人的生理特性.ppt

1,第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性,圖1 人機(jī)系統(tǒng)圖,返回,2,把操作者作為人機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)“環(huán)節(jié)”來(lái)研究，人與外界發(fā)生聯(lián)系的主要是三個(gè)子系統(tǒng)，即感覺(jué)系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，如右圖所示。,2、人在系統(tǒng)中的作用,3,第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性,3、感覺(jué)的基本特征 人的各種感覺(jué)器都有一定的感受性和感覺(jué)閾限。 從人的感覺(jué)閾限來(lái)看，刺激本身必須達(dá)到一定強(qiáng)度才能對(duì)感受器官發(fā)生作用。 一種感受器官只能接受一種刺激和識(shí)別某一種特征，眼睛只接受光刺激，耳朵只接受聲刺激。 人的感覺(jué)印象80%來(lái)自眼睛，14%來(lái)自耳朵，6%來(lái)自其他器官。 同時(shí)有多種視覺(jué)信息或多種聽(tīng)覺(jué)信息，或視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)信息同時(shí)輸入時(shí)，人們往往傾向于注意一個(gè)而忽視其它信息，如果同時(shí)輸入的是兩個(gè)強(qiáng)度相同的聽(tīng)覺(jué)信息，則對(duì)要聽(tīng)的那個(gè)信息的辨別能力將下降50%，并且只能辨別最先輸入的或是強(qiáng)度較大的信息。 感覺(jué)器官經(jīng)過(guò)連續(xù)刺激一段時(shí)間后，敏感性會(huì)降低，產(chǎn)生適應(yīng)現(xiàn)象。,人機(jī)系統(tǒng)中的最常用的感覺(jué)通道是視覺(jué)通道、聽(tīng)覺(jué)通道和觸覺(jué)通道。不同感覺(jué)通道的適用場(chǎng)合如下表所示：,5,第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性,4、人的視覺(jué)特性 （1）人眼的構(gòu)造 眼球的基本結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3） 眼球的水平解剖圖 （見(jiàn)圖4） （2）視覺(jué)的基本參數(shù) 波長(zhǎng)、視角、視力、視距、色覺(jué)、視野,6,第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性,圖 3 人眼球的基本結(jié)構(gòu),眼睛是視覺(jué)的感受器官，人眼是直徑為2125mm的球體，其基本構(gòu)造與照相機(jī)類(lèi)似。 視網(wǎng)膜最外層細(xì)胞包括視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞，它們是接受信息的主要細(xì)胞。,7,視覺(jué) -成像,返回,8,第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性,圖4 眼球的水平解剖圖,返回,9,視覺(jué)的適宜刺激是光。人的兩眼可以感受到的光波只占整個(gè)電磁光譜的一小部分，其波長(zhǎng)為380780nm。,1）波長(zhǎng),10,視角：確定被看物尺寸范圍的兩端點(diǎn)光線(xiàn)射入眼球的相交角度。 =2arctg(D/2L) 式中：視角； D被看物體上兩端點(diǎn)的直線(xiàn)距離； L眼睛到被看物體的距離；,2） 視角,11,視力：眼睛分辨物體細(xì)微結(jié)構(gòu)能力的一個(gè)生理尺度，以臨界視角的倒數(shù)來(lái)表示。 視力=1/能夠分辨的最小物體的視角,3） 視力,12,小數(shù)：0.1, 0.12, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.5, 2.0 對(duì)數(shù)：4.0, 4.1 , 4.2 , 4.3, 4.4 , 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9, 5.0, 5.1, 5.2, 5.3 換算公式：L=5+lgV。 L：對(duì)數(shù)視力； V：小數(shù)視力 對(duì)數(shù)視力表是我國(guó)繆天榮教授創(chuàng)造的。比較合理的增加了0.10.2之間的視標(biāo)，所以，視力檢查的結(jié)果更加科學(xué)、準(zhǔn)確。