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第 2章
认知心理学与人机工程学
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内容摘要
认知的多个过程，包括感知、关注、记
忆、学习、识别,阅读、说话和聆听、
规划、推理和决策
认知特点对交互界面设计的影响
认知的概念框架
人机工程学与人机界面设计
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认知心理学
认知心理学研究人们如何获得外部世界
信息，信息在人脑内如何表示并转化为
知识，知识怎样存储又如何用来指导人
们的注意和行为
认知心理学涉及心理活动的全部过程 —
—从感觉到知觉、识别、注意、学习、
记忆、概念的形成、思维、表象、回忆、
语言、情绪和发展过程。
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感知和认知
人的感知,通过人体器官和组织进行人与外部世
界的信息的交流和传递
认知,人们在进行日常活动时发生于头脑中的
事情，它涉及思维、记忆、学习、幻想、决策、
看、读、写和交谈等
人的感知是认知的基础，认知是将感知获取的
信息综合运用
认知分为经验认知和思维认知
认知过程是相互联系的，单纯的一个认知过程
是非常少见的
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视觉感知
视觉是人与周围世界发生联系的最重要
的感觉通道 。 外界 80%的信息都是通过
视觉得到的, 因此视觉显示是人机交互
系统中用的最多的人机界面 。
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视觉感知
视觉感知可以分为两个阶段：受到外部
刺激接收信息阶段和解释信息阶段。一
方面，眼睛和视觉系统的物理特性决定
了人类无法看到某些事物；另一方面，
视觉系统进行解释处理信息时可对不完
全信息发挥一定的想象力。进行人机交
互设计需要清楚这两个阶段及其影响，
了解人类真正能够看到的信息。
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眼睛的构造
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视干细胞和视锥细胞的功能区别
视干细胞
视锥细胞
在低水平照明时 （ 如夜间 ） 起作用
在高水平照明时 （ 如白天 ） 起作用
区别黑白
区别彩色
对光谱中绿色部分最敏感, 在远离视网膜
中心处最多
对光谱中黄色部分最敏感, 在视网膜中部
最多
对极弱的刺激敏感
主要在识别空间位置和要求敏锐地看物体
时起作用
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视角和视敏度
视角
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视角和视敏度
一般人能够在 2m分辨 2mm-20mm的细节，
为我们设计界面时字符大小和间距提供
了依据。
视敏度,指人眼对细节的感知能力，通
常用被辨别物体最小间距所对应的视角
的倒数表示。
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感知物体大小、相对距离和深度
利用视觉影像中的线索,
?覆盖关系：被覆盖的物体相对较远；
?大小比例：一般来讲，较大的物体距
离较近；
?对物体的熟悉度：对 非常熟悉物体，
人们对物体的大小在头脑中事先有一
个期望和预测，因此在判断物体距离
时很容易和他看到的物体的大小联系
起来
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感知亮度
亮度是光线明亮程度的主观反映
增强亮度可以提高视敏度
随着亮度的增加，闪烁感也会增强。在高亮
度时，光线变化低于 50Hz，视觉系统就会感
到闪烁
在设计交互界面时，要考虑使用者对亮度和
闪烁的感知，尽量避免使人疲劳的因素，创
造一个舒适的交互环境。
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感知色彩
人能感觉到不同的颜色，这是眼睛接受
不同波长的光的结果。
颜色通常用三种属性表示：色度、强度
和饱和度。色度是由光的波长决定的，
正常的眼睛可感受到的光谱波长为
400μ m-700μ m。
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视错觉
莱亚错觉
物体的组合方式将影响观察者的感知方式,
? 人们总会夸大水平线而缩短垂直线。
? 视错觉同样会影响到显示页面的对称性。人们经
常把对称页面的中心看得稍微偏上些，如果页面
以实际中心为基准排版设计，人们就会感到页面
上部比下部分要短，影响视觉效果。在实际设计
过程中，设计者就会以视觉中心为基准设计图形
界面。
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阅读
进行交互界面设计时，文字符号的处理，
特别是文字的排版和显示，也要根据人
们的视觉感知特点，找出其中一些规律。
阅读分为几个阶段,
? 页面上文字的形状被人眼感知,
? 文字被编码成相关的内部语言表示,
? 语言在人脑中被解释成有语法和语义
的单词或句子
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阅读
成年人阅读是通过字的特征（如字的形状）加
以识别。改变字的显示方式（如用大写字母，
改变字体等），会影响到阅读的速度和准确性。
9～ 12号的标准字体（英文）更易于识别，页
面的宽度在 58～ 132mm之间阅读效果最佳。
在明亮的背景下显示灰暗的文字比在灰暗的背
景下显示明亮的文字更能提高人的视敏度，增
强文字的可读性。
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听觉
听觉感知传递的信息仅次于视觉，可人们一
般都低估了这些信息。人的听觉可以感知大
量的信息，但被视觉关注掩盖了许多。
听觉所涉及的问题和视觉一样，即接受刺激，
把它的特性转化为神经兴奋，并对信息进行
加工，然后传递到大脑。
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耳朵的构造
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声音的处理
声波在空气中的振动传播的特性
? 音调与声波的频率有关，低频能产生低调的声
音，高频能产生高调的声音。
? 响度指在频率一定的情况下声波的振幅。
? 音色与发声的材料有关，不同的乐器可以产生
相同频率和振幅的声波，但音色不同。
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声音的处理
人类能够听到频率在 20Hz~20kHz之间的
声音，其中在 1000Hz~4000Hz范围内听
觉的感受性最高。 500Hz以下和 5000Hz
以上的声音，强度很大时才能被听到。
音频超过 140dB时，所引起的不再是听觉
而是痛觉。
人可以辨认的 语音频率 范围是
260~5600Hz。
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声音的解释
听觉系统把输入分为三类,
?噪声和可以忽略的不重要的声音；
?被赋予意义的非语言声音，如动物
的叫声；
?用来组成语言的有意义的声音。
听觉系统就像视觉系统一样，利用
以前的经验来解释输入。
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声音的解释
Lindsay PH和 Norman DA 的, 材料 -驱动, 和
,概念 -驱动,
,材料 -驱动, （ Data-Driven）
? 材料 -驱动指的是对言语材料在感知水平上
进行的加工过程，它是由下而上的分析过程。
,概念 -驱动, （ Conceptually-Driven）过程。
? 概念 -驱动则是在理解水平上进行的加工过
程，它是由上而下（从最高的结构概念开始）
的分析过程。
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触觉
触觉在交互中的作用是不可低估的，尤
其对有能力缺陷的人，如盲人，是至关
重要的
触觉的感知机理与视觉和听觉的最大不
同在于它的非局部性
? 温度感受器 -冷热
? 伤害感受器 -疼痛
? 机械刺激感受器 -压力
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触觉
实验表明，人的手指的触觉敏感度是前
臂的触觉敏感度的 10倍。对人身体各部
位触觉敏感程度的了解有助于基于触觉
的交互设备的设计。
动觉的概念：对人的躯干和四肢的位置
的感觉
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认知过程与交互原则
认知涉及到多个特定类型的过程，包括,
? 关注
? 感知和识别
? 记忆
? 学习
? 阅读
? 说话和聆听
? 解题、规划、推理和决策
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认知过程与交互原则
许多认知过程是相互依赖的，一个活动可
同时涉及多个不同的过程，只涉及一个过
程的情况非常罕见，例如人们在选购商品
时就涉及关注、感知、识别、说话、思考、
决策等过程。
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经验认知
经验认知指的是有效, 轻松地观察, 操
作和响应周围的事件, 它要求具备某些
专门知识并达到一定的熟练程度, 如使
用 Word字处理系统编辑文档, 操作机床
加工零件, 阅读, 驾驶汽车等 。
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思维认知
