1、第十一章第十一章 計(jì)算機(jī)輸入輸出設(shè)備設(shè)計(jì)中的人因素計(jì)算機(jī)輸入輸出設(shè)備設(shè)計(jì)中的人因素第1頁(yè)/共42頁(yè)主要內(nèi)容 第一節(jié) 鍵 盤 第二節(jié) 其他輸入裝置 第三節(jié) 計(jì)算機(jī)輸出裝置2022-4-272第2頁(yè)/共42頁(yè)第一節(jié) 鍵 盤 一、鍵盤設(shè)計(jì)的工效參數(shù) 二、鍵盤布局 2022-4-273第3頁(yè)/共42頁(yè)一、鍵盤設(shè)計(jì)的工效參數(shù) 項(xiàng) 目 最佳值 按鍵直徑1.27 cm 鍵中心間距1.81 cm 鍵阻力0.2551.503 N 鍵深度位移0.130.64 cm 鍵面傾斜度10度35度或傾斜度可調(diào)節(jié)2022-4-274第4頁(yè)/共42頁(yè)二、鍵盤布局 (一) 標(biāo)準(zhǔn)鍵盤 (二) DVORAK鍵盤 (三) 槽式鍵盤和K

2、鍵盤 (四) 和弦鍵盤2022-4-275第5頁(yè)/共42頁(yè)(一) 標(biāo)準(zhǔn)鍵盤 QWERTY鍵盤在1971年被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，其布局是沿用1866年問(wèn)世的機(jī)械打字機(jī)鍵盤的布局 存在的問(wèn)題： （1）只有兩個(gè)常用的字母a和s在母行(Home Line)，這意味著輸入過(guò)程中用戶手指要經(jīng)常在鍵盤上移動(dòng)較長(zhǎng)的距離 （2）在輸入過(guò)程中只有20的常用字母順序的連擊是由左手和右手交替完成的，這意味著在許多輸入情況下，不能左右兩手順序連擊字母以提高績(jī)效 （3）左右手之間和各個(gè)手指之間的工作負(fù)荷不均衡，其情形如下表所示 2022-4-276第6頁(yè)/共42頁(yè)英文輸入515 960次 有效擊鍵次數(shù)在左右手

3、的分布 2022-4-277第7頁(yè)/共42頁(yè)(二) DVORAK鍵盤 2022-4-278第8頁(yè)/共42頁(yè) DVORAK鍵盤的操作特點(diǎn)： (1) 右手的負(fù)荷(56)略高于左手(44) (2) 有70 的擊鍵可以在母行中完成 (3) 有44的常用字母順序可以由左右手交替完成 由于其布局合理，DVORAK鍵盤的輸入績(jī)效要明顯高于QWERTY鍵盤，而且錯(cuò)誤少，不容易導(dǎo)致疲勞 DVORAK鍵盤布局已被美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局承認(rèn)并作為現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的替代鍵盤2022-4-279第9頁(yè)/共42頁(yè)(三) 槽式鍵盤和K鍵盤 槽式鍵盤按鍵布局和QWERTY鍵盤基本一致，但對(duì)整個(gè)鍵盤做了如下三種改進(jìn)： (1) QWERTY

4、鍵盤的第三行按鍵(ZXCVB行)與整個(gè)鍵盤的角度被改成了90。，這簡(jiǎn)化了鍵盤操作時(shí)從第二行按鍵移至第三行按鍵時(shí)手指的移動(dòng)距離 (2) QWERTY鍵盤各行按鍵之間垂直的錯(cuò)位排列改成垂直排列，這簡(jiǎn)化操作的復(fù)雜性，提高操作的績(jī)效和準(zhǔn)確性 (3) 在鍵盤內(nèi)邊緣，靠近用戶一邊設(shè)計(jì)了一個(gè)可支持用戶手腕和部分手掌的固定扶手，以減輕用戶手的疲勞程度 實(shí)驗(yàn)表明，槽式鍵盤的操作績(jī)效，尤其是在減少用戶的疲勞程度上要明顯地優(yōu)于QWERTY鍵盤 2022-4-2710第10頁(yè)/共42頁(yè)K鍵盤2022-4-2711第11頁(yè)/共42頁(yè) K鍵盤分為左右兩片，中間以鉸鏈相連，左右手各使用相應(yīng)的一片 K鍵盤每片都按一定的角度放

