显示与显示装置设计

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1、60第四章 显示与显示装置设计 4.1 视觉显示器 4.2 可视信息设计 4.3 听觉显示器 4.4 触觉通道显示 4.5 UI 设计本章教学要求：了解 各种显示装置及可视信息的基本知识 显示装置设计在产品外观设计中的重要地位理解 各种显示装置及可视信息的设计必须符合人的感知系统和心理特征掌握 显示装置及可视信息设计中的重要原则和一些关键数据 本章教学重点和难点重点： 显示装置的选用和布置原则难点： 显示界面可视信息的设计（主要指软件界面）本章课时：12前言显示器的功用是将机器的工作状态显示给操作者。根据操作者接受信息显示的感觉通道不同,显示器一般可分为:视觉显示器 听觉显示器 触觉显示器及嗅

2、觉显示器等. 从设计的角度来看，视觉通道最为重要，它接受外界信息量可达人接受信息总量的 85，另外 15左右的信息量则是通过听觉、触觉、嗅觉等感觉通道获得。因此，视觉显示器设计是显示器设计的重点。4.1 视觉显示器4 .1 .1 视觉显示器的类型和特点 视觉显示器是指人通过视感觉而获得信息的装置。按其显示功能的不同，一般可分为:读数用仪表、检查用仪表 警戒用仪表 追踪用仪表 调节用仪表 1. 读数用仪表 此种仪表刻度的具体数值显示设备的状态和参数2. 检查用仪表 显示设备或系统状态参数偏离正常值的情况3. 警戒用仪表 显示设备或系统运行状态是否处于正常范围之内一般分三个区域: 正常 警戒 危险

3、4. 追踪用仪表 在动态控制系统中 , 追踪操纵根据显示装置提供的信息进行,以便使设备按照人所要求的动态过程工作,必须显示实际状态与需要达到状态之间的差距及其变化趋势.如追踪与瞄准飞行中的目标5. 调节用仪表 只是用来指示操纵装置的调节值,不指示系统运行的动态过程. 收音机调频 视觉显示器是指人通过视感觉而获得信息的装置。按其显示信息方式的不同，一般可分为:模拟显示器、数字显示器和屏幕显示器三类。 1. 模拟显示器 指用模拟量来显示机器工作状态各参数的装置，如指针式仪表、信号灯等。特点: 所显示的信息比较形象和直观，使人对模拟量在全程范围内所处的位置一目了然，并能显示出偏差趋势。对于监控作业效

4、果很好。应用:汽车上的油量表、氧气瓶上的压力表。该类显示器多用于监控装置和各类仪表。由于这类显示器多是通过指针和刻度的相对位置来判读的，有时还要作内插估计，所以认读的精度和速度低于数字显示器。 612.数字显示器 指直接用数码来显示机器工作状态各参数的装置。如计算器、电子表及列车运行的时间显示屏幕。特点: 显示准确、简单，并能直接显示各参数具体的量值。因此，使人的认读速度快、精确度高，且不易产生视觉疲劳。 3. 屏幕显示器 屏幕显示器综合了模拟显示器和数字显示器的特点，它既能显示机器工作过程中的某一特定参数和状态，又能显示其模拟量值和趋势，还能通过图形和符号显示机器工作状态及各有关参数，是一种

5、功能综合性的信息显示装置，具有重要的用途和广泛的发展前景。4.1.2 设计中的人机工程因素与设计原则 4.1.2.1 设计中的人机工程因素1. 人接受信息的特征 人眼的水平运动比垂直运动快，且人眼沿垂直方向运动比水平方向易疲劳.对水平方向的尺寸和比例的估计要比垂直方向准确得多。故水平式仪表效率高,误读率低. 人眼的视线习惯于从左到右和从上到下运动。看圆形内的东西总是沿顺时针方向来得迅速。故各种形式显示仪表和多个仪表的排列顺序,一般应遵循这一特点设计. 当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相同的情况下，人眼对四个象限的观察率优劣依次为:左上 右上 左下 右下 ,这是显示仪表板面合理布局的依据 人对视野

