Chapter计算机输入输出设备设计中的人因素实用实用教案.ppt

第一节￿￿键￿￿盘•一、键盘设计的工效参数(cānshù)￿•二、键盘布局￿2024/7/271第1页/共41页第一页，共42页一、键盘设计的工效(gōngxiào)参数￿ 项 目 最佳值 按键直径1.27 cm 键中心间距1.81 cm 键阻力0.255～1.503 N 键深度位移0.13～0.64 cm 键面倾斜度10度～35度或倾斜度可调节2024/7/272第2页/共41页第二页，共42页二、键盘(jiànpán)布局•(一)￿￿标准(biāozhǔn)键盘￿•(二)￿￿DVORAK键盘•(三)￿￿槽式键盘和K键盘•(四)￿￿和弦键盘2024/7/273第3页/共41页第三页，共42页(一)￿￿标准(biāozhǔn)键盘￿•QWERTY键盘在1971年被国际标准化组织定为国际标准键盘，其布局是沿用1866年问世的机械打字机键盘的布局￿•存在的问题：•（1）只有两个常用的字母a和s在母行(Home￿Line)，这意味着输入(shūrù)过程中用户手指要经常在键盘上移动较长的距离•（2）在输入(shūrù)过程中只有20％的常用字母顺序的连击是由左手和右手交替完成的，这意味着在许多输入(shūrù)情况下，不能左右两手顺序连击字母以提高绩效•（3）左右手之间和各个手指之间的工作负荷不均衡，其情形如下表所示￿2024/7/274第4页/共41页第四页，共42页。

英文输入(shūrù)515￿960次￿有效击键次数在左右手的分布￿2024/7/275第5页/共41页第五页，共42页(二)￿￿DVORAK键盘(jiànpán)￿2024/7/276第6页/共41页第六页，共42页•DVORAK键盘的操作特点(tèdiǎn)：•￿￿￿￿(1)￿￿右手的负荷(56％)略高于左手(44％)￿￿•￿￿￿￿￿(2)￿￿有70￿％的击键可以在母行中完成•￿￿￿￿￿(3)￿￿有44％的常用字母顺序可以由左右手交替完成￿•￿•由于其布局合理，DVORAK键盘的输入绩效要明显高于QWERTY键盘，而且错误少，不容易导致疲劳•DVORAK键盘布局已被美国国家标准局承认并作为现行标准键盘的替代键盘2024/7/277第7页/共41页第七页，共42页(三)￿￿槽式键盘(jiànpán)和K键盘(jiànpán)•槽式键盘按键布局和QWERTY键盘基本一致，但对整个键盘做了如下三种改进：•(1)￿￿QWERTY键盘的第三行按键(ZXCVB行)与整个键盘的角度被改成了90这简化了键盘操作时从第二行按键移至第三行按键时手指的移动距离•(2)￿￿QWERTY键盘各行按键之间垂直的错位排列改成垂直排列，这简化操作的复杂性，提高操作的绩效和准确性•(3)￿￿在键盘内边缘，靠近用户一边设计了一个可支持用户手腕和部分(bù￿fen)手掌的固定扶手，以减轻用户手的疲劳程度•实验表明，槽式键盘的操作绩效，尤其是在减少用户的疲劳程度上要明显地优于QWERTY键盘￿2024/7/278第8页/共41页第八页，共42页。

K键盘(jiànpán)2024/7/279第9页/共41页第九页，共42页•K键盘分为左右两片，中间以铰链相连，左右手各使用相应的一片•K键盘每片都按一定的角度放置，可以使用户的手腕自然伸直，操作自然、不易(bù￿yì)疲劳•1972年，克勒默采用错误率、肌肉紧张度和主观评价等多种指标对用户操作标准键盘和K键盘进行了比较研究•实验结果表明，K键盘各项指标都优于标准键盘，而且倾斜44的K键盘更为合适￿2024/7/2710第10页/共41页第十页，共42页(四)￿￿和弦(hé￿xián)键盘￿•和弦键盘是以和弦原理为基础设计的键盘•和弦指的是由几个同时产生的纯音组成(zǔ￿chénɡ)一个和音的过程•和弦键盘是多键对应一个信息元，即几个键的组合对应一个字母或一个音节•一个由l2个键组成(zǔ￿chénɡ)的和弦键盘，可输入26个字母和9个数字•按键上标识的字母或数字可通过一次击该按键输入•两键之间的字母或数字则通过同时击这两个相邻的按键输•四个键之间的字母或数字则通过同时击这四个相邻的按键输入￿2024/7/2711第11页/共41页第十一页，共42页•和弦键盘的特点：•(1)￿可以用双手或用单手操作，如单手操作时，键盘可以在较大的空间范围内移动，而且空出来的另一个手可以同时完成另一项任务•(2)相对较小的体积，便于携带•(3)和弦键盘在单位时间输入的信息量比一键一码的要多，但单位时间输入的单词量则取决于编码的方式•(4)与一键一码键盘相比，和弦键盘学习(xuéxí)操作较为容易•(5)和弦键盘的学习(xuéxí)操作和标准键盘使用者的操作习惯不冲突2024/7/2712第12页/共41页第十二页，共42页。

