主/次显示器视距设计对头部关节舒适度的影响

姬丽静，王延琦，夏宝清，谭力龙，罗思源，杨巧丽

(兵器工业卫生研究所，陕西 西安 710065)

主/次显示器视距设计对头部关节舒适度的影响

姬丽静，王延琦，夏宝清，谭力龙，罗思源，杨巧丽

(兵器工业卫生研究所，陕西 西安 710065)

以视平线可与显示器中心重合为准，分别探讨显示器中心在视平线上方、下方时不同视距对头部关节舒适度的影响。实验自变量为视距(眼睛与显示器中心的水平距离)，因变量为头部关节舒适度。实验结果显示：1)显示器中心在人视平线上方时，头部舒适性状态始终处于不舒适状态，此时视距与人的头部舒适性关系成正比，即视距越大，头部舒适性越好；2)显示器中心在人视平线下方时，头部关节舒适状态始终处于正常范围，舒适性程度随视距增大而减小。

视距；Porter模型；头部关节舒适度

长期注视显示器(每天大于6h)会出现以视觉症状为主的一系列表现，最常见的为视觉疲劳和眼睛干燥，其他有眼部刺激感、眼部充血、视物模糊等，眼部以外的症状有头痛、颈肩背酸痛等，出现上述一种或几种症状，即可称之为视频终端综合征(Visual Display Terminal，VDT)[1]。目前，国内外对因使用显示器引发的疲劳性、舒适性研究较多，一般是从工学、医学、心理学角度对视觉疲劳及绩效进行研究[2-6]，方法以生理测量法、主观测量法、主任务测量法[3]为主，关于眼部以外的症状研究，如注视显示器对颈椎、脊椎的影响则较少。

视距是指人在操作系统中正常的观察距离，一般操作的视距范围在380～760mm之间[7]，21寸显示器的视距范围为750～1 000mm[8]，这些是适用于纯平显示器给出的设计依据，而针对现在已普及的体积小、尺寸薄的液晶显示器，从工效学角度来看已不能满足要求；另外，一般推荐的视距范围是区间值，没有探讨区间值之内视距与舒适度之间的关系。因此，本文借助JACK软件中的Porter舒适度评价模型，探讨不同视距时，注视主、次显示器与头部关节舒适度之间的关系，为缓解长时间注视显示器作业人员的头部关节疲劳，以及更为合理的人机布局提供依据。

采用计算机辅助人机工程学软件进行实验有以下优势：1)节省实验时间及实验成本。2)确保自变量与因变量之间的准确变化关系，即不受生理上的差异性、视觉疲劳、心理素质等多因素的影响。

1 研究方法

1.1受试者

实验探讨不同视距下，操作人员头部舒适性与视距之间的关系，因此将视距作为自变数，将其分为4种标准，考虑因功能需求常常需要安置2个显示器——主要显示器(一般布置在视线下方)与次要显示器(一般布置在视线上方)，所以本次实验将以视平线可与显示器中心重合为准，分别探讨显示器中心在视平线上方、下方时，不同视距对头部关节舒适度的影响。在本次实验中采用中国成年人(男子)第95百分位人体尺寸构建虚拟人，选定虚拟人为坐姿-注视集中状态，通过“snap to”功能将人眼聚焦于显示器中心。

1.2实验设计

以Porter模型分析操作人员注视显示器中心时，不同视距与人头部舒适度的关系，分为如下几个实验步骤进行。

步骤1,假设人眼所观察的是21寸显示器，设定允许范围内的不同视距标准：750mm、800mm、850mm、900mm，人机工程学中建议的视距范围是750mm～1 000mm[8]。图1所示为探讨视距与头部舒适度关系的实验示意图。

步骤2,构建虚拟场景。打开JACK软件，首先创建“21寸虚拟显示器”、“虚拟人”，调整二者的位置关系，搭建显示器与人工作关系的虚拟场景。

步骤3,模拟显示器分别在操作人员视平线上、下方时，不同视距下的虚拟场景，记录视距与人眼的距离分别为750mm、800mm、850mm、900mm时头部关节的数值。图2所示为模拟显示器中心在人视平线下方时的实验截图。