思维认知则有所不同, 它涉及思考, 比
较和决策, 是发明创造的来源, 如设计,
学习, 写作等 。 这两个模式在日常生活
中都是必不可少的, 只是二者需要不同
类型的技术支持 。
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什么是关注
关注就是在某个时刻，从众多可能的事
物中选择一个，并把精力集中在这个事
物上。关注涉及到听觉和视觉。例如，
彩民对彩票中奖号码的关注，如果通过
收听广播来获得号码，这就是一个“听
觉关注”；如果通过查找报刊来获得号
码，这就是一个“视觉关注”。从这里
也可以看出，关注这一过程主要与两个
方面有关：目标和信息表示。
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关注
关注的不同类型
? 视觉关注,查找报刊来获得号码
? 听觉关注,收听广播来获得号码
关注相关的因素
? 目标,确切知道需要找什么，人们就可以把
获得的信息与目标相比较 。
? 信息的表示形式,信息的显示方式对于人们
能否快速捕捉到所需的信息片断有很大的影
响。分类显示的信息就比较便于人们查找
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信息表示方法：分类表示
分类显示的信息就比较便于人们查找 。
如图是 Windows XP 系统中的一个文件列
表 。 由于对文件按字母顺序进行了排序,
且对信息进行了分栏, 并对各栏进行了
分割, 因此按文件名查找一个文件是非
常容易的 。
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信息表示方法：分类表示
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关注特点对界面设计的要求
由人的关注特点，在设计人机交互界面时应
做到。
? 信息的显示应醒目，以便执行任务时使用，可使
用动画图形、彩色、下划线，对条目及不同的信
息进行排序，在条目之间使用间隔符等。
? 避免在界面上安排过多的信息。尤其要谨慎使用
色彩、声音和图像，人们倾向于使用过多的这类
表示，而导致界面混杂，分散用户的注意力，让
用户反感。
? 朴实的界面更容易使用。
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感知和识别
在结合不同的媒体时，应确保用户能够理解它们表示
的复合信息。在结合使用声音和动画时，需要仔细协
调，合理安排它们的调用次序。
? 在设计虚拟人物时，就应该使其唇形与所说的话同步，两者
之间的微小延迟都会使人难以忍受，这类似于给外文电影配
音。
用户应能不费力地区别图标或其他图形表示的不同含
义。
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感知和识别
声音应足够响亮而且可辨识，以便用户理解它们
的含义。用户应能够理解输出的语音及其含义。
文字应清晰易读，且不受背景干扰
? 如可以在黑色或蓝色背景上使用黄色文字，但不能在
白色或绿色背景上使用黄色文字。
在虚拟环境中使用触觉反馈时，用户应能识别各
种触觉表示的含义。
? 例如, 紧握, 的触感与, 按下, 的触感不同。
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记忆
记忆就是回忆各种知识以便采取适当的行动。记
忆过程中有三个环节,
? 识记,相当于信息的输入和编码过程，也就是使不同感官输入的
信息，经过编码而成为头脑可接受的形式；
? 保持,相当于信息的贮存，即信息在头脑中被再加工整理，使其
成为有序地组织结构，以便贮存；
? 再认和回忆,再认和回忆相当于信息的提取，编码越完善、组织
越有序，提取也就越容易，反之，提取越困难。
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减轻记忆负担
人的识别能力大于回忆能力
? 图文界面替代命令界面
? 安装过程的 wizard
回忆提示
? 密码的提示语句
信息检索的两大过程,
? 定向回忆,记忆的信息尽可能贴切地描述所
需检索的信息,并在界面显示检索空间 ;
? 扫描识别,即浏览各个文件目录 ;
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Window xp 搜索界面
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交互设计原则
综上所述，考虑人的记忆特点，进行交互设计
时应该注意的问题有,
? 应考虑用户的记忆能力，勿使用过于复杂的任务执
行步骤。
? 由于用户长于, 识别, 而短于, 回忆,,所以在设
计界面时，应使用菜单、图标，且它们的位置应保
持一致。
? 为用户提供多种电子信息（如文件、邮件、图像）
的编码方式，并且通过颜色、标志、时间戳、图标
等，帮助用户记住它们的存放位置。
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学习
学习包括两个方面,
? 学习使用某个计算机应用程序
? 借助于计算机应用程序，学习特定内容。
人们不喜欢采用的按部就班式的学习方式，而更
喜欢, 边学习边实践, 的方式。 GUI和直接操作
界面就能很好地支持这种方式，它们不但能提供
交互式讲解，还允许用户, 撤销, 自己的操作
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学习
Carroll提出了另一种帮助学习者的方法：在
开始时，只允许初学者执行基本功能，随着他
们经验的积累，在逐步增加可执行的功能。这
个方法的基本思想是：使最初的学习过程尽可
能简单，让学习者先专注于简单操作，再接触
更复杂的操作。
人机交互技术编写组 42
学习
在交互式设计中, 人们利用动态链接来学习难学
的事物, 动态链接能够明确地表示内容之间的关
系, 对问题加以解释 。
为了有利于学习, 应有以下设计原则,
? 界面设计应能激发对用户界面使用的探索 。
? 设计界面应限制可选项, 并引导用户选择合适的动作 。
? 使用动态链接把具体表示与待学习的抽象表示相联系 。
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阅读、说话和聆听
许多人认为聆听要比阅读容易得多，但学习外语时，阅
读要比聆听容易。以下是三种形式的不同之处,
? 书面语言是永久性的，而聆听是暂时性的。若第一次阅读不理
解，可以再读一遍，但对于广播消息，人们则无法做到这一点。
? 阅读比听、说更快。人们可以快速扫描书面文字，但只能逐一
听取其他人所说的词语。
? 从认知的角度来看，听要比读和说更容易。儿童尤其喜欢观看
基于多媒体或 Web的叙述性学习材料，而不喜欢阅读在线文字
材料。
? 书面语言往往是合乎语法的，而口头语言常常不符合语法。
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阅读、说话和聆听
为了弥补人在某些方面的不足，开发了易于使用
的系统。
? 语音输出系统，如适合盲人使用的文－语转换系统，可输出人工
合成的语音。
? 认知辅助系统，用于帮助有阅读、书写和语言障碍的人。研究人
员已开发了许多特殊的界面以帮助这些人员。
? 接受用户语音指令的语音识别系统，如听写式字处理系统、声控
家电产品等；
? 帮助人们学习外语的交互式课本和基于 Web的材料；
? 各种输入、输出设备，用于协助残疾人士浏览互联网、使用文字
处理器和其他软件包。
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阅读、说话和聆听
从方便用户阅读、说话和聆听的角度，在人机界面设计时
应注意,
? 尽量减少语音菜单、命令的数目。研究表明：人们很难掌握超过
三四个语音选项的菜单的使用方法，人们也很难记住含有多个部
分的语音指令。
? 应重视人工合成语音的语调，因为合成语音要比自然语音难以理
解。
? 应允许使用和自由放大文字，同时不影响格式，以方便难以阅读
小字体的用户 。
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解题、规划、推理和决策
这些认知过程是要考虑做什么、有那些选择、执行某个活动
会有什么结果等。它们都属于, 思维认知, 过程，通常涉及
有意识的处理（知道自己在思考什么），与他人（或自己）
讨论以及使用各种制品（如地图、书本、笔和纸）。在实际
决策中，往往包含多种可能的行动方案，需要分析比较，择
优选用。
? 例如，人们在互联网上查找信息时，往往会比较不同的信息来源。
正如人们买东西时会多方询问价格，也可以使用不同的搜索引擎，
找出最价格最合适或提供了最佳信息的网站。
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解题、规划、推理和决策
人的思维认知能力取决于在相关行业的经验以及对应用和
技能的掌握程度。新手往往只具备有限的知识，在一开始
他们可能会频频犯错、操作效率低，也可能因为直觉错误，
或者由于缺乏预见能力而采取一些不合理的方法。相比之
下，专家们则具备更丰富的知识和经验，且能够选择最优
的策略来完成任务。他们也具备预见能力，能够预见某个
举动或解决方案会有什么样的结果。
设计时应考虑在界面中隐藏着一些附加信息，专门供那些
希望学习如何更有效地执行任务的用户访问。
人机交互技术编写组 48
情感的影响
情感因素会影响人的感知和认知能力
? 积极的情感会使人的思考更有创造性、解决复杂问
题的能力更强 ;
? 而消极的情感使人的思考更加片面，还会影响其他
方面的感知和认知能力；
? 当一个人处于积极的情感状态时，对系统中的交互
设计缺陷可能不会太在意，但这决不能成为可以设
计一个较差的交互系统的理由。
人机交互技术编写组 49
情感的影响
情感因素会影响人的感知和认知能力
? 一个好的交互系统，应该能够充分考虑人在各种情
感状态下的认知特点，有针对性地进行交互的设计。