6、最佳范围内的目标,认度迅速而准确;对视野有效范围内的目标,不易引起视觉疲劳.因此,重要的仪表应布置在最佳视野范围内 在特殊条件下,人的视觉特性会发生变化.设计时眼考虑环境对视觉机能的影响2. 人的信息传递能力 人对信息的接受能力是有限的,所以,显示信息的种类和数量不宜过多,一般情况下,同样的参数尽量采用同一种显示方式,而单位时间内显示的信息数量不能超过人的生理限度,视觉通道信息的传递率在 310bit/s 之间. 人对信息的反映时间随信息量增加而延长,超过容量则工作效率明显下降,误认率增加,严重时出现操作紊乱导致事故.但传递率极低,效率也受影响.3. 仪表显示与人的反应相协调 对于一般仪表的显

7、示,口头读数时的反应比手动动作时的反应(按开关) 要快 对于不同空间位置的信号灯作定位反应,则手动作反应(按下对应位置的按钮) 比口头报告方式要快 对于连续变化的信号作追踪反应( 汽车驾驶员的操纵), 以采用操纵杆和足蹬等连续操作为最佳 显示反应通道协调性好的系统,其操作效率高,人为差错低,如:显示仪表的指针运动方向与操纵器运动方向一致好.4. 作业环境的因素人的感官、运动器官和大脑思维的敏锐程度都会受到作业环境的影响，因此，在设计或选择显示仪表时，应考虑显示信号的强度、形式、数值大小、信噪比等，使其突出于其他视觉和听觉背景，以利于操作者正确理解、接受和判断及反应。4.1.2.2 仪表显示设计

8、的基本原则1 仪表显示设计应以上节所述的人接受信息的视觉特性为根据，以保证操作者迅速而准确的获得所需要的信息。显示的精确程度应与人的视觉辨认特性和系统要求相适应，不宜过低也不宜过高。2 仪表显示信息的种类和数目不能过多，同样的参数应尽量采用同一显示方式。显示的信息数量应限62制在人的视觉通道容量所允许的范围内，使之处于最佳信息条件下。显示的格式应简单明了，显示的意义应明确易懂，以利于操作者迅速接受信息，正确理解和判断信息。3 仪表的指针、刻度、标记、字符与刻度盘见在形状、颜色、亮度等方面应保持合适的对比关系，以使目标清晰可辩。一般的目标应有确定的形状、较强的亮度和鲜明的颜色。相对于目标而言，背

9、景亮度应低些，颜色应暗些。同时要考虑与其他感觉器官配合。4 仪表显示应在空间关系、运动关系和概念上与系统中其他显示装置、操纵装置兼容。显示装置的编码应与相关操纵装置的编码一致，运动方向应相同。4.1.3 视觉显示器（指针式显示器）的设计4.1.3.1 刻度盘的设计 视觉显示器类型很多，就机械产品而言，目前应用最广的仍是指针式显示器。 指针式显示器是由指针和刻度的对应关系而显示机器各种状态下参数的仪表。设计或选用时，应重点考虑仪表盘形式、仪表盘大小、刻度线及分度单位、文字符号、指针形状、色彩匹配等因素。1. 仪表盘形式 指针式仪表的表盘形式可分为圆型、直线型和其他型三类( 图 611)。图 6.

10、11 模拟式仪表刻度盘形式斯莱特(RSleight)曾就竖型、水平型、半圆型、圆 型、开窗型等五种型式的刻度盘的读数误差作过调查测试，其结果如图612: 开窗式刻度盘为最好(同样条件下其误读率最低 )， 其次依次是圆型刻度盘、半圆型刻度盘和水平直线型刻度盘， 而竖直直线型刻度盘最差。2. 度盘的大小 度盘大小与其标记数量和人的观察距离有关，度盘的大小一般随它们的增减而变化。 直径在 2535mm,认读效果随着直径增大而提高; 当直径在 3570mm 认读效果趋于稳定, 当直径大于 70mm 认读效果降低， 在视角为 2.55 度刻度盘直径最佳3. 分度单位 度盘上各刻度线之间的距离称分度单位。

11、分度单位的尺寸一般在 1-2.5mm 之间选取。必要时可取 4-8mm，但最小不得小于 0.6mm。盘上的分度单位和刻度线大小与观察距离、度盘大小、形状、63材料等因素有关4. 刻度线 长 中 短a 以短为基准,宽度为分度单位的 1/51/20 为宜,b 宽线标记的刻度,宽度等于分度单位,按人观察时的最佳视角设计,c 增加标记与背景的对比度使认读迅速而准确 5. 刻度方向 顺时针递增 ; 有正负时,顺时针为正,逆时针为负; 水平由左至右递增,垂直从下到上递增.6. 刻度单位 为整数 1 2 5 或 1 2 5 的 10n 的倍数个单位值7. 刻度标度和数字立位 最小的数字可不标数,最大的数字一