,小數(shù)（1.0版）與對(duì)數(shù)（5.0版）視力表對(duì)照表：,視角與視力的關(guān)系,13,視野：指人的頭部和眼球固定不動(dòng)的情況下，眼睛觀(guān)看正前方物體時(shí)所能看得見(jiàn)的空間范圍，常以角度來(lái)表示。分水平視野（單視野/雙視野）和垂直視野，見(jiàn)圖6。 視距：指人在操作系統(tǒng)中正常的觀(guān)察距離。,4）視野、視距,14,圖6 人的水平視野和垂直視野,15,中央視覺(jué)：視維細(xì)胞（感色能力強(qiáng)、能清晰分辨物體）。 周?chē)曈X(jué)：視桿細(xì)胞（觀(guān)察空間范圍和正在運(yùn)動(dòng)的物體）。 雙眼視覺(jué)和立體視覺(jué)：雙眼視物時(shí)，具有分辨物體深淺、遠(yuǎn)近等相對(duì)位置的能力，形成立體視覺(jué)。,5） 視覺(jué),16,色覺(jué)和色視野,如下圖所示。,6）色覺(jué)和色視野,17,第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性,（3）常見(jiàn)的幾種視覺(jué)現(xiàn)象 暗適應(yīng)與明適應(yīng) 眩光 視錯(cuò)覺(jué),18,定義： 人眼對(duì)光亮度變化的順應(yīng)性。 特點(diǎn)： 明適應(yīng)約需要1min就能完全適應(yīng); 暗適應(yīng)約需要30min才能完全適應(yīng); 人在明暗急劇變化的環(huán)境中，視力會(huì)出現(xiàn)短暫的下降，頻繁出現(xiàn)則易導(dǎo)致視覺(jué)疲勞。,1)明適應(yīng)與暗適應(yīng),19,暗適應(yīng)與明適應(yīng)曲線(xiàn),6. 暗適應(yīng)和明適應(yīng)。暗適應(yīng)與明適應(yīng)曲線(xiàn)如下圖所示。,20,定義 視野中有極強(qiáng)的亮度對(duì)比時(shí)，由光源直射或由光滑表面反射出的刺激或耀眼的強(qiáng)烈光線(xiàn)。 主要有害影響： 破壞暗適應(yīng)，產(chǎn)生視覺(jué)后像； 降低視網(wǎng)膜的照度； 減弱被觀(guān)察物體與背景的對(duì)比度； 觀(guān)察物體時(shí)出現(xiàn)模糊感覺(jué)。,眩光,21,定義 視覺(jué)印象與實(shí)際物體存在差異的現(xiàn)象。 視錯(cuò)覺(jué)的類(lèi)型 形狀錯(cuò)覺(jué) 長(zhǎng)短、方向、對(duì)比、大小、遠(yuǎn)近和透視等錯(cuò)覺(jué)； 色彩錯(cuò)覺(jué) 對(duì)比、大小、溫度、距離和疲勞等錯(cuò)覺(jué)； 物體運(yùn)動(dòng)錯(cuò)覺(jué),視錯(cuò)覺(jué),22,常見(jiàn)的圖形錯(cuò)覺(jué),有幾個(gè)黑點(diǎn)？,23,柱子是圓的還是方的？,24,那個(gè)女人是真實(shí)的還是拼圖里的？,25,是靜的還是動(dòng)的？,26,看著黑點(diǎn)身體前后移動(dòng),27,這是靜止的圖片， 圖片與心理壓力有關(guān)， 你的心理壓力越大，圖片轉(zhuǎn)動(dòng)越快。 美國(guó)曾經(jīng)以此作為犯罪嫌疑人的心理測(cè)試， 他看到的圖片是高速旋轉(zhuǎn)的，而大部分的 兒童看這幅圖片是靜止的。,測(cè)試一下你的心理壓力,28,幾種常見(jiàn)視覺(jué)錯(cuò)誤,29,疲勞程度： 水平優(yōu)于垂直。 視線(xiàn)變化習(xí)慣： 左右，上下，順時(shí)針。 準(zhǔn)確性： 水平尺寸和比例的估計(jì)更準(zhǔn)確。 觀(guān)察情況的優(yōu)先性： 左上右上左下右下。 視區(qū)內(nèi)的儀表布置必須考慮這一點(diǎn)。,（4）視覺(jué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律,30,設(shè)計(jì)依據(jù)： 以雙眼視野為設(shè)計(jì)依據(jù)。 接受程度： 直線(xiàn)輪廓優(yōu)于曲線(xiàn)輪廓。 