5、置，可以使用戶的手腕自然伸直，操作自然、不易疲勞 1972年，克勒默采用錯(cuò)誤率、肌肉緊張度和主觀評(píng)價(jià)等多種指標(biāo)對(duì)用戶操作標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和K鍵盤進(jìn)行了比較研究 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，K鍵盤各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)鍵盤，而且傾斜44。66。的K鍵盤更為合適 2022-4-2712第12頁(yè)/共42頁(yè)(四) 和弦鍵盤 和弦鍵盤是以和弦原理為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的鍵盤 和弦指的是由幾個(gè)同時(shí)產(chǎn)生的純音組成一個(gè)和音的過(guò)程 和弦鍵盤是多鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)信息元，即幾個(gè)鍵的組合對(duì)應(yīng)一個(gè)字母或一個(gè)音節(jié) 一個(gè)由l2個(gè)鍵組成的和弦鍵盤，可輸入26個(gè)字母和9個(gè)數(shù)字 按鍵上標(biāo)識(shí)的字母或數(shù)字可通過(guò)一次擊該按鍵輸入 兩鍵之間的字母或數(shù)字則通過(guò)同時(shí)擊這兩個(gè)相鄰的按鍵

6、輸 四個(gè)鍵之間的字母或數(shù)字則通過(guò)同時(shí)擊這四個(gè)相鄰的按鍵輸入 2022-4-2713第13頁(yè)/共42頁(yè) 和弦鍵盤的特點(diǎn)： (1) 可以用雙手或用單手操作，如單手操作時(shí)，鍵盤可以在較大的空間范圍內(nèi)移動(dòng)，而且空出來(lái)的另一個(gè)手可以同時(shí)完成另一項(xiàng)任務(wù) (2)相對(duì)較小的體積，便于攜帶 (3)和弦鍵盤在單位時(shí)間輸入的信息量比一鍵一碼的要多，但單位時(shí)間輸入的單詞量則取決于編碼的方式 (4)與一鍵一碼鍵盤相比，和弦鍵盤學(xué)習(xí)操作較為容易 (5)和弦鍵盤的學(xué)習(xí)操作和標(biāo)準(zhǔn)鍵盤使用者的操作習(xí)慣不沖突2022-4-2714第14頁(yè)/共42頁(yè)第二節(jié) 其他輸入裝置 計(jì)算機(jī)使用早期，游標(biāo)鍵(Cursor Keys)是定位輸入?yún)^(qū)

7、域和指向特定對(duì)象的通用裝置 一、鼠標(biāo) 二、游標(biāo)鍵、追蹤球和觸摸屏 三、新型輸入裝置 四、語(yǔ)音輸入2022-4-2715第15頁(yè)/共42頁(yè)一、鼠標(biāo) 鼠標(biāo)是一種手握式輸入裝置，由美國(guó)斯坦福研究所的恩格爾伯特(Englebert)在1963年發(fā)明 根據(jù)不同的制造原理，鼠標(biāo)分成機(jī)械式和光電式兩種類型 兩種最基本操作： （1）通過(guò)在平面上移動(dòng)鼠標(biāo)來(lái)控制顯示屏上的光標(biāo)位置 （2）通過(guò)控制鼠標(biāo)上的按鍵動(dòng)作(如單擊或雙擊)以實(shí)現(xiàn)特定的操作 2022-4-2716第16頁(yè)/共42頁(yè)鼠標(biāo)的幾種常見(jiàn)操作方式 指點(diǎn)定位 卡定 按動(dòng) 釋放 拖動(dòng) 雙卡定2022-4-2717第17頁(yè)/共42頁(yè) 鼠標(biāo)是一種簡(jiǎn)便的定位和指向