第二节￿￿其他(qítā)输入装置•计算机使用早期，游标键(Cursor￿Keys)是定位输入(shūrù)区域和指向特定对象的通用装置•一、鼠标￿•二、游标键、追踪球和触摸屏￿•三、新型输入(shūrù)装置￿•四、语音输入(shūrù)2024/7/2713第13页/共41页第十三页，共42页一、鼠标•鼠标是一种手握式输入装置，由美国(měi￿ɡuó)斯坦福研究所的恩格尔伯特(Englebert)在1963年发明•根据不同的制造原理，鼠标分成机械式和光电式两种类型￿•两种最基本操作：•￿（1）通过在平面上移动鼠标来控制显示屏上的光标位置•￿（2）通过控制鼠标上的按键动作(如单击或双击)以实现特定的操作￿2024/7/2714第14页/共41页第十四页，共42页鼠标的几种常见操作(cāozuò)方式•指点定位(dìngwèi)•卡定•按动•释放•拖动•双卡定2024/7/2715第15页/共41页第十五页，共42页•鼠标是一种简便的定位和指向装置•鼠标的运动在方向、距离和速度等各个维度上和光标在显示屏上的运动是完全对应的•鼠标最适合于追踪、指示和选择对象•操作上的不便之处：•（1）鼠标需要放置在键盘以外的地方•（2）用户操作鼠标时，一只手必须离开打字(dǎ￿zì)键盘，这对某些需要用键盘的操作，特别是文字编辑一类的工作会带来不便2024/7/2716第16页/共41页第十六页，共42页。

鼠标和游标(yóubiāo)键操作绩效的比较￿•使用鼠标时，用户的手拿到鼠标的时间(shíjiān)较长，控制光标到达视标的时间(shíjiān)却较短•如果操作任务需要用户的手在键盘和鼠标之间来回移动的次数较多时，就不宜采用鼠标作为指示或定位装置￿2024/7/2717第17页/共41页第十七页，共42页二、游标(yóubiāo)键、追踪球和触摸屏•(一)游标键•游标键是标准键盘中的一部分，用户通过对上、下、左、右四个游标键的按键操作来控制显示屏上光标的位置￿•有字符和行作为参照，游标键特别适合在文本编辑中使用•本身(běnshēn)就是标准键盘的一部分，使用游标键不占用桌面上的其他空间•局限性：•（1）游标键无法提供一种斜线或持续的运动•（2）在距离、速度等维度上，用户操作游标的手指运动和光标在屏幕上的运动并不是直接对应的•（3）用户在游标键上按键的次数和时间决定着光标在屏幕上的移动距离2024/7/2718第18页/共41页第十八页，共42页(二)￿￿追踪(zhuīzōng)球￿•追踪球是一种用手指转动位于固定空窝内的小球来控制显示屏上光标的一种指向装置•用户手指操作小球的方向和速度同显示屏上的光标的方向和速度完全对应，这使追踪球的操作较为简便•有些装在键盘上的追踪球并不需要键盘之外的其他装置，可以少占一些桌面空间•不足之处：•（1）用户操作追踪球的距离和光标在显示屏上的移动(yídòng)距离并不完全对应，这给用户的操作带来不便•（2）追踪球的操作容易使用户的手指疲劳，不适合较长时间的作业。

追踪球较适用于追踪作业￿2024/7/2719第19页/共41页第十九页，共42页(三)￿￿触摸屏￿•触摸屏是用户可以直接使用手指来指示或定位显示屏特定对象或区域的指向装置￿•用户在触摸屏上所指即所得，操作简便易学，可以在很大程度上减轻用户的操作负担•不足之处：•（1）用户的手指相对较大，不宜用来(yònɡ￿lái)指示较小的对象•（2）用户手指在显示屏上的移动也会遮挡用户观察显示屏上的其他内容•（3）操作时间较长时，容易引起手臂疲劳￿2024/7/2720第20页/共41页第二十页，共42页(四)￿￿笔式输入(shūrù)￿•用特殊的笔在屏幕上直接书写以输入信息的计算机输入系统，通常使用在小型的笔记本式计算机中￿•随着掌上电脑的出现，笔式输入显得越来越重要•这类小型化设备一般不配备标准(biāozhǔn)键盘和鼠标，因此信息的拾取和输入都采用笔写方式实现•笔式输入系统要解决的关键技术是联机手写文字识别技术￿2024/7/2721第21页/共41页第二十一页，共42页￿三、新型(xīnxíng)输入装置￿•(一)￿￿三维交互( jiāohù)输入方式•(二)￿￿非精确性交互( jiāohù)方式￿2024/7/2722第22页/共41页第二十二页，共42页。