? 一个差的交互系统，会反过来影响一个人的情绪，
从而影响他解决问题的能力。
人机交互技术编写组 50
情感计算
计算机系统的设计应当像人类一样能够识别和表达感
情，这被称为“情感计算”。
情感计算主要研究通过各种传感器获取由人的情感所
引起的生理及行为特征信号，建立, 情感模型,,从
而训练感知、识别和理解人类情感的能力，并能针对
用户的情感做出智能、灵敏、友好反应的个人计算系
统，缩短人机之间的距离，营造真正和谐的人机环境。
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个体的差异
进行交互系统设计时还是不应该忘记人是存在个
性差异的，如,
? 长期的，如性别、体力和智力水平。
? 短期的，如压力和情感因素对人的影响。
? 随时间变化的，如人的年龄等。
人机交互设计应充分考虑个体的差异
? 当进行任何一种交互形式设计时，应该考虑我们的决定是否会对
目标用户中的一部分带来不方便。
? 现有的强调图形界面的交互设计实际上排除了那些有视力缺陷的
人，因此系统应考虑提供其他的感知通道。
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概念模型及对概念模型的认知
概念模型：指的是一种用户能够理解的
系统描述，它使用一组集成的构思和概
念，描述系统做什么、如何运作、外观
如何等。
? 例如一个旅游公司想要构建一个无线信息系
统，目的是帮助游客在陌生的城市寻找目的
地。设计这个系统要做的第一步就是考虑系
统与游客交互的概念模型。
人机交互技术编写组 53
概念模型及对概念模型的认知
?首先，搞清楚游客们想要知道什么？通常，游客
想要了解的信息五花八门，例如，如何从 A到达
B？邮局在哪里？哪里有好的餐馆等等。
?然后考虑如何支持游客的这种, 问讯, 活动。例
如，让游客直接向系统提问，就像通常的向人问
路一般，这是不是一个好方法？或者，游客是否
习惯于向机器输入指令询问问题的方式？又或者，
游客会不会更喜欢提供了各种表格、地图和办事
指南等信息且允许用户从容自由地检索的系统？
人机交互技术编写组 54
设计一个概念模型的关键过程应包括如
下两个阶段,
? 了解用户在执行日常任务时做什么。
? 选择交互方式，并决定采用何种交互形式
（是使用菜单系统，还是使用语音输入，或
命令式的系统）。有关交互方式的决策与有
关交互形式的决策是不相同的。前者是更高
层次的抽象，它关心的是要支持的用户活动
的本质，而后者关心的是特殊的界面类型。
概念模型设计的关键过程
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概念模型的迭代开发过程
一个完整的概念模型也是一步步充实起
来的，可以使用各种方法，包括
? 草拟构思
? 情节串联法
? 描述可能的场景
? 设计原型系统
通过不断的与用户交流，逐步完善交互
系统的概念模型。
人机交互技术编写组 56
对概念模型的认知
一个系统能够做到让用户感到满意，除
了在设计开始阶段建立一个好的概念模
型以外，还应该考虑如何根据人的认知
特点，提供多种手段，使用户能尽快理
解关于系统外观及行为即概念模型的构
思，这是一个非常基本的问题。
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三个相互联系的概念模型
1.设计模型 ——设计师设
想的模型，说明系统如何
运作。
2.系统映像 ——系统实际
上如何运作。
3.用户模型 ——用户如何
理解系统的运作。
人机交互技术编写组 58
几种认知概念框架
从人们不同的认知特点，讨论用户如何理
解系统概念模型，它们是,
? 思维模型
? 信息处理模型
? 外部认知模型
? 分布式认知模型
人机交互技术编写组 59
思维模型
在认知心理学中，思维模型被认为是外部世界的某些因素
在人脑中的反映，掌握和运用思维模型使得人们能够进行
推测和推理。思维模型牵涉到两个过程 —“构建, 和, 运
用, 过程，人们既可能进行有意识的思维处理，也可能进
行无意识的思维处理。
用户思维模型：人们在学习和使用系统的过程中，积累了
有关如何使用系统的知识，而且在一定程度上，也积累了
有关系统如何工作的知识。
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思维模型用以指导交互的重要性
? 若用户已经有了一个关于交互式系统的完整
的思维模型，他们在使用交互式产品时，就
会使用这个思维模型进行推理，找出如何执
行任务的方法。
错误的思维模型带来错误的思维模式,
? 使用空调调温器（受水龙头、音量控制的影
响）
? 互联网网页浏览时的错误思维模式
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正确的思维模型的建立
在理想情况下，用户开发的思维模型应与设计
人员开发的概念模型相符，如何帮助用户达到
这个目标是一个非常关键的问题。
? 一个交互式系统在设计时，应该开发一个易于用户理解的系
统映像，应该做到及时响应用户的输入并给出有用的反馈；
提供易于理解的、直观的反馈信息。
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正确的思维模型的建立
? 此外，一个好的交互系统还需要提供正确的信息类型以及正
确的信息层次，以针对不同层次的用户，提供不同层次的系
统透明度。这方面包括,
? 有条理的、易于理解的说明
? 合适的在线帮助和自学教程
? 上下文相关的用户指南，即，针对不同层次的用户，解释
在不同的任务阶段应如何处理各种情况
人机交互技术编写组 63
信息处理模型
在认知心里学中,人们把大脑视为一个信息处理
机，信息通过一系列有序的处理阶段进、出大
脑。在这些阶段中，大脑需要对思维表示（包
括映像、思维模式、规则和其他形式的知识）
进行各种处理（如比较和匹配）。
人机交互技术编写组 64
信息处理模型
“信息处理模型”把认知概念化为一系列的处理阶段，其
中，感知处理器、认知处理器和动作处理器是有机结合在
一起的 。
“信息处理”的方法就是建立各种思维活动的模型，且这
些思维活动完全发生于人脑内。然而，在大多数的认知活
动中，人们都需要同信息的外部表示（如书本、文档和计
算机）进行交互 —更不用说同其他人的交互了。
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信息处理模型的步骤
响应
执行
响应
选择
比
较
编
码
输
入
或
刺
激
输
出
或
响
应
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信息处理模型的局限
“信息处理模型, 是不是正确地反应了人们日
常的认知活动呢？ 它能否解释真实世界中的认
知现象, 又能否解释人们与计算机交互时的认
知活动呢？
? 有些研究人员认为,, 信息处理, 方法没有说服力,
因为这种方法只是考虑纯粹的智能活动, 把这种活
动同外界的干扰源以及人工辅助物隔离开来 。
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信息处理模型的局限
目前，日益被人们认同的是在认知发生
的上下文中研究、分析认知过程。主要
目标是分析环境中的结构如何帮助人类
认知，并减轻认知负担。
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外部认知模型
人们需要同各种外部表示相交互，并且使用它们来学
习和积累信息。这些外部表示包括书本、报纸、网页、
多媒体、地图、图表等。人们还开发了众多的工具来
帮助认知，例如笔、计算器、计算机等。外部表示与
物理工具相结合大大增强了人们的认知能力,事实上，
它们是不可缺少的组成部分，没有了它们，很难想象
人们如何进行日常生活。
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外部认知模型
外部认知是要解释人们在与不同外部表示相交互时涉及的
认知过程。其主要目的是要详细说明在不同的认知活动、
认知过程中使用不同表示的好处，主要包括,
? 将信息、知识表面化以减轻记忆负担。
? 设计有利于人的信息表示及处理工具，减轻计算负担。
? 标注和认知追踪 。
人机交互技术编写组 70
基于外部认知特点的交互式界面设计原则
使用基于外部认知的方法进行交互设计时，总体
原则是要在界面上提供外部表示，以减轻用户的
记忆和计算负担。
设计人员需要开发不同类型的可视化信息，以便
用户解决某个问题，扩充和增强认知能力 。
? 信息和可视化技术，可用于表示大量的数据，同时允
许用户从不同的角度进行交叉比较。
? 设计良好的 GUI也能大大减轻用户的记忆负担，用户能
够依赖外部表示提供的线索，与系统进行交互。
人机交互技术编写组 71
分布式认知模型
分布式认知法描述的是认知系统中发生了什么，
它通常描述人员之间的交互，人们使用的物品
及工作环境。例如，要驾驶飞机这个活动涉及,
? 驾驶员、副驾驶员和空中交通管制员之间的交互；
? 驾驶员、副驾驶员与驾驶舱内各种仪表的交互；
? 驾驶员、副驾驶员与飞机所处环境的交互，如空中
航线、跑道。
人机交互技术编写组 72
分布式认知模型
分布式认知的主要目的是要从信息传播媒介的
角度来描述交互。也就是说，它考虑的是信息
如何表示，信息在流经不同个人以及使用不同
物体时是如何重新表示的。这类信息的转变也
称为, 表示状态的转变, 。
人机交互技术编写组 73
分布式模型与传统模型
输出
(动作 )
输入
(感官 )
表示
处理 输入
表示
表示
表示 处理
处理
输出
分布式模型 传统模型
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分布式认知模型
在进行分布式认知分析时，通常需要考查,
? 分布式问题的解决方法，包括协议解决方式
? 语言及非语言行为的任务，包括说了什么、眼神和
眨眼等暗示什么、什么是没有说 出来的
? 使用的各种协调机制，如规则、规程
? 协作活动在进行过程中将用到的各种通信路径
? 如何共享和访问信息