8、裝置 鼠標(biāo)的運(yùn)動(dòng)在方向、距離和速度等各個(gè)維度上和光標(biāo)在顯示屏上的運(yùn)動(dòng)是完全對(duì)應(yīng)的 鼠標(biāo)最適合于追蹤、指示和選擇對(duì)象 操作上的不便之處： （1）鼠標(biāo)需要放置在鍵盤以外的地方 （2）用戶操作鼠標(biāo)時(shí)，一只手必須離開(kāi)打字鍵盤，這對(duì)某些需要用鍵盤的操作，特別是文字編輯一類的工作會(huì)帶來(lái)不便2022-4-2718第18頁(yè)/共42頁(yè)鼠標(biāo)和游標(biāo)鍵操作績(jī)效的比較 使用鼠標(biāo)時(shí)，用戶的手拿到鼠標(biāo)的時(shí)間較長(zhǎng)，控制光標(biāo)到達(dá)視標(biāo)的時(shí)間卻較短 如果操作任務(wù)需要用戶的手在鍵盤和鼠標(biāo)之間來(lái)回移動(dòng)的次數(shù)較多時(shí)，就不宜采用鼠標(biāo)作為指示或定位裝置 2022-4-2719第19頁(yè)/共42頁(yè)二、游標(biāo)鍵、追蹤球和觸摸屏 (一)游標(biāo)鍵 游標(biāo)鍵

9、是標(biāo)準(zhǔn)鍵盤中的一部分，用戶通過(guò)對(duì)上、下、左、右四個(gè)游標(biāo)鍵的按鍵操作來(lái)控制顯示屏上光標(biāo)的位置 有字符和行作為參照，游標(biāo)鍵特別適合在文本編輯中使用 本身就是標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的一部分，使用游標(biāo)鍵不占用桌面上的其他空間 局限性： （1）游標(biāo)鍵無(wú)法提供一種斜線或持續(xù)的運(yùn)動(dòng) （2）在距離、速度等維度上，用戶操作游標(biāo)的手指運(yùn)動(dòng)和光標(biāo)在屏幕上的運(yùn)動(dòng)并不是直接對(duì)應(yīng)的 （3）用戶在游標(biāo)鍵上按鍵的次數(shù)和時(shí)間決定著光標(biāo)在屏幕上的移動(dòng)距離2022-4-2720第20頁(yè)/共42頁(yè)(二) 追蹤球 追蹤球是一種用手指轉(zhuǎn)動(dòng)位于固定空窩內(nèi)的小球來(lái)控制顯示屏上光標(biāo)的一種指向裝置 用戶手指操作小球的方向和速度同顯示屏上的光標(biāo)的方向和速度完全

10、對(duì)應(yīng)，這使追蹤球的操作較為簡(jiǎn)便 有些裝在鍵盤上的追蹤球并不需要鍵盤之外的其他裝置，可以少占一些桌面空間 不足之處： （1）用戶操作追蹤球的距離和光標(biāo)在顯示屏上的移動(dòng)距離并不完全對(duì)應(yīng)，這給用戶的操作帶來(lái)不便 （2）追蹤球的操作容易使用戶的手指疲勞，不適合較長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)。追蹤球較適用于追蹤作業(yè) 2022-4-2721第21頁(yè)/共42頁(yè)(三) 觸摸屏 觸摸屏是用戶可以直接使用手指來(lái)指示或定位顯示屏特定對(duì)象或區(qū)域的指向裝置 用戶在觸摸屏上所指即所得，操作簡(jiǎn)便易學(xué)，可以在很大程度上減輕用戶的操作負(fù)擔(dān) 不足之處： （1）用戶的手指相對(duì)較大，不宜用來(lái)指示較小的對(duì)象 （2）用戶手指在顯示屏上的移動(dòng)也會(huì)遮擋用戶

11、觀察顯示屏上的其他內(nèi)容 （3）操作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，容易引起手臂疲勞 2022-4-2722第22頁(yè)/共42頁(yè)(四) 筆式輸入 用特殊的筆在屏幕上直接書寫以輸入信息的計(jì)算機(jī)輸入系統(tǒng)，通常使用在小型的筆記本式計(jì)算機(jī)中 隨著掌上電腦的出現(xiàn)，筆式輸入顯得越來(lái)越重要 這類小型化設(shè)備一般不配備標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和鼠標(biāo)，因此信息的拾取和輸入都采用筆寫方式實(shí)現(xiàn) 筆式輸入系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵技術(shù)是聯(lián)機(jī)手寫文字識(shí)別技術(shù) 2022-4-2723第23頁(yè)/共42頁(yè) 三、新型輸入裝置 (一) 三維交互輸入方式 (二) 非精確性交互方式 2022-4-2724第24頁(yè)/共42頁(yè)(一) 三維交互輸入方式 在日常生活中，所有的事件都發(fā)生在三維