(一)￿￿三维交互输入(shūrù)方式•在日常生活中，所有的事件都发生在三维空间，可是几乎所有的计算机界面都发生在二维空间的•随着虚拟现实技术的出现和不断(bùduàn)发展，开发了三维交互方式•主要输入装置：•三维定位机构•数据手套•三维的操作杆•鼠标器及追踪球￿2024/7/2723第23页/共41页第二十三页，共42页三维定位(dìngwèi)机构•三维定位机构( jīgòu)是一种新型的有六个自由度的空间传感器，已应用于许多三维输入装置中•可在相对固定的位置源，得到目标所处的方向和位置￿2024/7/2724第24页/共41页第二十四页，共42页•数据手套出现在1987年，是装有位置传感器和弯曲度传感器的线织手套•用户戴上这种手套能方便地抓取和操纵计算机生成的三维环境中的对象•由数据手套反馈的信号可表征(biǎo￿zhēnɡ)每个手指的位置，并可分辨握紧拳头、手指张开、食指指点、拇指向上等各种手势指令•装有三维定位机构数据手套可纪录完整的三维位置和方向￿数据(shùjù)手套2024/7/2725第25页/共41页第二十五页，共42页数据(shùjù)手套的应用•数据(shùjù)衣服：•在数据(shùjù)手套的基础上，出现了可模仿人的身体动作的数据(shùjù)衣服(Data￿Suit)，它可跟踪人体的68个关节部位•和弦手套：•1999年，罗森伯格等人发明了根据和弦原理制作的可用于文本输入•这种手套将和弦键安装在手套的指尖部位•在虚拟环境中，戴上这种手套的用户可以在任何表面上以一定的和弦编码方式通过指尖按击输入字母￿2024/7/2726第26页/共41页第二十六页，共42页。

•三维输入装置使用户的输入和控制更趋于自然•缺点￿：精度低、响应慢•目前的界面技术并不适合于用来(yònɡ￿lái)设计三维交互界面，因此，三维交互技术的发展将有利地推动未来界面的开发2024/7/2727第27页/共41页第二十七页，共42页(二)￿￿非精确性交互方式￿•精确性交互技术以其交互的精确性为特征(tèzhēng)，通常只要采用一种精确性交互技术即可完全达到人一计算机交互的目的•￿￿￿￿•￿￿￿￿￿例如，使用键盘输人字母“A”；采用鼠标展开“文件”菜单等•非精确性交互技术以其交互的非精确性为特征(tèzhēng)，通常需要采用多种交互技术的配合才能完全达到交互目的•￿￿￿￿•￿￿￿￿￿例如，采用“凝视’’(Eye—Gaze)和按键展开“编辑”菜单￿2024/7/2728第28页/共41页第二十八页，共42页主要(zhǔyào)的非精确性交互技术有以语音识别为基础进行的语音交互方法利用数据手套、数据服等装置对手和身体的方位、运动(yùndòng)进行追踪的姿势交互方法利用电磁、超声波等方法跟踪头部运动(yùndòng)的头部追踪交互方法以用户的眼睛作为指示装置的凝视交互方法2024/7/2729第29页/共41页第二十九页，共42页。

非精确性交互技术的优越性•（1）合理地分配用户资源，防止了资源竞争，有效地利用了用户的资源•￿￿￿￿￿•￿￿￿￿￿￿例如，在同一时刻，用户既要用鼠标操作命令，又要用键盘输入文字时，用户手动资源就会发生竞争现象(xiànxiàng)，而采用视觉输入方式，用视觉的输人替代手动输入，就可防止手动资源的竞争•（2）极大程度提高了人-计算机界面信息传递的效率，拓宽了人-计算机通讯的带宽•￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿•（3）在多通道人一计算机交互中，可采用非精确性交互替代不必要的精确性交互，使人一计算机交互更趋于自然、有效￿2024/7/2730第30页/共41页第三十页，共42页四、语音输入￿•一种自然、简便、理想的输入方式，但是由于(yóuyú)技术上的原因，语音输入至今尚未得到广泛使用￿•优点：•￿￿￿￿在很大程度上减轻计算机操作中用户的视觉和双手操作的负荷；•￿￿￿￿语音输入快捷、灵活、简便、易学，适合于各种用户的操作￿•不足之处：•￿￿￿￿受环境因素的干扰较大•￿￿￿￿用户较难获得输入反馈，输入的错误也较多•￿￿￿￿图像等信息无法用语音来输入￿2024/7/2731第31页/共41页第三十一页，共42页。

