视觉显示器设计教程

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1、视觉特性及视觉显示器设计视觉特性及视觉显示器设计 中的人因素中的人因素 主讲：姚远 新闻事件解读新闻事件解读 公安部：闯黄灯行为以教育为主 暂不处罚 2013年01月07日07:44京华时报 导读自“史上最严交规”实施以来，社会针 对“闯黄灯扣6分”一条的关注度，已远远超 过其他“严规”。昨天，公安部表态称，要 求各地交管部门对“闯黄灯”行为以教育为 主，暂不处罚。 【黄灯微体验】小编下午驾车在北京体验了 下“黄灯规则”，心理戒备充分下，仍闯黄 三次，原因均为在距停车线5米内突然绿变黄 。这三次，小编车速均在35公里上下。此种 情况下除非一脚跺死，只能保持原速过路口 。总结：若百分百不闯黄，只

2、能在进入距灯 30米内时，车速降至10公里内，以保随时能 正常刹住。 内容提要内容提要 视觉基本特性概述视觉基本特性概述 视觉显示器的分类与设计原则视觉显示器的分类与设计原则 视觉显示器的信息编码视觉显示器的信息编码 表盘式仪表显示中的人因素表盘式仪表显示中的人因素 电子显示器设计使用中的人因素电子显示器设计使用中的人因素 信号灯设计中的人因素信号灯设计中的人因素 字符标志设计中的人因素字符标志设计中的人因素 第一节第一节 视觉基本特性视觉基本特性 视觉空间特性视觉空间特性 视野视野 视敏度视敏度 视觉的空间累积作用视觉的空间累积作用 视觉时间特性视觉时间特性 暗适应和光适应暗适应和光适应 闪

3、光融合闪光融合 视觉光谱特性视觉光谱特性 视觉系统视觉系统 构成：视觉系统由眼、 视神经、视束、皮层下 中枢和视皮层等部分组 成 功能：实现着视觉信息 的产生、传递和加工等 三种过程。 眼的基本构造眼的基本构造 视网膜上折光成像机制视网膜上折光成像机制 在眼球的结构中，角膜、房水、晶状体、玻璃体在眼球的结构中，角膜、房水、晶状体、玻璃体 和瞳孔构成了眼内的折光装置。和瞳孔构成了眼内的折光装置。 折光装置使外界物体在视网膜上形成倒像。折光装置使外界物体在视网膜上形成倒像。 为保证视网膜上清晰成像，瞳孔大小与晶状体曲率的为保证视网膜上清晰成像，瞳孔大小与晶状体曲率的 变化起着重要作用。变化起着重要

4、作用。 1. 1.视网膜的基本构成视网膜的基本构成 视网膜，是一层透明薄膜 ，因脉络膜和色素上皮细 胞的关系，使眼底呈均匀 的橘红色。后界位于视乳 头周围，前界位于锯齿缘 ，其外面紧邻脉络膜，内 面紧贴玻璃体。 视网膜就像一架照相机里 的感光底片，专门负责感 光成像。当我们看东西时 ，物体的影像通过折光系 统，落在视网膜上。 视网膜结构视网膜结构 总体而言，视网膜又可分为总体而言，视网膜又可分为 内、外两层。内、外两层。 外层是色素上皮层，由色外层是色素上皮层，由色 素细胞组成，由此产生和素细胞组成，由此产生和 储存一些光化学物质。储存一些光化学物质。 内层由五层细胞组成神经内层由五层细胞组成

5、神经 层层 视网膜结构视网膜结构 内层是由内层是由5 5种神经细胞种神经细胞 组成的神经层，从外向组成的神经层，从外向 内依次为内依次为: : (1)(1)视感受细胞（视杆细视感受细胞（视杆细 胞和视锥细胞）胞和视锥细胞） (2)(2)水平细胞水平细胞 (3)(3)双极细胞双极细胞 (4)(4)无足细胞无足细胞 (5)(5)神经节细胞。神经节细胞。 细胞联细胞联系的一般规律系的一般规律 视网膜周边部位往往是 几个视感受细胞与1个双 极细胞联系，几个双极 细胞又与1个神经节细胞 相关。因此视敏度较差 。 在视网膜中央凹只有视 锥细胞，每个视锥细胞 只与1个双极细胞相联系 ，而这个双极细胞又与1