12、空間，可是幾乎所有的計(jì)算機(jī)界面都發(fā)生在二維空間的 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，開(kāi)發(fā)了三維交互方式 主要輸入裝置： 三維定位機(jī)構(gòu) 數(shù)據(jù)手套 三維的操作桿 鼠標(biāo)器及追蹤球 2022-4-2725第25頁(yè)/共42頁(yè)三維定位機(jī)構(gòu) 三維定位機(jī)構(gòu)是一種新型的有六個(gè)自由度的空間傳感器，已應(yīng)用于許多三維輸入裝置中 可在相對(duì)固定的位置源，得到目標(biāo)所處的方向和位置 2022-4-2726第26頁(yè)/共42頁(yè) 數(shù)據(jù)手套出現(xiàn)在1987年，是裝有位置傳感器和彎曲度傳感器的線織手套 用戶戴上這種手套能方便地抓取和操縱計(jì)算機(jī)生成的三維環(huán)境中的對(duì)象 由數(shù)據(jù)手套反饋的信號(hào)可表征每個(gè)手指的位置，并可分辨握緊拳頭、手指張開(kāi)、食

13、指指點(diǎn)、拇指向上等各種手勢(shì)指令 裝有三維定位機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)手套可紀(jì)錄完整的三維位置和方向 數(shù)據(jù)手套2022-4-2727第27頁(yè)/共42頁(yè)數(shù)據(jù)手套的應(yīng)用 數(shù)據(jù)衣服： 在數(shù)據(jù)手套的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了可模仿人的身體動(dòng)作的數(shù)據(jù)衣服(Data Suit)，它可跟蹤人體的68個(gè)關(guān)節(jié)部位 和弦手套： 1999年，羅森伯格等人發(fā)明了根據(jù)和弦原理制作的可用于文本輸入 這種手套將和弦鍵安裝在手套的指尖部位 在虛擬環(huán)境中，戴上這種手套的用戶可以在任何表面上以一定的和弦編碼方式通過(guò)指尖按擊輸入字母 2022-4-2728第28頁(yè)/共42頁(yè) 三維輸入裝置使用戶的輸入和控制更趨于自然 缺點(diǎn) ：精度低、響應(yīng)慢 目前的界面技術(shù)并不適

14、合于用來(lái)設(shè)計(jì)三維交互界面，因此，三維交互技術(shù)的發(fā)展將有利地推動(dòng)未來(lái)界面的開(kāi)發(fā)2022-4-2729第29頁(yè)/共42頁(yè)(二) 非精確性交互方式 精確性交互技術(shù)以其交互的精確性為特征，通常只要采用一種精確性交互技術(shù)即可完全達(dá)到人一計(jì)算機(jī)交互的目的 例如，使用鍵盤輸人字母“A”；采用鼠標(biāo)展開(kāi)“文件”菜單等 非精確性交互技術(shù)以其交互的非精確性為特征，通常需要采用多種交互技術(shù)的配合才能完全達(dá)到交互目的 例如，采用“凝視(EyeGaze)和按鍵展開(kāi)“編輯”菜單 2022-4-2730第30頁(yè)/共42頁(yè)主要的非精確性交互技術(shù)有 以語(yǔ)音識(shí)別為基礎(chǔ)進(jìn)行的語(yǔ)音交互方法 利用數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)服等裝置對(duì)手和身體的方位、

15、運(yùn)動(dòng)進(jìn)行追蹤的姿勢(shì)交互方法 利用電磁、超聲波等方法跟蹤頭部運(yùn)動(dòng)的頭部追蹤交互方法 以用戶的眼睛作為指示裝置的凝視交互方法2022-4-2731第31頁(yè)/共42頁(yè)非精確性交互技術(shù)的優(yōu)越性 （1）合理地分配用戶資源，防止了資源競(jìng)爭(zhēng)，有效地利用了用戶的資源 例如，在同一時(shí)刻，用戶既要用鼠標(biāo)操作命令，又要用鍵盤輸入文字時(shí)，用戶手動(dòng)資源就會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，而采用視覺(jué)輸入方式，用視覺(jué)的輸人替代手動(dòng)輸入，就可防止手動(dòng)資源的競(jìng)爭(zhēng) （2）極大程度提高了人-計(jì)算機(jī)界面信息傳遞的效率，拓寬了人-計(jì)算機(jī)通訊的帶寬 （3）在多通道人一計(jì)算機(jī)交互中，可采用非精確性交互替代不必要的精確性交互，使人一計(jì)算機(jī)交互更趨于自然、有效