12、定要标数.数字的立位必须和指针垂直,开窗式仪表窗口大小应至少显示被指示数字及其上下两侧两个数,以便看清运动方向和趋势.当标尺上长 中 短 三类刻度都要标记时,各类刻度的标数的进级系统应相互兼容.对同时使用的功能相同的多个仪表,刻度标数进级系统应一致1) 通常，最小刻度不标数，最大刻度必须标数。2) 指针运动式仪表标数的数码应当垂直，表面运动的仪表数码应当按圆形排列3) 若仪表表面空间足够大，则数码应标在刻度记号外侧，以避免它被指针挡住；若表面空间有限，应将数码标在刻度内侧，以扩大刻度间距。指针处于仪表表面外侧的仪表，数码应一律标在刻度内侧4) 开窗式仪表窗口的大小至少应能显示被指示数字及其上下

13、两侧的两个数 ，以便观察指示运动的方向和趋势。5) 对于表面运动的小开窗仪表，其数码应按顺时针排列。当窗口垂直时，安排在刻度的右侧；当窗口水平时，安排在刻度的下方，并且都使字头向上。6) 对于圆形仪表，不论表面运动式或指针运动式，均应使数码按顺时针方向依次增大。数值有正负时，0 位设在时钟 12 时位置上，顺时针方向表示“正值” ，逆时针方向表示“负值” 。对于长条形仪表，应使数码按向上或向右顺序增大。7) 不做多圈使用的圆形仪表，最好在刻度全程的头和尾之间断开，其首尾间距以相当于一个大刻度间距为宜。4.1.3.2 指针的设计 1 指针的形状 简洁 明快 不加任何装饰具有明显的指示形状 . 应

14、以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形为好。实验结果表明，指针长度对读数误差很大，当指针与刻度线的距离超过 0.6cm 时，距离越大，认读误差就越大；相反，从 0.6cm 开始，越接近 0，认读误差越小，当间隔接近 0.2cm，0.1cm 时，认读误差保持不变。因此，指针与刻度线的间隔宜取 0.10.2cm.2 指针的宽度与长度 针尖的宽度应与短刻度线等宽,也可为刻度间距的 10-n 倍，针尖宽度不得小于短刻度线；针尖与刻度线之间留mm 间隙.3 指针与刻度盘面的关系 间隙应尽可能小避免视觉误差.4 指针的零点位置 置于时钟 12 点位置,追踪仪表有时置于 9 点位置644.1.3.3 色彩的

15、设计- 人眼对色彩的认知规律人眼视网膜可感受的可见光波长是 380760nm，相差nm 就可被分辨 当人从远处辨认前方不同颜色时,首先辩出红色,其次是绿黄白.(信号标志灯) 波长有关 红色刺激性稍强,易使眼疲劳,绿色刺激较平和,蓝色视觉辨认效率稍差,因其会使视觉调节功能改变大.颜色的搭配及清晰程度 实验表明 墨绿色的刻度盘配以白色的刻度标记或淡黄色的刻度盘配以黑色的刻度标记,误差率最小,即色彩搭配最好. 指针的颜色应与刻度盘的颜色有鲜明的对比,而与刻度标记以及字符的颜色尽可能保持一致.4.1.3.4 仪表面板形式及其布置 为了方便认读，减少误读，提高认读效率，仪表板上的仪表位置设计原则如下：

16、按仪表的重要程度排列常用的主要仪表应尽可能排列在视野中心 3 度范围内；一般性显示仪表可安排在 2040 度视野范围内； 次要的显示仪表可布置在 4060 度的视野范围；对 80 度以外不宜布置显示仪表 按适用顺序排列 显示仪表的排列顺序应与计分表在操作过程中的使用顺序一致，同时，排列顺序还应注意仪表之间在逻辑上的联系。彼此有联系的仪表应尽量靠近，以提高认读效率和降低误读率。 按功能进行组合排列 按心理学要求，仪表的排列应当符合操作活动的逻辑性。因此，仪表和相应的操纵器应按它们的功能用途分组，即把传递同一参数或与完成同一功能作用的一些仪表分组排列。 按最佳零点方向排列 由于标量显示器在系统中处于正常工作状态下，其指针位置基本保持不变，仅在异常状态下，指针才发生变化。因此，在排列多个标量显示仪表时，应使其正常工作状态下指针全部指向同一方向，