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分布式认知模型
分布式认知分析
? 一个重要部分就是要标出问题、故障以及响应的问题解决过
程。这个分析结果可用于预测信息在流经认知系统时会发生
什么情况，使用不同的技术配置和制品对当前工作有何影响。
这个分析对于设计和评估新的协作式技术尤为有用。
人机交互技术编写组 76
2.2人机工程学
与 认 知 心 理 学 相 比, 人 机 工 程 学
（ Ergonomics） 更多地从人本身和系统
的角度出发, 研究人机关系 。 它是人机
界面学初期发展阶段的主要研究内容,
并对人机界面学以后的发展产生了重大
的影响 。
人机交互技术编写组 77
人机工程学概念
人机工程学，在美国有人称之为人类工程学
（ Human Engineering）、人因工程学 (Human
Factors Engineering)，在欧洲有人称之为人类
工效学（ Ergonomics），日本称之为人间工学，
其他国家大都引用西欧的名称。人机工程不同
的命名充分体现了该学科是“人体科学”与
“工程技术”的结合。它是一门综合性很强的
边缘学科，其研究领域是多方面的，可以说与
国民经济的各个部门都有密切的关系
人机交互技术编写组 78
人机工程学定义和研究内容
定义
? 人机工程学是研究, 人 -机 -环境, 系统中人, 机,
环境三大要素之间的关系, 为解决系统中的人的效
能, 健康问题提供理论与方法的科学 。
研究内容,
? 研究人与机器之间的分工与配合；
? 研究机具如何能更适合人的操作和使用, 以提高人
的工作效率, 减轻人的疲劳和劳动强度；
? 研究人机系统的工作环境对操作者的影响, 用以改
善工作环境；
? 研究人机之间的界面, 信息传递以及控制器和显示
器的设计等等 。
人机交互技术编写组 79
2.2.1人机系统
随着时代的发展, 科技的进步, 人机关
系由人操作工具, 人适应机器, 机器适
合于人, 发展到了现代的人机协调 。 人
适应机器的能力是有一定限度的, 人机
关系进一步的解决办法是改善机器, 让
它适合于人的操作 。
人机交互技术编写组 80
人机系统组成和人机系统基本框架
人机系统包括人、机、人机之间的界面以
及人机系统所处的环境如下图所示
人 子系
统
人机
界面 机子系
统
环境
人机交互技术编写组 81
人机系统组成
人子系统包括感觉器官、中枢神经系统及运
动器官三大部分 ;
机子系统包括操作器（又名控制器）、机具
本体及显示器三大部分 ;
人机界面负责人机子系统之间的信息传递 ;
环境是人机系统运行的外界条件。
在进行人机界面设计时，不应单纯设计显示
与控制，还必须站在系统的高度上，整体考
虑人 -机 -环境系统，进行系统设计。
人机交互技术编写组 82
完整人机系统的六种功能
这些功能是连续进行的, 是人机共同作用而实
现的 。
l 信息接收
l 信息加工
l 信息贮存
l 执行功能
l 信号反馈
l 输入与输出
人机交互技术编写组 83
2.2.1.2人机比较与分工
10s内能输出 1.5kW,以 0.15kW的输
出能连续工作一天, 并能作精细
的调整
具有与认知直接联系的高级检测
能力, 缺少标准, 会出偏差, 具
有味觉, 嗅觉, 触觉
空间自由度高, 协调性好, 可在
三维空间进行多种运动
具有特征抽取, 综合, 归纳, 模
式识别, 联想, 发明创造等高级
思维能力及丰富的经验
比较项目
机的特性
人的特性
物理方面的功率
能输出极大和极小的功率, 但不
能像人手那样精细地调整
检测
物理量检测范围广, 可正确检测
像电磁波这样人不易检测的物理
量
操作
在速度, 精度, 力度, 操作范围,
耐久性等方面比人优越, 能处理
液体, 气体, 粉状体等物
信息处理能力
在事先编程的情况下可进行高级,
准确的数据处理, 记忆准确, 持
久, 调出速度快
人机交互技术编写组 84
比较项目
机的特性
人的特性
易疲劳, 需要适当休息, 保健, 娱
乐, 很难长时间保持紧张状态, 不
适应从事刺激小, 单调乏味的作业
容易出差错；如果有时间和精力,
可以处理意外事件, 自我维护力强
单通道
耗费能源小, 但要吃饭, 需要教育
和训练, 必须采取绝对的安全措施
图形识别
图形识别能力强
耐久性、持续性、可维
护性
由成本决定；需维护保养, 可进行
单调的反复作业, 不会疲劳
可靠性
由成本决定；对事先设计的作业有
高可靠性, 对预料之外的事件无能
为力 。 一个零件的损坏, 可导致整
机失灵；特性能保持不变
通道
能够进行多通道的复杂动作
效率
需外加功率；简单作业速度快, 准
确, 新机械从设计, 制造到运转需
要时间；即使坏了也不要紧
图形识别能力差
成本
需要购置费, 运转, 保养费；机械
不使用仅失去机械本身的价值
需要人工费用, 工资等；如果发生
意外, 会危及生命
人机交互技术编写组 85
2.2.1.3人机系统设计要求考虑的问题
人机系统应该能满足以下要求,
(1) 达到预定的目的, 完成预定的任务 。
(2) 人机都能发挥各自的作用并协调一致地工作；
(3) 系统提供接收输入和完成输出的功能, 并具备协调功
能 。
(4) 系统设计应考率环境因素影响, 例如厂房结构, 工作
场地布局, 照明, 温度, 湿度, 噪声等 。
(5) 人机系统应充分适应人的特性, 让人容易学习, 操作,
使用系统, 充分发挥系统效能 。
人机交互技术编写组 86
设计时应考虑的几个问题
?(1) 为了满足系统设计目标必须提供什么输入和输出？
?(2) 为产生系统输出需要什么操作？
?(3) 人机之间的功能如何分工？
?(4) 人要完成操作需要什么样的训练和技能？ 构成的
人机系统需要提供哪些方法帮助人接受训练和获得技
能？
?(5) 需要系统完成的任务能否与人的能力相容？ 要避
免人在过负荷状态下的操作；
?(6) 人要完成作业需要什么样的设备接口？ 这是考虑
人的因素的最重要的问题 。
?(7) 人机子系统工作能否协调？是相互帮助还是相互
妨碍？
人机交互技术编写组 87
2.2.1.4人机系统设计步骤
? (1) 需求分析阶段 明确目标, 即用户是, 谁,, 人机系统所应
具备的功能, 条件, 包括可用条件, 制约条件及环境条件等 。
? (2) 调查研究 包括预测和确定目标, 对同类系统的调查研究 。
? (3) 系统分析规划阶段 在明确系统目的和条件基础上, 分析和
规划系统的功能, 并按人机两者进行分配 。
? (4) 系统设计阶段 这个阶段完成具体的设计, 设计中要考虑人
的因素, 要保证人机具的适应性, 并制定人机系统操作步骤, 方
法及制定人员培训计划 。
? (5) 测试阶段 对构成系统进行试运行, 并评价系统的安全性,
可靠性, 舒适性等指标, 如果获得用户认可则可提交生产 。
（ 6）人机系统生产制造及提交使用。
人机交互技术编写组 88
2.2.2界面设计中的人机工程学
在人机界面设计中，根据人接受信息的
感觉通道不同，可以将显示界面分为视
觉显示界面、听觉显示界面和触觉显示
界面。其中以视觉和听觉显示界面最为
广泛。以下分别阐述视觉和听觉显示界
面的设计原则。
人机交互技术编写组 89
2.2.2.1显示界面设计
视觉显示器必须保证三项基本要求,
? 能见性
? 清晰性
? 可识性
人机交互技术编写组 90
视觉显示器的设计须遵循的原则,
? (1) 选用最适宜的视觉刺激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辨识能力允许的范围内 。
? (2) 使显示器精度与人的视觉辨认能力相适应 。
? (3) 尽量采用形象直观且与人的认知特点相匹配的显示格式 。
? (4) 对同时呈现的相互关联的信息尽可能实现综合显示, 以
提高显示效率 。
? (5) 目标与背景之间要有适宜的对比关系, 包括亮度对比,
颜色对比和形状对比等 。
? (6) 具有良好的环境照明条件, 以保证对目标的准确辨认 。
? (7) 根据任务的性质和使用条件, 确定视觉显示器的尺寸和
安放位置 。
? (8) 要与系统中其他显示器和控制器在空间关系和运动关系
上相兼容。
人机交互技术编写组 91
听觉显示器
听觉显示器是利用声音通过人的听觉通
道向人传递信息的装置，可分为声音听
觉显示器和言语听觉显示器两大类。
与视觉通道相比，听觉具有易引起人的
随意注意，而且反应速度快和不受照明
条件限制等突出的优点。
人机交互技术编写组 92
优化听觉显示器的设计应遵循的原则
? (1) 听觉刺激所代表的意义一般应与人们已经习惯的或自然的联
系相一致 。
? (2) 采用声音的强度, 频率, 持续时间等维度作信息代码时, 应
避免使用极端值, 而且代码数目不应超过使用者的绝对辨识能力 。
? (3) 信号的强度应高于背景噪声, 要保持足够的信噪比, 以防止
声音掩蔽效应带来的不利影响 。
? (4) 尽量使用间隔或可变的声音信号, 要避免使用稳定信号, 使
对声音信号的听觉适应减至最小 。
? (5) 不同声音信号应尽量分时段呈现, 其时间间隔不易短于 1s。
? (6) 显示复杂的信息时, 可采用两级信号 。 第一级为引起注意的
信号, 第二级为精确指示的信号 。
? (7) 对不同场合使用的听觉信号尽可能标准化。
人机交互技术编写组 93
2.2.2.2控制显示界面设计
控制界面主要指各种操作装置, 包括手
动操纵装置和脚动操纵装置 。 常见的有
旋钮, 摇柄, 按钮, 手柄按键等 。 在这
些界面设计中需要人给予一定力的作用,
并且这些力都需要一定的信息反馈 。
人机交互技术编写组 94
编码设计
? (1) 形状编码 利用外观造型设计的不同进行区分, 是一种比
较容易的方法 。
? (2) 材料编码 根据控制材料的不同, 可对其表面肌理进行编
码, 如使光滑表面区别于粗糙表面 。
? (3) 位置编码 位置编码是利用空间位置的不同, 通过人的运
动感觉来正确辨别 。 人的垂直方位感优于水平方向的感觉动 。
? (4) 色彩编码 色彩具有比形状更强烈的冲击力, 是最佳的编
码方式 。 色彩编码一般只有红, 橙, 黄, 蓝等几种种, 色彩多
了容易使人混淆 。 色彩编码要受照明强度的影响 。
? (5) 标注编码 当操作装置数量较多, 且形状难以区分时, 可