关于JACK软件Comfort Assessment中Porter模型的描述如图3所示。图中，“Mode”值表示舒适度的最优值，以坐标零点垂直方向的纵轴为中心，当“Mode”值趋向轴的左方或右方时，舒适度变差，当“Mode”值在“Low”值至“High”值区间范围内，舒适状态显示为绿色，人体的舒适性在合理范围之内；当“Mode”值超出“Low”值或“High”值时，

舒适状态显示为黄色，人体有明显的不舒适性；Angle value Relative to mode(AVRTM) 表示计算值同最优值之间的差值，差值越小，舒适度越好[9]。

1.3实验分析

JACK软件舒适度分析模块是基于舒适的研究去估计如何让设计方案更能满足用户的需求，对特定姿势下某些关节的弯曲进行分析，包括Porter、Krist、Grandjean、Rebiffe、Dreyfuss 2D、Dreyfuss 2D共6个舒适度模型[10]，以上所述评价模型是依据科研人员的实验结果而构建的，对现实情况具有指导意义。实验采用Porter模型进行实验，Porter模型的“Mode”值是通过对55个驾驶员最佳舒适姿势下关节角度的测量得到的，最优值以“Mode”值作为参考，随着偏离此值舒适度减小。使用JACK软件Comfort Assessment模块中的Porter(1998)模型提供的舒适度分析工具，记下不同视距下的舒适度值，对虚拟人物的头部舒适度进行分析，数据见表1，对应图1中所示实验的结果。

根据表1中的数据得到合理范围内数据视距与舒适度的关系图,如图4所示。

1.4结果

从1.3节中可以看出，视距(眼睛与显示器中心的水平距离)与人体头部舒适性有着一定的联系。当显示器中心在视线上方时，头部舒适性状态始终处于不舒适状态，此时视距与人的头部舒适性关系为视距越大，头部舒适性越好，因此在显示器设计中允许的视距范围内，应采用最大视距设计上方显示器；当显示器中心在视线下方时，头部关节舒适状态始终处于绿色正常范围，舒适性程度随视距增大而减小。

2 应用与讨论

从视距与头部关节舒适性的实验可知，当布置人与主要显示器/次要显示器位置时，可以遵循各自的设计原则，而如果需要同时布置主要显示器、次要显示器时，应遵循次要显示器的设计原则，因为显示器中心在视线下方时，虽然舒适性程度随视距变大依次减小，但是头部舒适状态始终处于绿色正常范围。目前，显示器由CRT显示器逐渐向液晶显示器转型，厚度越来越薄、显示界面越来越大，而本文的研究符合这一发展趋势，对减小受限空间内坐姿高台控制台外观尺寸有着重大的意义。此外，将这一研究结论应用在人机布局中，可以缓解长时间注视显示器工作人员的头部关节疲劳，对于提高工作效率有着一定的帮助。由于操作显示器时的人的舒适度模型比较复杂，文章只是从头部关节舒适度进行评价，没有考虑视觉疲劳、心理模型等多种因素，因此评价模型还有待完善。

[1] 尤宇一.视屏终端综合征的病理生理研究进展[J].眼科研究，2007，25(7)：554-556.

[2] 邵毓.短时期VDT作业对眼调节参数的影响[D].杭州：浙江大学，2009.

[3] 陈成明，王慧，周健，等.VDT视觉疲劳及其测量方法综述[J].人类工效学，2013，19(2)：92-95.

[4] 王艳.VDT作业疲劳分析及其改善措施的研究[D]. 西安：西安建筑科技大学，2009.

[5] Mocci F，Serra A，Corrias GA.Psychological fractors and visual fatigue in working with video display terminals[J].Occup Environ Med，2001，58(4)：267-271.

[6] Lai Y K， Ko Y H. Visual performance and visual fatigue of long period Reading on electronic paper displays[J]. Journal of Ergonomic Study，2012，14(2)：119-126.

[7] 丁玉兰. 人机工程学[M]. 北京: 北京理工大学出版社，2006.

[8] 童时中. 人机工程设计与应用手册[M]. 北京: 中国标准出版社，2007.

[9] 姬丽静，王小平，于明玖，等. 车载控制台显控装置的人机尺寸优化分析[J].机械设计与制造，2013(4):62-65.

[10] 钮建伟，张乐，李险峰. JACK人因工程基础及应用实例[M]. 北京: 电子工业出版社， 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

姬丽静(1988—)，女，山东聊城人，兵器工业卫生研究所助理工程师，硕士，主要研究方向为人—机—环境系统工程。

TB18

A

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