视区右下。视区 内的仪表布置必须考虑这一点。内的仪表布置必须考虑这一点。5.5.设计依据:以双眼视野为设计依据。设计依据:以双眼视野为设计依据。6.6.接受程度:直线轮廓优于曲线轮廓。接受程度:直线轮廓优于曲线轮廓。7.7.颜色的易辨认顺序:红、绿、黄、白;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、
5、黑底白字、蓝底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。白字、白底黑字。据上述特征,适用视觉的原则参阅表据上述特征,适用视觉的原则参阅表3-23-2。听觉机能及其特征听觉机能及其特征o听觉的适宜刺激是声音,声音的声源是振动的物体,人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:的听感范围:20200002020000HZHZ。o频率感受的上限随着年龄的增长而逐年连续下降;听觉频率感受的上限随着年龄的增长而逐年连续下降;听觉的频率响应(感受性)特性对听觉传示装置的设计是很的频率响应(感受性)特性对听觉传示装置的设计是很重要的。重要的。o掩蔽效应掩蔽效应 掩蔽
6、:一个声音被另一个声音所掩盖的现象。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。提高的效应。其他感觉机能及其特征其他感觉机能及其特征肤觉肤觉 肤觉是仅仅次于听觉的一种感觉,可感受多种外界刺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。激,形成多种感觉。1.1.触觉触觉 2.2.温度觉温度觉 3.3.痛觉痛觉本体感觉本体感觉 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。受身体和四肢所在位置的信息。信息的接
7、收信息的接收感觉通道都有以下的共同特性感觉通道都有以下的共同特性 :(1 1)一一种种通通道道只只接接受受某某一一种种刺刺激激(或或说说某某一类信息)识别某一种特征,具有某种作用。一类信息)识别某一种特征,具有某种作用。(2 2)刺激本身要有一定的强度。)刺激本身要有一定的强度。(3 3)感感觉觉器器官官经经连连续续刺刺激激一一段段时时间间后后,会会产生适应现象,即敏感性降低。产生适应现象,即敏感性降低。人类信息处理模型人类信息处理模型1.记忆是各种信息处理活动的基础:记忆是各种信息处理活动的基础:(1 1)感觉信息暂存感觉信息暂存 (2 2)短时记忆短时记忆 (3 3)长时记忆长时记忆信息的
8、处理信息的处理记忆曲线记忆曲线2 2信息处理的一般规律信息处理的一般规律 (1 1)信息处理是分阶段进行的。)信息处理是分阶段进行的。(2 2)信息处理的信息容量是有限制的。)信息处理的信息容量是有限制的。(3)通过设计可以改善信息处理。)通过设计可以改善信息处理。信息的处理信息的处理 在人机系统中,操作者接受系统的信息并经中枢在人机系统中,操作者接受系统的信息并经中枢加工后,便依据加工的结果对系统作出反应。在人加工后,便依据加工的结果对系统作出反应。在人机机环境系统中,人一般通过四肢的运动来传递信息环境系统中,人一般通过四肢的运动来传递信息(语言传递是通过声带振动语言传递是通过声带振动)。运
9、动输出包括上肢和下。运动输出包括上肢和下肢运动。肢运动。运动输出的质量指标是运动输出的质量指标是反应时间反应时间、运动速度运动速度。人的运动输出人的运动输出 反应时间由反应知觉时间反应时间由反应知觉时间(即自出现刺激到开始执行操纵即自出现刺激到开始执行操纵的时间的时间)和动作时间和动作时间(即执行操纵的延续时间即执行操纵的延续时间)两部分组成,即两部分组成,即 RTtz十十td 简单反应时简单反应时选择反应时选择反应时析取反应时析取反应时反应时间反应时间人的反应时间与感觉刺激物的人的反应时间与感觉刺激物的刺激量刺激量有关有关。1.1.信息传输速度信息传输速度 C=H/TC=H/T 其中:其中:
10、CC信息传输速率;信息传输速率;HH传输的信息量;传输的信息量;TT传输的时间传输的时间 人的感觉通道的信息传输速率。人的感觉通道的信息传输速率。2.2.采样采样 采样间隔取决于刺激的频率。采样间隔取决于刺激的频率。若刺激的变化频率为若刺激的变化频率为F F,则则T=1/2FT=1/2F,由此可见,采样频由此可见,采样频率降低,则采样周期延长。率降低,则采样周期延长。3.3.编码编码 辨认工作辨认工作数码、字母、斜线数码、字母、斜线 搜索定位搜索定位颜色、数码、形状颜色、数码、形状 计数工作计数工作数码、颜色、形状数码、颜色、形状 比较或验证比较或验证各方法几乎没有区别各方法几乎没有区别 编码
11、方式的优劣参阅表编码方式的优劣参阅表3-33-3。影响反应时间的主要因素影响反应时间的主要因素1.1.不同的感觉器官反应时间不同,以触觉与听觉最优,视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,参阅表觉次之,参阅表3-83-8。2.2.反应时间与刺激信号的强度有关,参阅表反应时间与刺激信号的强度有关,参阅表3-93-9。3.3.刺激的环境影响反应时间。信号与背景的亮度、颜色、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,参阅表数目、显示器及操纵
12、器的设计也影响反应时间,参阅表3-103-10,表,表3-113-11。4.4.人的主体因素也影响反应时间,如习俗、个体差异、疲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。劳等个人生理、心理状况。运动速度可用完成运动的时间表示,而人的运动时间与动运动速度可用完成运动的时间表示,而人的运动时间与动作特点、目标距离、动作方向、动作轨迹特征、负荷重量等因作特点、目标距离、动作方向、动作轨迹特征、负荷重量等因素有密切关系。素有密切关系。运动速度运动速度运动准确性运动准确性1.1.运动速度与准确性:速度越慢,准确运动速度与准确性:速度越慢,准确性越高性越高;2.2.盲目定位的