在操纵装置上刻以适当的符号以示区别 。 符号设计应简单易辨
识, 有很强的外形特征, 如键盘上的字母符号设计等 。
人机交互技术编写组 95
2.2.2.3显控协调性设计
显控协调性是指显示和控制的关系与人
们的期望的一致性。对于显示与控制的
协调性设计，应根据人机工程学原理和
人的习惯定式等生理、心理特点，并遵
循以下的原则,
人机交互技术编写组 96
显示与控制的协调性设计原则
1.空间协调性
? 显示与控制在空间位置上的关系与人的期望的一致性。
2.运动协调性
? 显示指示部分的运动、所控制变量的增减方向是决定关
系协调性的重要因素。
3.概念协调性
? 概念协调性是指显示与控制在概念上与人的期望的一致
性。例如绿色通常表示安全，黄色表示警戒，红色表示
危险。
4.习惯模式
? 习惯模式是下意识和, 自动, 的行为，是一种条件反射。
人机交互技术编写组 97
2.2.3数字化人机工程
数字化人机工程主要包括,
? 人机工程咨询系统
? 人机工程仿真系统
? 人机工程评价系统
人机交互技术编写组 98
2.2.3.1人机工程咨询系统
目前，基于人体测量等技术而建立起来的人体数据咨询系统软件
较多，系统包括各种国别、年龄、性别的人体测量学数据。如英
国 Open Ergonomics公司开发的 PeopleSize2000人体数据咨询系
统。它包括英国儿童（从出生起）、成年人的尺寸以及其他一些
国家人的尺寸，其中包括部分中国人人体尺寸（ 18～ 45岁）。基
本覆盖了英国的各个阶层，并同时包括人体全身尺寸、人体头部
尺寸、手部尺寸、足部尺寸等。利用这些人体测量数据库，他们
进行了一些人体姿势分析，座椅等的设计，为民航、铁路、汽车、
国防、劳动安全等服务。
人机交互技术编写组 99
2.2.3.2人机工程仿真系统
通过虚拟环境，分别从生理学、运动学等对
人体的各种工作方式进行仿真。虚拟人体最
基本的动作包括：头部运动、抓举、行走、
坐姿、弯腰、后倾、搬运、负荷、视域等。
仿真与评价往往是结合在一起的。
人机交互技术编写组 100
2.2.3.3人机工程评价系统
Delima公司 （ 国际上较早的数字化企业 ） 已经将
3D虚拟人体融入到从过程计划, 成本预算, 质量
控制, 人机分析到数字化制造中；另外, 基于开
放的 C商业平台 (open c-commerce platform OCP)，
EDS Unigraphics公司提出了 e-Factory概念, 也将
虚拟人作为咨询, 仿真, 评价的一个重要因素 。
Transom公司开发的 Transom JACK人机工程软件
可以评价安全姿势, 举手与能量消耗, 疲劳与体
力恢复, 静态受力, 人体关节移动范围等人机工
程性能指标 。 由于 JACK具有的优势, 已经在航空,
车辆, 船舶, 工厂规划, 维修, 产品设计等领域
广泛应用 。
第 2章
认知心理学与人机工程学
人机交互技术编写组 2
内容摘要
认知的多个过程，包括感知、关注、记
忆、学习、识别,阅读、说话和聆听、
规划、推理和决策
认知特点对交互界面设计的影响
认知的概念框架
人机工程学与人机界面设计
人机交互技术编写组 3
认知心理学
认知心理学研究人们如何获得外部世界
信息，信息在人脑内如何表示并转化为
知识，知识怎样存储又如何用来指导人
们的注意和行为
认知心理学涉及心理活动的全部过程 —
—从感觉到知觉、识别、注意、学习、
记忆、概念的形成、思维、表象、回忆、
语言、情绪和发展过程。
人机交互技术编写组 4
感知和认知
人的感知,通过人体器官和组织进行人与外部世
界的信息的交流和传递
认知,人们在进行日常活动时发生于头脑中的
事情，它涉及思维、记忆、学习、幻想、决策、
看、读、写和交谈等
人的感知是认知的基础，认知是将感知获取的
信息综合运用
认知分为经验认知和思维认知
认知过程是相互联系的，单纯的一个认知过程
是非常少见的
人机交互技术编写组 5
视觉感知
视觉是人与周围世界发生联系的最重要
的感觉通道 。 外界 80%的信息都是通过
视觉得到的, 因此视觉显示是人机交互
系统中用的最多的人机界面 。
人机交互技术编写组 6
视觉感知
视觉感知可以分为两个阶段：受到外部
刺激接收信息阶段和解释信息阶段。一
方面，眼睛和视觉系统的物理特性决定
了人类无法看到某些事物；另一方面，
视觉系统进行解释处理信息时可对不完
全信息发挥一定的想象力。进行人机交
互设计需要清楚这两个阶段及其影响，
了解人类真正能够看到的信息。
人机交互技术编写组 7
眼睛的构造
人机交互技术编写组 8
视干细胞和视锥细胞的功能区别
视干细胞
视锥细胞
在低水平照明时 （ 如夜间 ） 起作用
在高水平照明时 （ 如白天 ） 起作用
区别黑白
区别彩色
对光谱中绿色部分最敏感, 在远离视网膜
中心处最多
对光谱中黄色部分最敏感, 在视网膜中部
最多
对极弱的刺激敏感
主要在识别空间位置和要求敏锐地看物体
时起作用
人机交互技术编写组 9
视角和视敏度
视角
人机交互技术编写组 10
视角和视敏度
一般人能够在 2m分辨 2mm-20mm的细节，
为我们设计界面时字符大小和间距提供
了依据。
视敏度,指人眼对细节的感知能力，通
常用被辨别物体最小间距所对应的视角
的倒数表示。
人机交互技术编写组 11
感知物体大小、相对距离和深度
利用视觉影像中的线索,
?覆盖关系：被覆盖的物体相对较远；
?大小比例：一般来讲，较大的物体距
离较近；
?对物体的熟悉度：对 非常熟悉物体，
人们对物体的大小在头脑中事先有一
个期望和预测，因此在判断物体距离
时很容易和他看到的物体的大小联系
起来
人机交互技术编写组 12
感知亮度
亮度是光线明亮程度的主观反映
增强亮度可以提高视敏度
随着亮度的增加，闪烁感也会增强。在高亮
度时，光线变化低于 50Hz，视觉系统就会感
到闪烁
在设计交互界面时，要考虑使用者对亮度和
闪烁的感知，尽量避免使人疲劳的因素，创
造一个舒适的交互环境。
人机交互技术编写组 13
感知色彩
人能感觉到不同的颜色，这是眼睛接受
不同波长的光的结果。
颜色通常用三种属性表示：色度、强度
和饱和度。色度是由光的波长决定的，
正常的眼睛可感受到的光谱波长为
400μ m-700μ m。
人机交互技术编写组 14
视错觉
莱亚错觉
物体的组合方式将影响观察者的感知方式,
? 人们总会夸大水平线而缩短垂直线。
? 视错觉同样会影响到显示页面的对称性。人们经
常把对称页面的中心看得稍微偏上些，如果页面
以实际中心为基准排版设计，人们就会感到页面
上部比下部分要短，影响视觉效果。在实际设计
过程中，设计者就会以视觉中心为基准设计图形
界面。
人机交互技术编写组 15
阅读
进行交互界面设计时，文字符号的处理，
特别是文字的排版和显示，也要根据人
们的视觉感知特点，找出其中一些规律。
阅读分为几个阶段,
? 页面上文字的形状被人眼感知,
? 文字被编码成相关的内部语言表示,
? 语言在人脑中被解释成有语法和语义
的单词或句子
人机交互技术编写组 16
阅读
成年人阅读是通过字的特征（如字的形状）加
以识别。改变字的显示方式（如用大写字母，
改变字体等），会影响到阅读的速度和准确性。
9～ 12号的标准字体（英文）更易于识别，页
面的宽度在 58～ 132mm之间阅读效果最佳。
在明亮的背景下显示灰暗的文字比在灰暗的背
景下显示明亮的文字更能提高人的视敏度，增
强文字的可读性。
人机交互技术编写组 17
听觉
听觉感知传递的信息仅次于视觉，可人们一
般都低估了这些信息。人的听觉可以感知大
量的信息，但被视觉关注掩盖了许多。
听觉所涉及的问题和视觉一样，即接受刺激，
把它的特性转化为神经兴奋，并对信息进行
加工，然后传递到大脑。
人机交互技术编写组 18
耳朵的构造
人机交互技术编写组 19
声音的处理
声波在空气中的振动传播的特性
? 音调与声波的频率有关，低频能产生低调的声
音，高频能产生高调的声音。
? 响度指在频率一定的情况下声波的振幅。
? 音色与发声的材料有关，不同的乐器可以产生
相同频率和振幅的声波，但音色不同。
人机交互技术编写组 20
声音的处理
人类能够听到频率在 20Hz~20kHz之间的
声音，其中在 1000Hz~4000Hz范围内听
觉的感受性最高。 500Hz以下和 5000Hz
以上的声音，强度很大时才能被听到。
音频超过 140dB时，所引起的不再是听觉
而是痛觉。
人可以辨认的 语音频率 范围是
260~5600Hz。
人机交互技术编写组 21
声音的解释
听觉系统把输入分为三类,
?噪声和可以忽略的不重要的声音；
?被赋予意义的非语言声音，如动物
的叫声；
?用来组成语言的有意义的声音。
听觉系统就像视觉系统一样，利用
以前的经验来解释输入。
人机交互技术编写组 22
声音的解释
Lindsay PH和 Norman DA 的, 材料 -驱动, 和
,概念 -驱动,
,材料 -驱动, （ Data-Driven）
? 材料 -驱动指的是对言语材料在感知水平上
进行的加工过程，它是由下而上的分析过程。
,概念 -驱动, （ Conceptually-Driven）过程。
? 概念 -驱动则是在理解水平上进行的加工过
程，它是由上而下（从最高的结构概念开始）
的分析过程。
人机交互技术编写组 23
触觉
触觉在交互中的作用是不可低估的，尤
其对有能力缺陷的人，如盲人，是至关
重要的
触觉的感知机理与视觉和听觉的最大不
同在于它的非局部性
? 温度感受器 -冷热
? 伤害感受器 -疼痛
? 机械刺激感受器 -压力
人机交互技术编写组 24
触觉
实验表明，人的手指的触觉敏感度是前
臂的触觉敏感度的 10倍。对人身体各部
位触觉敏感程度的了解有助于基于触觉
的交互设备的设计。
动觉的概念：对人的躯干和四肢的位置
的感觉
人机交互技术编写组 25
认知过程与交互原则
认知涉及到多个特定类型的过程，包括,
? 关注
? 感知和识别
? 记忆
? 学习
? 阅读
? 说话和聆听
? 解题、规划、推理和决策
人机交互技术编写组 26
认知过程与交互原则
许多认知过程是相互依赖的，一个活动可
同时涉及多个不同的过程，只涉及一个过
程的情况非常罕见，例如人们在选购商品
时就涉及关注、感知、识别、说话、思考、
决策等过程。
人机交互技术编写组 27
经验认知
经验认知指的是有效, 轻松地观察, 操