16、 2022-4-2732第32頁(yè)/共42頁(yè)四、語(yǔ)音輸入 一種自然、簡(jiǎn)便、理想的輸入方式，但是由于技術(shù)上的原因，語(yǔ)音輸入至今尚未得到廣泛使用 優(yōu)點(diǎn)： 在很大程度上減輕計(jì)算機(jī)操作中用戶的視覺(jué)和雙手操作的負(fù)荷； 語(yǔ)音輸入快捷、靈活、簡(jiǎn)便、易學(xué)，適合于各種用戶的操作 不足之處： 受環(huán)境因素的干擾較大 用戶較難獲得輸入反饋，輸入的錯(cuò)誤也較多 圖像等信息無(wú)法用語(yǔ)音來(lái)輸入 2022-4-2733第33頁(yè)/共42頁(yè)第三節(jié) 計(jì)算機(jī)輸出裝置 一、視覺(jué)顯示器 二、話音合成系統(tǒng) 2022-4-2734第34頁(yè)/共42頁(yè)一、視覺(jué)顯示器 影響視覺(jué)顯示器的信息顯示質(zhì)量的因素： （1）顯示器本身的特點(diǎn) 如顯示器的大小、分辨率

17、、顯示刷新頻率 （2）顯示器的照明條件 如照明水平、目標(biāo)亮度、亮度對(duì)比、色彩等 （3）與顯示器的工作有關(guān)的其他環(huán)境因素 如噪聲、溫度等 （4）字符顯示的格式和顯示屏信息顯示的布局等 2022-4-2735第35頁(yè)/共42頁(yè)屏幕信息顯示的一般要求 (1)全面規(guī)劃：屏幕信息顯示設(shè)計(jì)在開(kāi)始階段就要有一個(gè)全面的規(guī)劃 規(guī)劃的主要內(nèi)容： 屏幕的整體布局 菜單或命令行、顯示區(qū)、標(biāo)題等的位置 彩色的配置 (2)一致性：屏幕設(shè)計(jì)的風(fēng)格、布局等各種顯示的要素在同一個(gè)系統(tǒng)中要求保持一致 方便初學(xué)者的學(xué)習(xí) 利于熟練用戶提高操作的績(jī)效2022-4-2736第36頁(yè)/共42頁(yè) (3) 可讀性 顯示的語(yǔ)句應(yīng)簡(jiǎn)短明確 所用詞

18、匯應(yīng)是用戶熟悉，并符合語(yǔ)言規(guī)范 可大小寫合用； 每屏正文行數(shù)不能過(guò)多，應(yīng)保持在1216行 每行字符數(shù)不應(yīng)過(guò)多，如小于40個(gè)字符，字號(hào)可適當(dāng)大些 各類相關(guān)信息如提示、出錯(cuò)信息等，應(yīng)分組顯示 重要的信息可采用閃爍、反顯、顏色等突顯方式顯示 顯示信息的式樣應(yīng)采用用戶熟悉的方式 2022-4-2737第37頁(yè)/共42頁(yè)顏色在屏幕顯示中的應(yīng)用 2022-4-2738第38頁(yè)/共42頁(yè)二、話音合成系統(tǒng) 話音合成系統(tǒng)是利用語(yǔ)音作為信息載體的輸出裝置 優(yōu)點(diǎn) ： 當(dāng)用戶視覺(jué)負(fù)荷過(guò)重，或者當(dāng)用戶來(lái)回走動(dòng)，無(wú)法從視覺(jué)顯示屏獲得信息的情況下，使用話音合成系統(tǒng)可以有效地降低用戶的操作負(fù)荷和提高操作績(jī)效 2022-4-2739第39頁(yè)/共42頁(yè) 局限性： (1) 人類語(yǔ)言是非常復(fù)雜的，即使是同一內(nèi)容，僅僅由于不同的語(yǔ)調(diào)，就可能表達(dá)不同的意義，反映不同的情感， 因此，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完善的話音合成系統(tǒng)有相當(dāng)?shù)碾y度 (2) 由于使用話音合成系統(tǒng)容易受到環(huán)境因素的干擾，因此話音輸出的可靠性較差 (3) 話音輸出是瞬時(shí)的，因此在使用過(guò)程中有可能增加用戶的短時(shí)記憶的負(fù)荷 (4) 話音輸出的效率較低，據(jù)估計(jì)，通