主/次顯示器視距設計對頭部關節(jié)舒適度的影響

姬麗靜，王延琦，夏寶清，譚力龍，羅思源，楊巧麗

(兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所，陜西 西安 710065)

主/次顯示器視距設計對頭部關節(jié)舒適度的影響

姬麗靜，王延琦，夏寶清，譚力龍，羅思源，楊巧麗

(兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所，陜西 西安 710065)

以視平線可與顯示器中心重合為準，分別探討顯示器中心在視平線上方、下方時不同視距對頭部關節(jié)舒適度的影響。實驗自變量為視距(眼睛與顯示器中心的水平距離)，因變量為頭部關節(jié)舒適度。實驗結果顯示：1)顯示器中心在人視平線上方時，頭部舒適性狀態(tài)始終處于不舒適狀態(tài)，此時視距與人的頭部舒適性關系成正比，即視距越大，頭部舒適性越好；2)顯示器中心在人視平線下方時，頭部關節(jié)舒適狀態(tài)始終處于正常范圍，舒適性程度隨視距增大而減小。

視距；Porter模型；頭部關節(jié)舒適度

長期注視顯示器(每天大于6h)會出現(xiàn)以視覺癥狀為主的一系列表現(xiàn)，最常見的為視覺疲勞和眼睛干燥，其他有眼部刺激感、眼部充血、視物模糊等，眼部以外的癥狀有頭痛、頸肩背酸痛等，出現(xiàn)上述一種或幾種癥狀，即可稱之為視頻終端綜合征(Visual Display Terminal，VDT)[1]。目前，國內(nèi)外對因使用顯示器引發(fā)的疲勞性、舒適性研究較多，一般是從工學、醫(yī)學、心理學角度對視覺疲勞及績效進行研究[2-6]，方法以生理測量法、主觀測量法、主任務測量法[3]為主，關于眼部以外的癥狀研究，如注視顯示器對頸椎、脊椎的影響則較少。

視距是指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離，一般操作的視距范圍在380～760mm之間[7]，21寸顯示器的視距范圍為750～1 000mm[8]，這些是適用于純平顯示器給出的設計依據(jù)，而針對現(xiàn)在已普及的體積小、尺寸薄的液晶顯示器，從工效學角度來看已不能滿足要求；另外，一般推薦的視距范圍是區(qū)間值，沒有探討區(qū)間值之內(nèi)視距與舒適度之間的關系。因此，本文借助JACK軟件中的Porter舒適度評價模型，探討不同視距時，注視主、次顯示器與頭部關節(jié)舒適度之間的關系，為緩解長時間注視顯示器作業(yè)人員的頭部關節(jié)疲勞，以及更為合理的人機布局提供依據(jù)。

采用計算機輔助人機工程學軟件進行實驗有以下優(yōu)勢：1)節(jié)省實驗時間及實驗成本。2)確保自變量與因變量之間的準確變化關系，即不受生理上的差異性、視覺疲勞、心理素質(zhì)等多因素的影響。

1 研究方法

1.1受試者

實驗探討不同視距下，操作人員頭部舒適性與視距之間的關系，因此將視距作為自變數(shù)，將其分為4種標準，考慮因功能需求常常需要安置2個顯示器——主要顯示器(一般布置在視線下方)與次要顯示器(一般布置在視線上方)，所以本次實驗將以視平線可與顯示器中心重合為準，分別探討顯示器中心在視平線上方、下方時，不同視距對頭部關節(jié)舒適度的影響。在本次實驗中采用中國成年人(男子)第95百分位人體尺寸構建虛擬人，選定虛擬人為坐姿-注視集中狀態(tài)，通過“snap to”功能將人眼聚焦于顯示器中心。

1.2實驗設計

以Porter模型分析操作人員注視顯示器中心時，不同視距與人頭部舒適度的關系，分為如下幾個實驗步驟進行。

步驟1,假設人眼所觀察的是21寸顯示器，設定允許范圍內(nèi)的不同視距標準：750mm、800mm、850mm、900mm，人機工程學中建議的視距范圍是750mm～1 000mm[8]。圖1所示為探討視距與頭部舒適度關系的實驗示意圖。

步驟2,構建虛擬場景。打開JACK軟件，首先創(chuàng)建“21寸虛擬顯示器”、“虛擬人”，調(diào)整二者的位置關系，搭建顯示器與人工作關系的虛擬場景。

步驟3,模擬顯示器分別在操作人員視平線上、下方時，不同視距下的虛擬場景，記錄視距與人眼的距離分別為750mm、800mm、850mm、900mm時頭部關節(jié)的數(shù)值。圖2所示為模擬顯示器中心在人視平線下方時的實驗截圖。