顏色的易辨認(rèn)順序： 紅、綠、黃、白； 顏色相配時(shí)的易辨認(rèn)順序：,（4）視覺(jué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律,測(cè)試,黃底黑字、黑底白字、藍(lán)底白字、白底黑字,31,人機(jī)工程,人機(jī)工程,人機(jī)工程,人機(jī)工程,32,第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性,5、人的聽(tīng)覺(jué)特性 （1）人耳構(gòu)造和聽(tīng)覺(jué)過(guò)程 （前進(jìn)） （2）聽(tīng)覺(jué)特征 1）可聽(tīng)范圍 人耳能聽(tīng)到的聲音頻率是2020000Hz ； 2）可聽(tīng)聲音的強(qiáng)度 3）聽(tīng)覺(jué)的動(dòng)態(tài)范圍 4）聽(tīng)覺(jué)的頻率響應(yīng) 5）方向敏感度 6）掩蔽效應(yīng),前進(jìn),33,（1）人耳構(gòu)造和聽(tīng)覺(jué)過(guò)程,起主要作用的部位：內(nèi)耳耳蝸； 起輔助作用的部位：外耳、中耳、內(nèi)耳的其它部分，見(jiàn)下圖。,返回,34,聲強(qiáng)的單位是 W/m2，即聲波的能流密度，即在單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)與傳播方向相垂直的單位面積上的聲波能量。 人可聽(tīng)見(jiàn)的最小聲音強(qiáng)度（1000HZ）約為： Imin10-12 W/m2 人可忍受的最大聲音強(qiáng)度（1000HZ）約為： Imin1 W/m2 因此人們耳朵可聽(tīng)得到的最大聲音與最小聲音的強(qiáng)度比約1012的范圍。 聲強(qiáng)級(jí)的單位：分貝 (dB)10lg(I/Imin) 聲強(qiáng)測(cè)量：,不同分貝水準(zhǔn)聲音示例,2）可聽(tīng)聲音的強(qiáng)度,返回,35,聽(tīng)覺(jué)聲強(qiáng)的動(dòng)態(tài)范圍=正好可忍受的聲強(qiáng) / 正好能聽(tīng)見(jiàn)的聲強(qiáng)。 聽(tīng)閾：在最佳的聽(tīng)聞?lì)l率范圍內(nèi)，一個(gè)聽(tīng)力正常的人剛剛能聽(tīng)到給定各頻率的正弦式純音的最低聲強(qiáng)Imin。如右圖。 痛閾：對(duì)于感受給定各頻率的正弦式純音，開(kāi)始產(chǎn)生疼痛感的極限聲強(qiáng)Imax。 與 都與頻率有關(guān)系，是在某一頻率下的聽(tīng)閾值或痛閾值。, 聽(tīng)覺(jué)范圍：由聽(tīng)閾和痛閾兩曲線(xiàn)所包圍的聽(tīng)覺(jué)區(qū)，如右圖所示。,3）聽(tīng)覺(jué)的動(dòng)態(tài)范圍,返回,36,人耳能聽(tīng)聞的頻率比為： fmin / fmax=1:1000； 頻率感受的上限隨著年齡的增長(zhǎng)而逐年連續(xù)下降，如右圖所示； 聽(tīng)覺(jué)的頻率響應(yīng)特性對(duì)聽(tīng)覺(jué)傳示裝置的設(shè)計(jì)是很重要的。,4）聽(tīng)覺(jué)的頻率響應(yīng)（感受性）,37,老年人聽(tīng)閾曲線(xiàn),正常人聽(tīng)閾曲線(xiàn),返回,38,5）方向敏感度（雙耳效應(yīng)）,（2）由于頭部的阻擋效應(yīng)，造成聲音頻譜的改變。,（1）時(shí)差：t=聲源到兩耳的時(shí)間差。人耳可覺(jué)察到的聲信號(hào)入射的最小偏角為3。,原因？,人右耳對(duì)各種不同頻率純音進(jìn)行單耳聽(tīng)聞的方向敏感度如右圖所示。,人耳對(duì)不同頻率、不同方向的聲音的感受能力是不一樣的,返回,39,掩蔽：一個(gè)聲音被另一個(gè)聲音所掩蓋的現(xiàn)象。 掩蔽效應(yīng)：一個(gè)聲音的聽(tīng)閾因另一個(gè)聲音的掩蔽作用而提高的效應(yīng)。 （換句話(huà)說(shuō)：就是指環(huán)境中的一種聲音使得耳朵對(duì)另一種聲音的敏感度降低的現(xiàn)象。） 殘余掩蔽（聽(tīng)覺(jué)殘留）：掩蔽聲去掉以后，掩蔽效應(yīng)并不立即消除的現(xiàn)象。,6）掩蔽效應(yīng),返回,40,聽(tīng)覺(jué)是僅次于視覺(jué)的重要感覺(jué)。 聽(tīng)覺(jué)的適宜刺激是聲音，聲音的聲源是振動(dòng)的物體。 人的聽(tīng)感范圍：2020000HZ。 聽(tīng)覺(jué)通道適用的場(chǎng)合： 傳遞比較簡(jiǎn)單簡(jiǎn)短的信息 傳遞要求立即作出快速響應(yīng)的信息 作業(yè)情況要求操作者不斷走動(dòng)的場(chǎng)合 所處環(huán)境不適合使用視覺(jué)通道的場(chǎng)合 雖適合視覺(jué)傳遞，但視覺(jué)通道已過(guò)載的場(chǎng)合 ,（3）聽(tīng)覺(jué)刺激及其適用場(chǎng)合,41,（1）嗅 覺(jué) （2）味 覺(jué) （3）膚 覺(jué) 觸覺(jué)（觸覺(jué)感受器見(jiàn)圖5 ，觸覺(jué)閾限） 溫度覺(jué) 分為冷覺(jué)和熱覺(jué)，以30C為界。 