6、个神经节细胞相联系。 因此中央凹视敏度最高 。 视锥细胞和视杆细胞分布视锥细胞和视杆细胞分布 试试看：盲点在哪里？试试看：盲点在哪里？ + 要“看到”视网膜缺口，遮住你的左眼，将画好上 述符号的纸举到面前，然后用右眼注视着符号“+” 。使纸缓慢地远离你，一直注视着符号“+”。符号 “”将在某个时刻消失。 二、视觉的空间特性二、视觉的空间特性 视野 视敏度 视觉的空间累积作用 2.1 2.1 视野视野 视野（visual field）：单眼固定注视正前方一 点时，此时该眼所能看到的外界范围。 视野的大小（用角度表示）： 白色黄蓝色红色绿色白色黄蓝色红色绿色 颞侧和下侧视野鼻侧和上侧视野颞侧和下侧

7、视野鼻侧和上侧视野 正常单眼视野正常单眼视野 2.2 2.2 视敏度视敏度 视力或视敏度visual acuity：眼睛分辨物体细 微结构的最大能力。通常用被辨别物体最小 间距所对应的视角的倒数表示。 中央凹处视敏度最大 2.3 2.3 视觉的空间累积作用视觉的空间累积作用 人眼接收光线刺激时，人对光能量的感受性 会随着光刺激面积的增大而提高。视觉感受 光的绝对阈限取决于光的亮度和面积的乘积 。 Ec = kAL (李科定律 Riccos Law) 三、视觉的视觉特性三、视觉的视觉特性 视觉的光适应视觉的光适应 暗适应暗适应 光适应光适应 人对闪光频率的辨认人对闪光频率的辨认 闪光临界融合频率

8、闪光临界融合频率 闪光辨别闪光辨别 3.1 3.1 视觉的光适应视觉的光适应 暗适应：人从亮处突然进入暗室，最初几乎 看不清任何物体，经过一定时间后，逐渐恢 复了的视力。 明适应：指人从暗处来到强光下，最初感到 强光耀眼，不能视物。稍待片刻，才能恢复 视力。 暗适应的时间暗适应的时间 3.2 3.2 闪光融合频率闪光融合频率 闪光融合频率（critical fusion frequency of shone， CFF)：能引起连续光感的最低闪光频率称为闪光 融合频率。 CFF是评价人眼对光间断时间分辨能力的一个指 标。当闪光强度为中等程度时，CFF与光亮度 I 的关系为： CFF = alg

9、I + b (费里-波特定律) CFF存在显著的个体差异，并与个体的疲劳程度 有关。 四、视觉的光谱特性四、视觉的光谱特性 可见光波波长与颜色视觉 颜色光混合 人眼的色光感受性 4.14.1可见光波波长与颜色可见光波波长与颜色视觉视觉 人眼对400750 nm的电磁波很敏感，因此这 段波长范围的电磁波称为可见光。 颜色视觉具有三种基本属性：色调、明度和 饱和度。 CIECIE色度表示法色度表示法 靠近图中心的C代表白色的坐标位置，其x、y、z坐标值相等， 均等于0.333。 任何颜色都可以按其色度坐标值在色度图上找到一个确定位置 ，并确定其主波长和纯度（饱和度） 例如，有Q、S两个颜色，其色度

10、坐标Q色为x=0.15，y=0.55；S 色为x=0.48，y=0.40。它们分别定位于图中的Q点和S点。可从C 通过S作一直线交光谱轨迹于O点，则O点相应的光谱波长（590 纳米）就是S色的主波长，可知S色的色调为不饱和的橙色，其 纯度可用S在CO连线上的位置表示。S越靠近C点表明纯度越低 ，越靠近O点表明纯度越高。图中S点位于从C到O连线的66%的 地方，因此纯度为66%。同样可按此法求出Q色的主波长及饱和 度，还可推算出两种色光相混合所得到的中间色（例如T）。 CIE1931CIE1931色度图色度图 4.2 4.2 颜色光混合颜色光混合 补色律：两种色光混合后产生白或灰色感觉 时，此两

11、种色光互为补色光。 中间色律：任何两种非补色光混合即产生两 色的中间色。 色替代率：任何外貌上相同的颜色，无论其 光谱成分是否相同，都可以互相替代，并且 不影响色光混合。 4.3 4.3 人眼的色光感受性人眼的色光感受性 对等能光谱辐射感受性的测定结果显示，人 眼对光谱的感受性是中间高，两端低。 也就是说对黄绿色感受性较高，对红紫光感 受性较低。 颜色知觉与设计颜色知觉与设计 色盲并不意味着完全看不到颜色，完全看不到颜色 的极少。大约8%的男性和稍低于0.5%的女性有颜色 感知障碍，难以区分某些颜色对（Wolfmaier, 1999） 。最常见的色盲是红绿色盲。 图中使用所有人在任何显示器都能