關于JACK軟件Comfort Assessment中Porter模型的描述如圖3所示。圖中，“Mode”值表示舒適度的最優(yōu)值，以坐標零點垂直方向的縱軸為中心，當“Mode”值趨向軸的左方或右方時，舒適度變差，當“Mode”值在“Low”值至“High”值區(qū)間范圍內(nèi)，舒適狀態(tài)顯示為綠色，人體的舒適性在合理范圍之內(nèi)；當“Mode”值超出“Low”值或“High”值時，

舒適狀態(tài)顯示為黃色，人體有明顯的不舒適性；Angle value Relative to mode(AVRTM) 表示計算值同最優(yōu)值之間的差值，差值越小，舒適度越好[9]。

1.3實驗分析

JACK軟件舒適度分析模塊是基于舒適的研究去估計如何讓設計方案更能滿足用戶的需求，對特定姿勢下某些關節(jié)的彎曲進行分析，包括Porter、Krist、Grandjean、Rebiffe、Dreyfuss 2D、Dreyfuss 2D共6個舒適度模型[10]，以上所述評價模型是依據(jù)科研人員的實驗結果而構建的，對現(xiàn)實情況具有指導意義。實驗采用Porter模型進行實驗，Porter模型的“Mode”值是通過對55個駕駛員最佳舒適姿勢下關節(jié)角度的測量得到的，最優(yōu)值以“Mode”值作為參考，隨著偏離此值舒適度減小。使用JACK軟件Comfort Assessment模塊中的Porter(1998)模型提供的舒適度分析工具，記下不同視距下的舒適度值，對虛擬人物的頭部舒適度進行分析，數(shù)據(jù)見表1，對應圖1中所示實驗的結果。

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)得到合理范圍內(nèi)數(shù)據(jù)視距與舒適度的關系圖,如圖4所示。

1.4結果

從1.3節(jié)中可以看出，視距(眼睛與顯示器中心的水平距離)與人體頭部舒適性有著一定的聯(lián)系。當顯示器中心在視線上方時，頭部舒適性狀態(tài)始終處于不舒適狀態(tài)，此時視距與人的頭部舒適性關系為視距越大，頭部舒適性越好，因此在顯示器設計中允許的視距范圍內(nèi)，應采用最大視距設計上方顯示器；當顯示器中心在視線下方時，頭部關節(jié)舒適狀態(tài)始終處于綠色正常范圍，舒適性程度隨視距增大而減小。

2 應用與討論

從視距與頭部關節(jié)舒適性的實驗可知，當布置人與主要顯示器/次要顯示器位置時，可以遵循各自的設計原則，而如果需要同時布置主要顯示器、次要顯示器時，應遵循次要顯示器的設計原則，因為顯示器中心在視線下方時，雖然舒適性程度隨視距變大依次減小，但是頭部舒適狀態(tài)始終處于綠色正常范圍。目前，顯示器由CRT顯示器逐漸向液晶顯示器轉(zhuǎn)型，厚度越來越薄、顯示界面越來越大，而本文的研究符合這一發(fā)展趨勢，對減小受限空間內(nèi)坐姿高臺控制臺外觀尺寸有著重大的意義。此外，將這一研究結論應用在人機布局中，可以緩解長時間注視顯示器工作人員的頭部關節(jié)疲勞，對于提高工作效率有著一定的幫助。由于操作顯示器時的人的舒適度模型比較復雜，文章只是從頭部關節(jié)舒適度進行評價，沒有考慮視覺疲勞、心理模型等多種因素，因此評價模型還有待完善。

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[10] 鈕建偉，張樂，李險峰. JACK人因工程基礎及應用實例[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社， 2012.

The influence of the head joint comfort with visual distance of primary/secondary display

JI Lijing, WANG Yanqi, XIA Baoqing, TAN Lilong, LUO Siyuan, YANG Qiaoli

(Institute of Industrial Hygiene of Ordance Industry, Shaanxi Xi'an, 710065, China)

Defining the eye level coincides with the center of the display as a reference, the paper explores the influence of different visual distance to head joint comfort when the computer display center below/above the eye level. Experimental variable is visual distance(the visual distance between the eyes and display center). The dependent variable is head joint comfort. The experimental results show: (1)when the computer display center above the eye level, the head comfortable state is always in the uncomfortable(yellow) state; visual distance is proportional to the head of the human comfort, that is the bigger visual distance, the better human's head comfort. (2)When the computer display center below the eye level, the head comfortable state is always in the normal (green) state, the bigger visual distance, the less human's head comfort.

visual distance; the Porter model; head joint comfort

10.3969/j.issn.2095-509X.2015.05.005

2015-03-24

姬麗靜(1988—)，女，山東聊城人，兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所助理工程師，碩士，主要研究方向為人—機—環(huán)境系統(tǒng)工程。

TB18

A

2095-509X(2015)05-0020-03