作和响应周围的事件, 它要求具备某些
专门知识并达到一定的熟练程度, 如使
用 Word字处理系统编辑文档, 操作机床
加工零件, 阅读, 驾驶汽车等 。
人机交互技术编写组 28
思维认知
思维认知则有所不同, 它涉及思考, 比
较和决策, 是发明创造的来源, 如设计,
学习, 写作等 。 这两个模式在日常生活
中都是必不可少的, 只是二者需要不同
类型的技术支持 。
人机交互技术编写组 29
什么是关注
关注就是在某个时刻，从众多可能的事
物中选择一个，并把精力集中在这个事
物上。关注涉及到听觉和视觉。例如，
彩民对彩票中奖号码的关注，如果通过
收听广播来获得号码，这就是一个“听
觉关注”；如果通过查找报刊来获得号
码，这就是一个“视觉关注”。从这里
也可以看出，关注这一过程主要与两个
方面有关：目标和信息表示。
人机交互技术编写组 30
关注
关注的不同类型
? 视觉关注,查找报刊来获得号码
? 听觉关注,收听广播来获得号码
关注相关的因素
? 目标,确切知道需要找什么，人们就可以把
获得的信息与目标相比较 。
? 信息的表示形式,信息的显示方式对于人们
能否快速捕捉到所需的信息片断有很大的影
响。分类显示的信息就比较便于人们查找
人机交互技术编写组 31
信息表示方法：分类表示
分类显示的信息就比较便于人们查找 。
如图是 Windows XP 系统中的一个文件列
表 。 由于对文件按字母顺序进行了排序,
且对信息进行了分栏, 并对各栏进行了
分割, 因此按文件名查找一个文件是非
常容易的 。
人机交互技术编写组 32
信息表示方法：分类表示
人机交互技术编写组 33
关注特点对界面设计的要求
由人的关注特点，在设计人机交互界面时应
做到。
? 信息的显示应醒目，以便执行任务时使用，可使
用动画图形、彩色、下划线，对条目及不同的信
息进行排序，在条目之间使用间隔符等。
? 避免在界面上安排过多的信息。尤其要谨慎使用
色彩、声音和图像，人们倾向于使用过多的这类
表示，而导致界面混杂，分散用户的注意力，让
用户反感。
? 朴实的界面更容易使用。
人机交互技术编写组 34
感知和识别
在结合不同的媒体时，应确保用户能够理解它们表示
的复合信息。在结合使用声音和动画时，需要仔细协
调，合理安排它们的调用次序。
? 在设计虚拟人物时，就应该使其唇形与所说的话同步，两者
之间的微小延迟都会使人难以忍受，这类似于给外文电影配
音。
用户应能不费力地区别图标或其他图形表示的不同含
义。
人机交互技术编写组 35
感知和识别
声音应足够响亮而且可辨识，以便用户理解它们
的含义。用户应能够理解输出的语音及其含义。
文字应清晰易读，且不受背景干扰
? 如可以在黑色或蓝色背景上使用黄色文字，但不能在
白色或绿色背景上使用黄色文字。
在虚拟环境中使用触觉反馈时，用户应能识别各
种触觉表示的含义。
? 例如, 紧握, 的触感与, 按下, 的触感不同。
人机交互技术编写组 36
记忆
记忆就是回忆各种知识以便采取适当的行动。记
忆过程中有三个环节,
? 识记,相当于信息的输入和编码过程，也就是使不同感官输入的
信息，经过编码而成为头脑可接受的形式；
? 保持,相当于信息的贮存，即信息在头脑中被再加工整理，使其
成为有序地组织结构，以便贮存；
? 再认和回忆,再认和回忆相当于信息的提取，编码越完善、组织
越有序，提取也就越容易，反之，提取越困难。
人机交互技术编写组 37
减轻记忆负担
人的识别能力大于回忆能力
? 图文界面替代命令界面
? 安装过程的 wizard
回忆提示
? 密码的提示语句
信息检索的两大过程,
? 定向回忆,记忆的信息尽可能贴切地描述所
需检索的信息,并在界面显示检索空间 ;
? 扫描识别,即浏览各个文件目录 ;
人机交互技术编写组 38
Window xp 搜索界面
人机交互技术编写组 39
交互设计原则
综上所述，考虑人的记忆特点，进行交互设计
时应该注意的问题有,
? 应考虑用户的记忆能力，勿使用过于复杂的任务执
行步骤。
? 由于用户长于, 识别, 而短于, 回忆,,所以在设
计界面时，应使用菜单、图标，且它们的位置应保
持一致。
? 为用户提供多种电子信息（如文件、邮件、图像）
的编码方式，并且通过颜色、标志、时间戳、图标
等，帮助用户记住它们的存放位置。
人机交互技术编写组 40
学习
学习包括两个方面,
? 学习使用某个计算机应用程序
? 借助于计算机应用程序，学习特定内容。
人们不喜欢采用的按部就班式的学习方式，而更
喜欢, 边学习边实践, 的方式。 GUI和直接操作
界面就能很好地支持这种方式，它们不但能提供
交互式讲解，还允许用户, 撤销, 自己的操作
人机交互技术编写组 41
学习
Carroll提出了另一种帮助学习者的方法：在
开始时，只允许初学者执行基本功能，随着他
们经验的积累，在逐步增加可执行的功能。这
个方法的基本思想是：使最初的学习过程尽可
能简单，让学习者先专注于简单操作，再接触
更复杂的操作。
人机交互技术编写组 42
学习
在交互式设计中, 人们利用动态链接来学习难学
的事物, 动态链接能够明确地表示内容之间的关
系, 对问题加以解释 。
为了有利于学习, 应有以下设计原则,
? 界面设计应能激发对用户界面使用的探索 。
? 设计界面应限制可选项, 并引导用户选择合适的动作 。
? 使用动态链接把具体表示与待学习的抽象表示相联系 。
人机交互技术编写组 43
阅读、说话和聆听
许多人认为聆听要比阅读容易得多，但学习外语时，阅
读要比聆听容易。以下是三种形式的不同之处,
? 书面语言是永久性的，而聆听是暂时性的。若第一次阅读不理
解，可以再读一遍，但对于广播消息，人们则无法做到这一点。
? 阅读比听、说更快。人们可以快速扫描书面文字，但只能逐一
听取其他人所说的词语。
? 从认知的角度来看，听要比读和说更容易。儿童尤其喜欢观看
基于多媒体或 Web的叙述性学习材料，而不喜欢阅读在线文字
材料。
? 书面语言往往是合乎语法的，而口头语言常常不符合语法。
人机交互技术编写组 44
阅读、说话和聆听
为了弥补人在某些方面的不足，开发了易于使用
的系统。
? 语音输出系统，如适合盲人使用的文－语转换系统，可输出人工
合成的语音。
? 认知辅助系统，用于帮助有阅读、书写和语言障碍的人。研究人
员已开发了许多特殊的界面以帮助这些人员。
? 接受用户语音指令的语音识别系统，如听写式字处理系统、声控
家电产品等；
? 帮助人们学习外语的交互式课本和基于 Web的材料；
? 各种输入、输出设备，用于协助残疾人士浏览互联网、使用文字
处理器和其他软件包。
人机交互技术编写组 45
阅读、说话和聆听
从方便用户阅读、说话和聆听的角度，在人机界面设计时
应注意,
? 尽量减少语音菜单、命令的数目。研究表明：人们很难掌握超过
三四个语音选项的菜单的使用方法，人们也很难记住含有多个部
分的语音指令。
? 应重视人工合成语音的语调，因为合成语音要比自然语音难以理
解。
? 应允许使用和自由放大文字，同时不影响格式，以方便难以阅读
小字体的用户 。
人机交互技术编写组 46
解题、规划、推理和决策
这些认知过程是要考虑做什么、有那些选择、执行某个活动
会有什么结果等。它们都属于, 思维认知, 过程，通常涉及
有意识的处理（知道自己在思考什么），与他人（或自己）
讨论以及使用各种制品（如地图、书本、笔和纸）。在实际
决策中，往往包含多种可能的行动方案，需要分析比较，择
优选用。
? 例如，人们在互联网上查找信息时，往往会比较不同的信息来源。
正如人们买东西时会多方询问价格，也可以使用不同的搜索引擎，
找出最价格最合适或提供了最佳信息的网站。
人机交互技术编写组 47
解题、规划、推理和决策
人的思维认知能力取决于在相关行业的经验以及对应用和
技能的掌握程度。新手往往只具备有限的知识，在一开始
他们可能会频频犯错、操作效率低，也可能因为直觉错误，
或者由于缺乏预见能力而采取一些不合理的方法。相比之
下，专家们则具备更丰富的知识和经验，且能够选择最优
的策略来完成任务。他们也具备预见能力，能够预见某个
举动或解决方案会有什么样的结果。
设计时应考虑在界面中隐藏着一些附加信息，专门供那些
希望学习如何更有效地执行任务的用户访问。
人机交互技术编写组 48
情感的影响
情感因素会影响人的感知和认知能力
? 积极的情感会使人的思考更有创造性、解决复杂问
题的能力更强 ;
? 而消极的情感使人的思考更加片面，还会影响其他
方面的感知和认知能力；
? 当一个人处于积极的情感状态时，对系统中的交互
设计缺陷可能不会太在意，但这决不能成为可以设
计一个较差的交互系统的理由。
人机交互技术编写组 49
情感的影响
情感因素会影响人的感知和认知能力
? 一个好的交互系统，应该能够充分考虑人在各种情
感状态下的认知特点，有针对性地进行交互的设计。
? 一个差的交互系统，会反过来影响一个人的情绪，
从而影响他解决问题的能力。
人机交互技术编写组 50
情感计算
计算机系统的设计应当像人类一样能够识别和表达感
情，这被称为“情感计算”。
情感计算主要研究通过各种传感器获取由人的情感所
引起的生理及行为特征信号，建立, 情感模型,,从
而训练感知、识别和理解人类情感的能力，并能针对
用户的情感做出智能、灵敏、友好反应的个人计算系
统，缩短人机之间的距离，营造真正和谐的人机环境。
人机交互技术编写组 51
个体的差异
进行交互系统设计时还是不应该忘记人是存在个
性差异的，如,
? 长期的，如性别、体力和智力水平。
? 短期的，如压力和情感因素对人的影响。
? 随时间变化的，如人的年龄等。
人机交互设计应充分考虑个体的差异
? 当进行任何一种交互形式设计时，应该考虑我们的决定是否会对
目标用户中的一部分带来不方便。
? 现有的强调图形界面的交互设计实际上排除了那些有视力缺陷的
人，因此系统应考虑提供其他的感知通道。
人机交互技术编写组 52
概念模型及对概念模型的认知
概念模型：指的是一种用户能够理解的
系统描述，它使用一组集成的构思和概
念，描述系统做什么、如何运作、外观
如何等。
? 例如一个旅游公司想要构建一个无线信息系
统，目的是帮助游客在陌生的城市寻找目的
地。设计这个系统要做的第一步就是考虑系
统与游客交互的概念模型。
人机交互技术编写组 53
概念模型及对概念模型的认知
?首先，搞清楚游客们想要知道什么？通常，游客