痛覺(jué)（見(jiàn)圖6）,6、人的嗅覺(jué)、味覺(jué)和膚覺(jué)特性,42,嗅覺(jué),嗅覺(jué)的感受性較強(qiáng)，環(huán)境條件（適宜的溫度，清潔的空氣）和生理?xiàng)l件（傷風(fēng)）影響嗅覺(jué)的感受性。 嗅覺(jué)的適應(yīng)性較快，有一定的選擇性。“入芝蘭之室,久而不聞其香；入魚(yú)市，久而不聞其臭“ 人類(lèi)能辨別的四味為：甜酸苦咸,嗅覺(jué),味覺(jué),43,第二章 人機(jī)系統(tǒng)中人的基本特性,圖 5 部分觸覺(jué)感受器,返回,觸覺(jué):指尖和舌尖能非常準(zhǔn)確的定位。,44,圖 6 人的痛、溫度和粗略觸覺(jué)傳導(dǎo)通路,痛覺(jué):具有很大的生物學(xué)意義，可導(dǎo)致肌體產(chǎn)生一系列保護(hù)性反應(yīng)來(lái)回避刺激物，動(dòng)員人的肌體進(jìn)行防衛(wèi)或改變本身的活動(dòng)來(lái)適應(yīng)新的情況。,45,46,7、本體感覺(jué),本體感覺(jué):人在進(jìn)行各種操作活動(dòng)時(shí)能同時(shí)給出身體及四肢所在位置的信息。感覺(jué)軀體的位置、運(yùn)動(dòng)及作用力，能告知操作者軀體正在進(jìn)行的動(dòng)作及其相對(duì)于環(huán)境和機(jī)器的位置。 平衡覺(jué)是人對(duì)自己頭部位置的各種變化及身體平衡狀態(tài)的感覺(jué)。 影響平衡覺(jué)的因素：酒、年齡、恐懼、突然的運(yùn)動(dòng)、緊迫感、不常有的姿勢(shì)。 了解某些現(xiàn)場(chǎng)事故的原因有助于作出全面的合理分析。 運(yùn)動(dòng)覺(jué)是人對(duì)自己身體各部位的位置及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一種內(nèi)部感覺(jué)。感受四肢和身體不同部分的相對(duì)位置。,47,人的神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),神經(jīng)系統(tǒng),中樞神經(jīng),周?chē)窠?jīng),脊髓,按解剖分,腦神經(jīng)；脊神經(jīng),按功能分,感覺(jué)（傳入）神經(jīng),運(yùn)動(dòng)神經(jīng)（傳出）,腦：延髓；腦髓；中腦；間腦；小腦；大腦,軀體運(yùn)動(dòng)神經(jīng) （支配骨骼肌),植物性神經(jīng) （支配內(nèi)臟器官）,二、人體的神經(jīng)系統(tǒng),前進(jìn),48,返回,49,大腦皮質(zhì)功能定位,1. 軀體感覺(jué)區(qū)，見(jiàn)下圖(a)； 2. 軀體運(yùn)動(dòng)區(qū)，見(jiàn)下圖(b)； 3. 其他功能區(qū)。,50,骨運(yùn)動(dòng)的杠桿 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的樞紐 肌肉運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力 骨的功能和骨杠桿 1.骨的功能； 2.骨杠桿，見(jiàn)圖1。,三、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)能及其特征,51,根據(jù)支點(diǎn)，力點(diǎn)（動(dòng)力點(diǎn)）、重點(diǎn)（阻力點(diǎn)）三者不同的位置分布，分為： 1）平衡杠桿； 2）省力杠桿； 3）速度杠桿：用力大，但運(yùn)動(dòng)速度快 由等功原理，得之于力則失之于速度，反之亦然。因此，最大的力量與最大的運(yùn)動(dòng)范圍兩者是相矛盾的。,圖1,52,2、 主要關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍 關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍有一定的限度，人體處于舒適時(shí)，關(guān)節(jié)必然處在一定的舒適調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。 3、 肌體的出力范圍 肌體所能發(fā)揮的力量大小取決于： 1）人體肌肉的生理特征 2）施力的姿勢(shì)、部位、方式和方向，分別見(jiàn)圖2，圖3和圖4。,53,圖2 立 姿 彎 臂 時(shí) 的 力 量 分 布,54,圖3 立姿直臂時(shí)的拉力與推力分布,5