13、准确性:正前方盲目定位盲目定位的准确性:正前方盲目定位准确性最高准确性最高;3.3.运动方向与准确性运动方向与准确性;4.4.操作方式与准确性操作方式与准确性.动作轨迹特征动作轨迹特征o连续改变和突然改变的曲线式动作,前者速度快,后者连续改变和突然改变的曲线式动作,前者速度快,后者速度慢;速度慢;o水平动作比垂直动作的速度快;水平动作比垂直动作的速度快;o一直向前的动作速度,比旋转时的动作速度快一直向前的动作速度,比旋转时的动作速度快1.52倍左右;倍左右;o圆形轨迹的动作比直线轨迹动作灵活;圆形轨迹的动作比直线轨迹动作灵活;o顺时针动作比逆时针动作灵活;顺时针动作比逆时针动作灵活;o手向着身
14、体的动作比离开身体的动作灵活;手向着身体的动作比离开身体的动作灵活;o向前后的往复动作比左右的往复动作速度快;向前后的往复动作比左右的往复动作速度快;o最大运动速度与被移动的负荷重量成反比,而达到最大最大运动速度与被移动的负荷重量成反比,而达到最大速度所需的时间与负荷重量成正比,速度所需的时间与负荷重量成正比,运动系统的机能及其特征运动系统的机能及其特征o 骨骨运动的杠杆运动的杠杆o 关节关节运动的枢纽运动的枢纽o 肌肉肌肉运动的动力运动的动力主要关节的活动范围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,
15、舒适时,关节必然处在一定的舒适调节范围内,参阅表参阅表3-4。肌体的出力范围肌体的出力范围 肌体所能发挥的力量大小取决于:肌体所能发挥的力量大小取决于:1 1)人体肌肉的生理特征)人体肌肉的生理特征 2 2)施力的姿势、部位、方式和方向,分别)施力的姿势、部位、方式和方向,分别见见图图3-213-21,图图3-223-22和和图图3-233-23,相应的出力数值参,相应的出力数值参阅表阅表3-53-5,表,表3-63-6。肌肉肌肉运动的动力运动的动力v肌肉施力的类型肌肉施力的类型v静静态态肌肌肉肉施施力力:静静态态肌肌肉肉施施力力是是依依靠靠肌肌肉肉等等长长收收缩缩所所产产生生的的静静态态性性
16、力力量量,较较长长时时间间地地维维持持身身体体的的某某种种姿姿势势,致致使使肌肌肉肉相相应应地地作作较较长长时时间间的收缩。的收缩。v动动态态肌肌肉肉施施力力:动动态态肌肌肉肉施施力力是是对对物物体体交交替替进行施力与放松,使肌肉有节奏地收缩与舒张。进行施力与放松,使肌肉有节奏地收缩与舒张。肢体的动作速度与频率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,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而操作动作速度还取决于动作方向和动作轨迹等特征。轨迹等特征。动作频率取决于动作部位和动作方法,动作频率取决于动作部位和动作方法,参阅表参阅表3-73-7。二、感觉
17、和知觉二、感觉和知觉Perception and ConsciousnessPerception and Consciousnesso感觉定义:感觉定义:感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物个别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,感觉是人们了解外部世界的渠道,也是一切属性的反映,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。复杂心理活动的基础和前提。o感觉类型:感觉类型:视觉、听觉、化学感觉(嗅觉和味觉)、皮肤视觉、听觉、化学感觉(嗅觉和味觉)、皮肤感觉、本体感觉等。感觉、本体感觉等。本体感觉能告知操作者躯体正在进行本体感觉能告知操作者躯体正在进行的动作及其相
18、对于环境和机器的位置;而其他感觉能将外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。部环境的信息传递给操作者。o感觉的过程:感觉的过程:人的感觉器官接受内外环境的刺激,将其转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。枢,便产生了感觉。感感觉觉视视 觉觉 在人们认知世界的过程中,大约有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。觉系统是人与外界相联
19、系的最主要途径。物体依赖于光的反射映入眼睛,所以,物体依赖于光的反射映入眼睛,所以,光、光、对象物、眼睛是构成视觉现象的三个要素。对象物、眼睛是构成视觉现象的三个要素。但视但视觉系统并不只是眼睛,从生理学角度看,它包括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。视觉,还包括以往的知识经验。换句话说,视觉换句话说,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。且也是人的观察与过去经历的反映。本体感觉的种类本体感觉的
20、种类Noumenono1、平衡觉:平衡觉:人对自己头部位置的各种变化及身体平衡状态的人对自己头部位置的各种变化及身体平衡状态的感觉。感觉。o影响平衡觉的因素: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。酒、年龄、恐惧、突然的运动、热、紧迫、不常有的姿势等。o2、运动觉:运动觉:人对自己身体各部位的位置及其运动状态的一种人对自己身体各部位的位置及其运动状态的一种感觉。感觉。运动觉涉及人体的每一个动作,是仅次于视、听觉的感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。觉。人的各种操作技能的形成更有赖于运动觉信息的
21、反馈调节。知觉的定义:知觉的定义:知觉是在人脑对直接作用于感觉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。器官的客观事物和主观状况整体的反映。o知觉的过程:知觉的过程:客观事物的各种属性分别作用于人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,
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