想要了解的信息五花八门，例如，如何从 A到达
B？邮局在哪里？哪里有好的餐馆等等。
?然后考虑如何支持游客的这种, 问讯, 活动。例
如，让游客直接向系统提问，就像通常的向人问
路一般，这是不是一个好方法？或者，游客是否
习惯于向机器输入指令询问问题的方式？又或者，
游客会不会更喜欢提供了各种表格、地图和办事
指南等信息且允许用户从容自由地检索的系统？
人机交互技术编写组 54
设计一个概念模型的关键过程应包括如
下两个阶段,
? 了解用户在执行日常任务时做什么。
? 选择交互方式，并决定采用何种交互形式
（是使用菜单系统，还是使用语音输入，或
命令式的系统）。有关交互方式的决策与有
关交互形式的决策是不相同的。前者是更高
层次的抽象，它关心的是要支持的用户活动
的本质，而后者关心的是特殊的界面类型。
概念模型设计的关键过程
人机交互技术编写组 55
概念模型的迭代开发过程
一个完整的概念模型也是一步步充实起
来的，可以使用各种方法，包括
? 草拟构思
? 情节串联法
? 描述可能的场景
? 设计原型系统
通过不断的与用户交流，逐步完善交互
系统的概念模型。
人机交互技术编写组 56
对概念模型的认知
一个系统能够做到让用户感到满意，除
了在设计开始阶段建立一个好的概念模
型以外，还应该考虑如何根据人的认知
特点，提供多种手段，使用户能尽快理
解关于系统外观及行为即概念模型的构
思，这是一个非常基本的问题。
人机交互技术编写组 57
三个相互联系的概念模型
1.设计模型 ——设计师设
想的模型，说明系统如何
运作。
2.系统映像 ——系统实际
上如何运作。
3.用户模型 ——用户如何
理解系统的运作。
人机交互技术编写组 58
几种认知概念框架
从人们不同的认知特点，讨论用户如何理
解系统概念模型，它们是,
? 思维模型
? 信息处理模型
? 外部认知模型
? 分布式认知模型
人机交互技术编写组 59
思维模型
在认知心理学中，思维模型被认为是外部世界的某些因素
在人脑中的反映，掌握和运用思维模型使得人们能够进行
推测和推理。思维模型牵涉到两个过程 —“构建, 和, 运
用, 过程，人们既可能进行有意识的思维处理，也可能进
行无意识的思维处理。
用户思维模型：人们在学习和使用系统的过程中，积累了
有关如何使用系统的知识，而且在一定程度上，也积累了
有关系统如何工作的知识。
人机交互技术编写组 60
思维模型用以指导交互的重要性
? 若用户已经有了一个关于交互式系统的完整
的思维模型，他们在使用交互式产品时，就
会使用这个思维模型进行推理，找出如何执
行任务的方法。
错误的思维模型带来错误的思维模式,
? 使用空调调温器（受水龙头、音量控制的影
响）
? 互联网网页浏览时的错误思维模式
人机交互技术编写组 61
正确的思维模型的建立
在理想情况下，用户开发的思维模型应与设计
人员开发的概念模型相符，如何帮助用户达到
这个目标是一个非常关键的问题。
? 一个交互式系统在设计时，应该开发一个易于用户理解的系
统映像，应该做到及时响应用户的输入并给出有用的反馈；
提供易于理解的、直观的反馈信息。
人机交互技术编写组 62
正确的思维模型的建立
? 此外，一个好的交互系统还需要提供正确的信息类型以及正
确的信息层次，以针对不同层次的用户，提供不同层次的系
统透明度。这方面包括,
? 有条理的、易于理解的说明
? 合适的在线帮助和自学教程
? 上下文相关的用户指南，即，针对不同层次的用户，解释
在不同的任务阶段应如何处理各种情况
人机交互技术编写组 63
信息处理模型
在认知心里学中,人们把大脑视为一个信息处理
机，信息通过一系列有序的处理阶段进、出大
脑。在这些阶段中，大脑需要对思维表示（包
括映像、思维模式、规则和其他形式的知识）
进行各种处理（如比较和匹配）。
人机交互技术编写组 64
信息处理模型
“信息处理模型”把认知概念化为一系列的处理阶段，其
中，感知处理器、认知处理器和动作处理器是有机结合在
一起的 。
“信息处理”的方法就是建立各种思维活动的模型，且这
些思维活动完全发生于人脑内。然而，在大多数的认知活
动中，人们都需要同信息的外部表示（如书本、文档和计
算机）进行交互 —更不用说同其他人的交互了。
人机交互技术编写组 65
信息处理模型的步骤
响应
执行
响应
选择
比
较
编
码
输
入
或
刺
激
输
出
或
响
应
人机交互技术编写组 66
信息处理模型的局限
“信息处理模型, 是不是正确地反应了人们日
常的认知活动呢？ 它能否解释真实世界中的认
知现象, 又能否解释人们与计算机交互时的认
知活动呢？
? 有些研究人员认为,, 信息处理, 方法没有说服力,
因为这种方法只是考虑纯粹的智能活动, 把这种活
动同外界的干扰源以及人工辅助物隔离开来 。
人机交互技术编写组 67
信息处理模型的局限
目前，日益被人们认同的是在认知发生
的上下文中研究、分析认知过程。主要
目标是分析环境中的结构如何帮助人类
认知，并减轻认知负担。
人机交互技术编写组 68
外部认知模型
人们需要同各种外部表示相交互，并且使用它们来学
习和积累信息。这些外部表示包括书本、报纸、网页、
多媒体、地图、图表等。人们还开发了众多的工具来
帮助认知，例如笔、计算器、计算机等。外部表示与
物理工具相结合大大增强了人们的认知能力,事实上，
它们是不可缺少的组成部分，没有了它们，很难想象
人们如何进行日常生活。
人机交互技术编写组 69
外部认知模型
外部认知是要解释人们在与不同外部表示相交互时涉及的
认知过程。其主要目的是要详细说明在不同的认知活动、
认知过程中使用不同表示的好处，主要包括,
? 将信息、知识表面化以减轻记忆负担。
? 设计有利于人的信息表示及处理工具，减轻计算负担。
? 标注和认知追踪 。
人机交互技术编写组 70
基于外部认知特点的交互式界面设计原则
使用基于外部认知的方法进行交互设计时，总体
原则是要在界面上提供外部表示，以减轻用户的
记忆和计算负担。
设计人员需要开发不同类型的可视化信息，以便
用户解决某个问题，扩充和增强认知能力 。
? 信息和可视化技术，可用于表示大量的数据，同时允
许用户从不同的角度进行交叉比较。
? 设计良好的 GUI也能大大减轻用户的记忆负担，用户能
够依赖外部表示提供的线索，与系统进行交互。
人机交互技术编写组 71
分布式认知模型
分布式认知法描述的是认知系统中发生了什么，
它通常描述人员之间的交互，人们使用的物品
及工作环境。例如，要驾驶飞机这个活动涉及,
? 驾驶员、副驾驶员和空中交通管制员之间的交互；
? 驾驶员、副驾驶员与驾驶舱内各种仪表的交互；
? 驾驶员、副驾驶员与飞机所处环境的交互，如空中
航线、跑道。
人机交互技术编写组 72
分布式认知模型
分布式认知的主要目的是要从信息传播媒介的
角度来描述交互。也就是说，它考虑的是信息
如何表示，信息在流经不同个人以及使用不同
物体时是如何重新表示的。这类信息的转变也
称为, 表示状态的转变, 。
人机交互技术编写组 73
分布式模型与传统模型
输出
(动作 )
输入
(感官 )
表示
处理 输入
表示
表示
表示 处理
处理
输出
分布式模型 传统模型
人机交互技术编写组 74
分布式认知模型
在进行分布式认知分析时，通常需要考查,
? 分布式问题的解决方法，包括协议解决方式
? 语言及非语言行为的任务，包括说了什么、眼神和
眨眼等暗示什么、什么是没有说 出来的
? 使用的各种协调机制，如规则、规程
? 协作活动在进行过程中将用到的各种通信路径
? 如何共享和访问信息
人机交互技术编写组 75
分布式认知模型
分布式认知分析
? 一个重要部分就是要标出问题、故障以及响应的问题解决过
程。这个分析结果可用于预测信息在流经认知系统时会发生
什么情况，使用不同的技术配置和制品对当前工作有何影响。
这个分析对于设计和评估新的协作式技术尤为有用。
人机交互技术编写组 76
2.2人机工程学
与 认 知 心 理 学 相 比, 人 机 工 程 学
（ Ergonomics） 更多地从人本身和系统
的角度出发, 研究人机关系 。 它是人机
界面学初期发展阶段的主要研究内容,
并对人机界面学以后的发展产生了重大
的影响 。
人机交互技术编写组 77
人机工程学概念
人机工程学，在美国有人称之为人类工程学
（ Human Engineering）、人因工程学 (Human
Factors Engineering)，在欧洲有人称之为人类
工效学（ Ergonomics），日本称之为人间工学，
其他国家大都引用西欧的名称。人机工程不同
的命名充分体现了该学科是“人体科学”与
“工程技术”的结合。它是一门综合性很强的
边缘学科，其研究领域是多方面的，可以说与
国民经济的各个部门都有密切的关系
人机交互技术编写组 78
人机工程学定义和研究内容
定义
? 人机工程学是研究, 人 -机 -环境, 系统中人, 机,
环境三大要素之间的关系, 为解决系统中的人的效
能, 健康问题提供理论与方法的科学 。
研究内容,
? 研究人与机器之间的分工与配合；
? 研究机具如何能更适合人的操作和使用, 以提高人
的工作效率, 减轻人的疲劳和劳动强度；
? 研究人机系统的工作环境对操作者的影响, 用以改
善工作环境；
? 研究人机之间的界面, 信息传递以及控制器和显示
器的设计等等 。
人机交互技术编写组 79
2.2.1人机系统
随着时代的发展, 科技的进步, 人机关
系由人操作工具, 人适应机器, 机器适
合于人, 发展到了现代的人机协调 。 人
适应机器的能力是有一定限度的, 人机
关系进一步的解决办法是改善机器, 让
它适合于人的操作 。
人机交互技术编写组 80
人机系统组成和人机系统基本框架
人机系统包括人、机、人机之间的界面以
及人机系统所处的环境如下图所示
人 子系
统
人机
界面 机子系
统
环境
人机交互技术编写组 81
人机系统组成
人子系统包括感觉器官、中枢神经系统及运
动器官三大部分 ;
机子系统包括操作器（又名控制器）、机具
本体及显示器三大部分 ;
人机界面负责人机子系统之间的信息传递 ;
环境是人机系统运行的外界条件。
在进行人机界面设计时，不应单纯设计显示
与控制，还必须站在系统的高度上，整体考
虑人 -机 -环境系统，进行系统设计。
人机交互技术编写组 82
完整人机系统的六种功能
这些功能是连续进行的, 是人机共同作用而实