第三节￿￿计算机输出(shūchū)装置•一、视觉(shìjué)显示器￿•二、话音合成系统￿2024/7/2732第32页/共41页第三十二页，共42页一、视觉(shìjué)显示器•影响视觉显示器的信息显示质量的因素：•（1）显示器本身的特点•￿￿￿￿如显示器的大小(dàxiǎo)、分辨率、显示刷新频率•（2）显示器的照明条件•￿￿￿￿如照明水平、目标亮度、亮度对比、色彩等•（3）与显示器的工作有关的其他环境因素•￿￿￿￿￿如噪声、温度等•（4）字符显示的格式和显示屏信息显示的布局等￿2024/7/2733第33页/共41页第三十三页，共42页屏幕信息(xìnxī)显示的一般要求•(1)全面规划：屏幕信息显示设计在开始阶段就要有一个全面的规划•￿￿￿￿规划的主要(zhǔyào)内容：•￿￿￿￿屏幕的整体布局•￿￿￿￿菜单或命令行、显示区、标题等的位置•￿￿￿￿彩色的配置•(2)一致性：屏幕设计的风格、布局等各种显示的要素在同一个系统中要求保持一致•￿￿￿￿方便初学者的学习•￿￿￿￿利于熟练用户提高操作的绩效2024/7/2734第34页/共41页第三十四页，共42页•(3)￿可读性•￿•￿￿￿￿￿￿①显示的语句应简短明确(míngquè)•￿￿￿￿￿￿②所用词汇应是用户熟悉，并符合语言规范•￿￿￿￿￿￿③可大小写合用；•￿￿￿￿￿￿④每屏正文行数不能过多，应保持在12～16行•￿￿￿￿￿￿￿￿每行字符数不应过多，如小于40个字符，字号可适当大些•￿￿￿￿￿￿⑤各类相关信息如提示、出错信息等，应分组显示•￿￿￿￿￿⑥重要的信息可采用闪烁、反显、颜色等突显方式显示•￿￿￿￿￿⑦显示信息的式样应采用用户熟悉的方式￿2024/7/2735第35页/共41页第三十五页，共42页。

颜色(yánsè)在屏幕显示中的应用￿2024/7/2736第36页/共41页第三十六页，共42页二、话音合成(héchéng)系统￿•￿话音合成系统是利用语音作为信息载体的输出装置￿•优点￿：•￿￿￿当用户视觉负荷过重，或者(huòzhě)当用户来回走动，无法从视觉显示屏获得信息的情况下，使用话音合成系统可以有效地降低用户的操作负荷和提高操作绩效￿2024/7/2737第37页/共41页第三十七页，共42页•局限性：•(1)￿人类语言是非常复杂的，即使是同一内容，仅仅由于不同的语调，就可能表达不同的意义，反映不同的情感，•￿￿￿￿￿因此，实现一个完善(wánshàn)的话音合成系统有相当的难度•(2)￿￿由于使用话音合成系统容易受到环境因素的干扰，因此话音输出的可靠性较差•(3)￿￿话音输出是瞬时的，因此在使用过程中有可能增加用户的短时记忆的负荷•(4)￿￿话音输出的效率较低，据估计，通常说话的语速是每分钟200～300个字词，而一般的阅读速度却可以达到每分钟￿l000个字词￿2024/7/2738第38页/共41页第三十八页，共42页•话音合成的质量主要体现在合成语言的可懂度•MerVa等l987年系统地研究了语速、语言背景和话音的重复次数对合成语言可懂度的影响•实验结果表明：•(1)￿180字／分的语速要优于150字／分、210字／分和240字／分的语速•(2)￿与没有提供语言背景的实验条件相比(xiānɡ￿bǐ)，提供语言背景可以降低50％的错误率•(3)￿与无重复次数的实验条件相比(xiānɡ￿bǐ)，两次或三次重复话音可降低60％的错误率2024/7/2739第39页/共41页第三十九页，共42页。

END.2024/7/2740第40页/共41页第四十页，共42页2024/7/27第十一章￿￿￿计算机输入输出设备设计中的人因素(yīn￿sù)41感谢您的欣赏(xīnshǎng)！第41页/共41页第四十一页，共42页内容(nèiróng)总结第一节 键 盘10度～35度或倾斜度可调节3）左右手之间和各个手指之间的工作负荷不均衡，其情形如下表所示一个由l2个键组成的和弦键盘，可输入26个字母和9个数字触摸屏是用户可以直接使用手指来指示或定位显示屏特定对象(duìxiàng)或区域的指向装置例如，采用“凝视’’(Eye—Gaze)和按键展开“编辑”菜单以语音识别为基础进行的语音交互方法利用电磁、超声波等方法跟踪头部运动的头部追踪交互方法感谢您的欣赏第四十二页，共42页。