12、看清 楚的不同颜色 4.44.4 颜色生理心理效应颜色生理心理效应 生理效应：颜色刺激能对人的某些生理过程 产生一定影响。 紫色、淡蓝色有利于稳定病人情绪，婴幼儿喜欢紫色、淡蓝色有利于稳定病人情绪，婴幼儿喜欢 浅粉色多于白色制服的护士。浅粉色多于白色制服的护士。 心理效应： 基本色的喜好顺序：蓝、红、绿、紫、橙、黄。基本色的喜好顺序：蓝、红、绿、紫、橙、黄。 颜色的心理效应还表现在颜色对冷暖、轻重、远颜色的心理效应还表现在颜色对冷暖、轻重、远 近、大小、味道浓淡等感觉产生不同影响。近、大小、味道浓淡等感觉产生不同影响。 颜色的心理效应小实验颜色的心理效应小实验 把同样的咖啡倒在黄、红、绿色杯子

13、中请被 试品尝，大部分人会报告 黄色杯子的咖啡淡黄色杯子的咖啡淡 红色杯子的咖啡香浓红色杯子的咖啡香浓 绿色杯子的咖啡带酸味绿色杯子的咖啡带酸味 第二节第二节 一、一、 视觉显示器的分类视觉显示器的分类 视觉显示器的类型 1 1、动态显示器、动态显示器/ /静态显示器静态显示器 2 2、定性显示器、定性显示器/ /定量显示器定量显示器 3 3、表盘指针、表盘指针/ /信号灯信号灯/ /电子显示器电子显示器 4 4、读数、读数/ /核查核查/ /告警告警/ /追踪追踪/ /调节显示器调节显示器 二、二、 视觉显示器的一般设视觉显示器的一般设 计要求计要求 基本要求：鲜明醒目、清晰可辨、明确易懂

14、三、视觉显示器设计的工效三、视觉显示器设计的工效 学原则学原则 选择最适宜的维度作为传递信息的代码，并将视选择最适宜的维度作为传递信息的代码，并将视 觉代码的数目限制在人的绝对判别能力的允许范觉代码的数目限制在人的绝对判别能力的允许范 围之内；围之内； 使显示精度与人的视觉辨认能力相适应；使显示精度与人的视觉辨认能力相适应； 尽量采用形象直观的显示方式；尽量采用形象直观的显示方式； 尽量采用与所表示意义有内在联系的显示方式；尽量采用与所表示意义有内在联系的显示方式； 对同时呈现的有关联的信息尽可能采用综合显示对同时呈现的有关联的信息尽可能采用综合显示 ； 目标和背景之间要有适宜的对比关系；目标

15、和背景之间要有适宜的对比关系； 应有良好的照明性质和适宜的照明水平，避免眩应有良好的照明性质和适宜的照明水平，避免眩 光；光； 根据任务的性质和使用条件，确定显示器的尺寸根据任务的性质和使用条件，确定显示器的尺寸 和位置；和位置； 应使同时使用的显示器在信息编码上尽可能互相应使同时使用的显示器在信息编码上尽可能互相 兼容；兼容； 显示器与相应的控制器在空间关系和运动关系上显示器与相应的控制器在空间关系和运动关系上 应相互兼容。应相互兼容。 第三节第三节 视觉显示器的信息视觉显示器的信息 编码编码 视觉编码定义 用不同的视觉刺激或刺激属性表示不同含义的方用不同的视觉刺激或刺激属性表示不同含义的方

16、 法称为视觉编码，用作视觉编码的刺激称为视觉法称为视觉编码，用作视觉编码的刺激称为视觉 代码。代码。 视觉编码分类： 单维视觉编码单维视觉编码 多维视觉编码多维视觉编码 多维余度编码多维余度编码 多维复合编码多维复合编码 单维视觉编码单维视觉编码 定义 指用视觉刺激物的单一属性作为代码进行的信息指用视觉刺激物的单一属性作为代码进行的信息 编码。编码。 类别 颜色编码：最佳数目（颜色编码：最佳数目（66种）；种）； 形状编码：最佳数目（形状编码：最佳数目（55种）种）; ; 线长（线长（55） 、角度（、角度（1212） 、面积（、面积（3 3） 、亮、亮 度（度（2 2） 、闪光（、闪光（2 2） 、数目（、数目（4 4） 、数字（、数字（1010） 或字母（或字母（2626） 4141/81/81 3.23.2 性质视觉显示设备 性质视觉显示设备 形状代码的选择形状代码的选择 视觉辨认中不易混淆的视觉辨认中不易混淆的1515种几何图形种几何