现的 。
l 信息接收
l 信息加工
l 信息贮存
l 执行功能
l 信号反馈
l 输入与输出
人机交互技术编写组 83
2.2.1.2人机比较与分工
10s内能输出 1.5kW,以 0.15kW的输
出能连续工作一天, 并能作精细
的调整
具有与认知直接联系的高级检测
能力, 缺少标准, 会出偏差, 具
有味觉, 嗅觉, 触觉
空间自由度高, 协调性好, 可在
三维空间进行多种运动
具有特征抽取, 综合, 归纳, 模
式识别, 联想, 发明创造等高级
思维能力及丰富的经验
比较项目
机的特性
人的特性
物理方面的功率
能输出极大和极小的功率, 但不
能像人手那样精细地调整
检测
物理量检测范围广, 可正确检测
像电磁波这样人不易检测的物理
量
操作
在速度, 精度, 力度, 操作范围,
耐久性等方面比人优越, 能处理
液体, 气体, 粉状体等物
信息处理能力
在事先编程的情况下可进行高级,
准确的数据处理, 记忆准确, 持
久, 调出速度快
人机交互技术编写组 84
比较项目
机的特性
人的特性
易疲劳, 需要适当休息, 保健, 娱
乐, 很难长时间保持紧张状态, 不
适应从事刺激小, 单调乏味的作业
容易出差错；如果有时间和精力,
可以处理意外事件, 自我维护力强
单通道
耗费能源小, 但要吃饭, 需要教育
和训练, 必须采取绝对的安全措施
图形识别
图形识别能力强
耐久性、持续性、可维
护性
由成本决定；需维护保养, 可进行
单调的反复作业, 不会疲劳
可靠性
由成本决定；对事先设计的作业有
高可靠性, 对预料之外的事件无能
为力 。 一个零件的损坏, 可导致整
机失灵；特性能保持不变
通道
能够进行多通道的复杂动作
效率
需外加功率；简单作业速度快, 准
确, 新机械从设计, 制造到运转需
要时间；即使坏了也不要紧
图形识别能力差
成本
需要购置费, 运转, 保养费；机械
不使用仅失去机械本身的价值
需要人工费用, 工资等；如果发生
意外, 会危及生命
人机交互技术编写组 85
2.2.1.3人机系统设计要求考虑的问题
人机系统应该能满足以下要求,
(1) 达到预定的目的, 完成预定的任务 。
(2) 人机都能发挥各自的作用并协调一致地工作；
(3) 系统提供接收输入和完成输出的功能, 并具备协调功
能 。
(4) 系统设计应考率环境因素影响, 例如厂房结构, 工作
场地布局, 照明, 温度, 湿度, 噪声等 。
(5) 人机系统应充分适应人的特性, 让人容易学习, 操作,
使用系统, 充分发挥系统效能 。
人机交互技术编写组 86
设计时应考虑的几个问题
?(1) 为了满足系统设计目标必须提供什么输入和输出？
?(2) 为产生系统输出需要什么操作？
?(3) 人机之间的功能如何分工？
?(4) 人要完成操作需要什么样的训练和技能？ 构成的
人机系统需要提供哪些方法帮助人接受训练和获得技
能？
?(5) 需要系统完成的任务能否与人的能力相容？ 要避
免人在过负荷状态下的操作；
?(6) 人要完成作业需要什么样的设备接口？ 这是考虑
人的因素的最重要的问题 。
?(7) 人机子系统工作能否协调？是相互帮助还是相互
妨碍？
人机交互技术编写组 87
2.2.1.4人机系统设计步骤
? (1) 需求分析阶段 明确目标, 即用户是, 谁,, 人机系统所应
具备的功能, 条件, 包括可用条件, 制约条件及环境条件等 。
? (2) 调查研究 包括预测和确定目标, 对同类系统的调查研究 。
? (3) 系统分析规划阶段 在明确系统目的和条件基础上, 分析和
规划系统的功能, 并按人机两者进行分配 。
? (4) 系统设计阶段 这个阶段完成具体的设计, 设计中要考虑人
的因素, 要保证人机具的适应性, 并制定人机系统操作步骤, 方
法及制定人员培训计划 。
? (5) 测试阶段 对构成系统进行试运行, 并评价系统的安全性,
可靠性, 舒适性等指标, 如果获得用户认可则可提交生产 。
（ 6）人机系统生产制造及提交使用。
人机交互技术编写组 88
2.2.2界面设计中的人机工程学
在人机界面设计中，根据人接受信息的
感觉通道不同，可以将显示界面分为视
觉显示界面、听觉显示界面和触觉显示
界面。其中以视觉和听觉显示界面最为
广泛。以下分别阐述视觉和听觉显示界
面的设计原则。
人机交互技术编写组 89
2.2.2.1显示界面设计
视觉显示器必须保证三项基本要求,
? 能见性
? 清晰性
? 可识性
人机交互技术编写组 90
视觉显示器的设计须遵循的原则,
? (1) 选用最适宜的视觉刺激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辨识能力允许的范围内 。
? (2) 使显示器精度与人的视觉辨认能力相适应 。
? (3) 尽量采用形象直观且与人的认知特点相匹配的显示格式 。
? (4) 对同时呈现的相互关联的信息尽可能实现综合显示, 以
提高显示效率 。
? (5) 目标与背景之间要有适宜的对比关系, 包括亮度对比,
颜色对比和形状对比等 。
? (6) 具有良好的环境照明条件, 以保证对目标的准确辨认 。
? (7) 根据任务的性质和使用条件, 确定视觉显示器的尺寸和
安放位置 。
? (8) 要与系统中其他显示器和控制器在空间关系和运动关系
上相兼容。
人机交互技术编写组 91
听觉显示器
听觉显示器是利用声音通过人的听觉通
道向人传递信息的装置，可分为声音听
觉显示器和言语听觉显示器两大类。
与视觉通道相比，听觉具有易引起人的
随意注意，而且反应速度快和不受照明
条件限制等突出的优点。
人机交互技术编写组 92
优化听觉显示器的设计应遵循的原则
? (1) 听觉刺激所代表的意义一般应与人们已经习惯的或自然的联
系相一致 。
? (2) 采用声音的强度, 频率, 持续时间等维度作信息代码时, 应
避免使用极端值, 而且代码数目不应超过使用者的绝对辨识能力 。
? (3) 信号的强度应高于背景噪声, 要保持足够的信噪比, 以防止
声音掩蔽效应带来的不利影响 。
? (4) 尽量使用间隔或可变的声音信号, 要避免使用稳定信号, 使
对声音信号的听觉适应减至最小 。
? (5) 不同声音信号应尽量分时段呈现, 其时间间隔不易短于 1s。
? (6) 显示复杂的信息时, 可采用两级信号 。 第一级为引起注意的
信号, 第二级为精确指示的信号 。
? (7) 对不同场合使用的听觉信号尽可能标准化。
人机交互技术编写组 93
2.2.2.2控制显示界面设计
控制界面主要指各种操作装置, 包括手
动操纵装置和脚动操纵装置 。 常见的有
旋钮, 摇柄, 按钮, 手柄按键等 。 在这
些界面设计中需要人给予一定力的作用,
并且这些力都需要一定的信息反馈 。
人机交互技术编写组 94
编码设计
? (1) 形状编码 利用外观造型设计的不同进行区分, 是一种比
较容易的方法 。
? (2) 材料编码 根据控制材料的不同, 可对其表面肌理进行编
码, 如使光滑表面区别于粗糙表面 。
? (3) 位置编码 位置编码是利用空间位置的不同, 通过人的运
动感觉来正确辨别 。 人的垂直方位感优于水平方向的感觉动 。
? (4) 色彩编码 色彩具有比形状更强烈的冲击力, 是最佳的编
码方式 。 色彩编码一般只有红, 橙, 黄, 蓝等几种种, 色彩多
了容易使人混淆 。 色彩编码要受照明强度的影响 。
? (5) 标注编码 当操作装置数量较多, 且形状难以区分时, 可
在操纵装置上刻以适当的符号以示区别 。 符号设计应简单易辨
识, 有很强的外形特征, 如键盘上的字母符号设计等 。
人机交互技术编写组 95
2.2.2.3显控协调性设计
显控协调性是指显示和控制的关系与人
们的期望的一致性。对于显示与控制的
协调性设计，应根据人机工程学原理和
人的习惯定式等生理、心理特点，并遵
循以下的原则,
人机交互技术编写组 96
显示与控制的协调性设计原则
1.空间协调性
? 显示与控制在空间位置上的关系与人的期望的一致性。
2.运动协调性
? 显示指示部分的运动、所控制变量的增减方向是决定关
系协调性的重要因素。
3.概念协调性
? 概念协调性是指显示与控制在概念上与人的期望的一致
性。例如绿色通常表示安全，黄色表示警戒，红色表示
危险。
4.习惯模式
? 习惯模式是下意识和, 自动, 的行为，是一种条件反射。
人机交互技术编写组 97
2.2.3数字化人机工程
数字化人机工程主要包括,
? 人机工程咨询系统
? 人机工程仿真系统
? 人机工程评价系统
人机交互技术编写组 98
2.2.3.1人机工程咨询系统
目前，基于人体测量等技术而建立起来的人体数据咨询系统软件
较多，系统包括各种国别、年龄、性别的人体测量学数据。如英
国 Open Ergonomics公司开发的 PeopleSize2000人体数据咨询系
统。它包括英国儿童（从出生起）、成年人的尺寸以及其他一些
国家人的尺寸，其中包括部分中国人人体尺寸（ 18～ 45岁）。基
本覆盖了英国的各个阶层，并同时包括人体全身尺寸、人体头部
尺寸、手部尺寸、足部尺寸等。利用这些人体测量数据库，他们
进行了一些人体姿势分析，座椅等的设计，为民航、铁路、汽车、
国防、劳动安全等服务。
人机交互技术编写组 99
2.2.3.2人机工程仿真系统
通过虚拟环境，分别从生理学、运动学等对
人体的各种工作方式进行仿真。虚拟人体最
基本的动作包括：头部运动、抓举、行走、
坐姿、弯腰、后倾、搬运、负荷、视域等。
仿真与评价往往是结合在一起的。
人机交互技术编写组 100
2.2.3.3人机工程评价系统
Delima公司 （ 国际上较早的数字化企业 ） 已经将
3D虚拟人体融入到从过程计划, 成本预算, 质量
控制, 人机分析到数字化制造中；另外, 基于开
放的 C商业平台 (open c-commerce platform OCP)，
EDS Unigraphics公司提出了 e-Factory概念, 也将
虚拟人作为咨询, 仿真, 评价的一个重要因素 。
Transom公司开发的 Transom JACK人机工程软件
可以评价安全姿势, 举手与能量消耗, 疲劳与体
力恢复, 静态受力, 人体关节移动范围等人机工
程性能指标 。 由于 JACK具有的优势, 已经在航空,
车辆, 船舶, 工厂规划, 维修, 产品设计等领域
广泛应用 。
