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(shè)計(jì)對(duì)頭部關(guān)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(zhǔn)，分別探討顯示器中心在視平線上方、下方時(shí)不同視距對(duì)頭部關(guān)節(jié)舒適度的影響。實(shí)驗(yàn)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(guān)節(jié)舒適度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：1)顯示器中心在人視平線上方時(shí)，頭部舒適性狀態(tài)始終處于不舒適狀態(tài)，此時(shí)視距與人的頭部舒適性關(guān)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(shí)，頭部關(guān)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(guān)節(jié)舒適度

長(zhǎng)期注視顯示器(每天大于6h)會(huì)出現(xiàn)以視覺(jué)癥狀為主的一系列表現(xiàn)，最常見(jiàn)的為視覺(jué)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(chēng)之為視頻終端綜合征(Visual Display Terminal，VDT)[1]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(xué)、醫(yī)學(xué)、心理學(xué)角度對(duì)視覺(jué)疲勞及績(jī)效進(jìn)行研究[2-6]，方法以生理測(cè)量法、主觀測(cè)量法、主任務(wù)測(cè)量法[3]為主，關(guān)于眼部以外的癥狀研究，如注視顯示器對(duì)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(shè)計(jì)依據(jù)，而針對(duì)現(xiàn)在已普及的體積小、尺寸薄的液晶顯示器，從工效學(xué)角度來(lái)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(méi)有探討區(qū)間值之內(nèi)視距與舒適度之間的關(guān)系。因此，本文借助JACK軟件中的Porter舒適度評(píng)價(jià)模型，探討不同視距時(shí)，注視主、次顯示器與頭部關(guān)節(jié)舒適度之間的關(guān)系，為緩解長(zhǎng)時(shí)間注視顯示器作業(yè)人員的頭部關(guān)節(jié)疲勞，以及更為合理的人機(jī)布局提供依據(jù)。

采用計(jì)算機(jī)輔助人機(jī)工程學(xué)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)有以下優(yōu)勢(shì)：1)節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間及實(shí)驗(yàn)成本。2)確保自變量與因變量之間的準(zhǔn)確變化關(guān)系，即不受生理上的差異性、視覺(jué)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(shí)驗(yàn)探討不同視距下，操作人員頭部舒適性與視距之間的關(guān)系，因此將視距作為自變數(shù)，將其分為4種標(biāo)準(zhǔn)，考慮因功能需求常常需要安置2個(gè)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(shí)驗(yàn)將以視平線可與顯示器中心重合為準(zhǔn)，分別探討顯示器中心在視平線上方、下方時(shí)，不同視距對(duì)頭部關(guān)節(jié)舒適度的影響。在本次實(shí)驗(yàn)中采用中國(guó)成年人(男子)第95百分位人體尺寸構(gòu)建虛擬人，選定虛擬人為坐姿-注視集中狀態(tài)，通過(guò)“snap to”功能將人眼聚焦于顯示器中心。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以Porter模型分析操作人員注視顯示器中心時(shí)，不同視距與人頭部舒適度的關(guān)系，分為如下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行。

步驟1,假設(shè)人眼所觀察的是21寸顯示器，設(shè)定允許范圍內(nèi)的不同視距標(biāo)準(zhǔn)：750mm、800mm、850mm、900mm，人機(jī)工程學(xué)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(guān)系的實(shí)驗(yàn)示意圖。

步驟2,構(gòu)建虛擬場(chǎng)景。打開(kāi)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(guān)系，搭建顯示器與人工作關(guān)系的虛擬場(chǎng)景。

步驟3,模擬顯示器分別在操作人員視平線上、下方時(shí)，不同視距下的虛擬場(chǎng)景，記錄視距與人眼的距離分別為750mm、800mm、850mm、900mm時(shí)頭部關(guān)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(shí)的實(shí)驗(yàn)截圖。

關(guān)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(biāo)零點(diǎn)垂直方向的縱軸為中心，當(dāng)“Mode”值趨向軸的左方或右方時(shí)，舒適度變差，當(dāng)“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(dāng)“Mode”值超出“Low”值或“High”值時(shí)，

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(jì)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(shí)驗(yàn)分析

JACK軟件舒適度分析模塊是基于舒適的研究去估計(jì)如何讓設(shè)計(jì)方案更能滿足用戶的需求，對(duì)特定姿勢(shì)下某些關(guān)節(jié)的彎曲進(jìn)行分析，包括Porter、Krist、Grandjean、Rebiffe、Dreyfuss 2D、Dreyfuss 2D共6個(gè)舒適度模型[10]，以上所述評(píng)價(jià)模型是依據(jù)科研人員的實(shí)驗(yàn)結(jié)果而構(gòu)建的，對(duì)現(xiàn)實(shí)情況具有指導(dǎo)意義。實(shí)驗(yàn)采用Porter模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，Porter模型的“Mode”值是通過(guò)對(duì)55個(gè)駕駛員最佳舒適姿勢(shì)下關(guān)節(jié)角度的測(cè)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(duì)虛擬人物的頭部舒適度進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，對(duì)應(yīng)圖1中所示實(shí)驗(yàn)的結(jié)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(guān)系圖,如圖4所示。

1.4結(jié)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(dāng)顯示器中心在視線上方時(shí)，頭部舒適性狀態(tài)始終處于不舒適狀態(tài)，此時(shí)視距與人的頭部舒適性關(guān)系為視距越大，頭部舒適性越好，因此在顯示器設(shè)計(jì)中允許的視距范圍內(nèi)，應(yīng)采用最大視距設(shè)計(jì)上方顯示器；當(dāng)顯示器中心在視線下方時(shí)，頭部關(guān)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(yīng)用與討論

從視距與頭部關(guān)節(jié)舒適性的實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)布置人與主要顯示器/次要顯示器位置時(shí)，可以遵循各自的設(shè)計(jì)原則，而如果需要同時(shí)布置主要顯示器、次要顯示器時(shí)，應(yīng)遵循次要顯示器的設(shè)計(jì)原則，因?yàn)轱@示器中心在視線下方時(shí)，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(lái)越薄、顯示界面越來(lái)越大，而本文的研究符合這一發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)減小受限空間內(nèi)坐姿高臺(tái)控制臺(tái)外觀尺寸有著重大的意義。此外，將這一研究結(jié)論應(yīng)用在人機(jī)布局中，可以緩解長(zhǎng)時(shí)間注視顯示器工作人員的頭部關(guān)節(jié)疲勞，對(duì)于提高工作效率有著一定的幫助。由于操作顯示器時(shí)的人的舒適度模型比較復(fù)雜，文章只是從頭部關(guān)節(jié)舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)，沒(méi)有考慮視覺(jué)疲勞、心理模型等多種因素，因此評(píng)價(jià)模型還有待完善。

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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?yàn)槿恕獧C(jī)—環(huán)境系統(tǒng)工程。

TB18

A

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