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第14章 信息显示(1)

信息的执行一方面依赖于信息的控制,另一方面则通过信息的显示,将信息表达的电信号转化为智能行为者(如人、动物等)可接受的形式,如声音、文字、图形、图像等,从而提供可决策的信息,起到"信息执行"的作用。

信息显示研究如何采用有效的手段将信息处理的结果直观、迅速地传输给人的大脑,即把电信号转换成文字、图形、图像、语音等形式,通过智能行为者对信息的理解起到信息执行的作用,从而形成有效的"信息表示"方法。这里,人们注意到。"显示"本身有专指图形、图形的意思,而人们将声音等也作为一种显示形式。

下面先给出信息显示的基本原理,然后讨论信息显示的作用形式,最后给出信息显示的基本方法。

信息显示的基本原理.信息显示的模态生活在客观世界中的人,每时每刻都要从外部世界获得信息。人类感知外界信息依靠眼、耳、鼻、舌、身(皮肤)所具有的视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉。人的感觉组织接受的刺激实际上是一些能量形式,如光、声、热、机械压力和化学能量。大多数典型的原初信息来源是一些客体事件或环境的状况,从这些原初来源来的信息可能直接作用于人们,也可能是通过一些中介机器或设备(比如,雷达、望远镜)间接地作用于人们。随着生产技术的发展,生产自动化的发展,信息的原初来源越来越多地是间接的呈现形式。

研究表明,人的各种感觉器官从外界获得的信息中,视觉占60%,听觉占20%,触觉占15%,味觉占3%,嗅觉占2%。由此可见,视、听二者占据了人接收信息总量的80%,这也就是人们常说的"耳闻目睹"的重要性。俗话说,"百闻不如一见",又进一步强调了视觉的重要性。因此,人们收集的信息经过处理后往往要转换(或者说再生)为文字、图形、图像、语言等形式,以便人们相互之间的交流。计算机收集的信息经过处理后要经过显示、打印、绘图。语音等手段输出,供给人们观看或收听。人们不仅要把各种非电量信息(如声、光、热、力等)用传感器转换成电信号,而且还要进一步把各种电信号以文字、图形、图像的方式显示出来,使人们能感知信息。下面分别从视觉、听觉、触觉、嗅觉等4个方面说明信息显示的基本原理。

信息的视觉显示信息的视觉显示是通过显示器如仪表、信号灯、荧光屏来呈现的,这些显示器的设计需要适合人眼的特点以及人的操作特点。视觉活动始于光,眼睛接收光线,转化为电信号。光能够被物体反射,并在眼睛的后部成像。眼睛的神经末梢将它转化为电信号,传递给大脑。眼睛的结构如图23所示。

图23眼睛的结构图在视觉显示中,仪表是出现最早而且应用最广泛的一种显示器。它不仅应用在日常生活中(如钟表、电表等),在工厂、军舰、飞机上更是不可缺少。随着飞机系统的复杂化,仪表的应用也就越来越广泛,越来越重要。仪表的职能就是呈现信息,呈现的信息清晰,就有利于人的正确判读,提高工作效率,否则不仅会降低工作效率而且因读错仪表而引起事故。

信号灯是传递信息的重要手段,在交通运输,生产活动以及日常生活中应用极其广泛。在飞机、车辆、轮船、交通上用它来控制各种车辆的行驶,提供引导的信息。例如,飞机着陆时,从飞行员看到机场,直到安全地到达停机地点,共需9种照明设备,按使用的先后顺序是机场位置信标灯、进场信号灯、目视过场坡度指示灯、界限灯、着陆区域灯、跑道中线灯、跑道边线灯、滑行道灯和停机坪灯,这些信号灯向飞行员传递各种信息,保证安全着陆。由于信号灯即引人注目又简单明了,因此目前飞机仪表板上不仅使用多种信号灯,而且采用信号灯盒(即把许多灯组合在一起),如歼击机的仪表板上用6个信号灯盒,显示87种不同色彩的灯光字符信号。

荧光屏为多种类型的信息形象化显示提供了一种方便手段。随着电子技术的发展,用荧光屏显示信息越来越广泛了,最常用的荧光屏有雷达、电视、示波器。人们用雷达显示器来指挥射击、进行空中交通管制、导航和投弹瞄准;用电视屏幕作为"综合显示"、"形象化显示"的手段,把许多仪表显示的信息综合在一个电视屏幕上,用示波器进行电子学试验和监控仪器等。

信息的听觉显示现代工业社会中,听觉信号给人很多益处。听觉传导系统可分成两大类,声音警觉系统(电铃、汽笛、警铃等)和言语通信系统。听觉由空气中的振动或声波引起的,耳朵接收并传播这些振动到听觉神经。它的主要结构如图24所示。

言语既是输出(从发话人角度说),又是输入(从听话者而言)。在一般言语通信交往环境中,言语的传递和接收都没有问题,但言语传递受到噪声、通信系统(电话、国际通信系统)和听者的听觉能力的不适等影响。在通信交往是特别关键的地方,例如在机场控制塔中进行通信交往时这个问题就尤其重要。在设计言语通信系统的过程中,人们需要建立标准,使系统符合言语接收的要求,例如,在机场控制塔系统中,言语的可理解性更为重要;在家庭电话系统中,重要的是能再认出嗓音来,亦即逼真度或质量就更为重要。为确定这类标准,设计者应当考虑言语通信系统的各个"组成成分"。这些成分包括被传递的信息、发话者、传递系统以及听话者。

图24人耳的构造图(3)信息的触觉显示皮肤感觉分为触压觉、温度觉(冷觉和热觉)和痛觉。各种感受器在皮肤上呈点状分布,外界物体接触及皮肤表面引起触觉。触点在身体不同部位的分布是不同的,触觉的感受性亦因身体部位的不同而不同。一般来说,指尖、舌尖触觉感受性最高、腰处感受性较低。借助触觉,手能反映物体的形状和空间位置,亦能反映物体表面特性。

大部分触觉显示器是用手和手指作为信息的特定接收器,但并不是手部所有部分都有相等的触感受性。触感受性的测量是两点阈,即能感觉皮肤上面的刺激间最小距离。测定结果表明,从手掌到指尖,触感受性增加(两点阈减少)。这就要求很好辨认的显示器,最好设计成由手指尖接受刺激。触感受性亦由于低温而降低,所以在低温中用触觉显示器要格外谨慎。

信息的嗅觉显示嗅觉显示器尚没有普遍应用。由于人们在对各种气味的感受性上有很大差异,嗅觉有明显的适应性,不通气的鼻子的感受性下降等原因,所以人们不能依赖气味作为可靠的信息。但是尽管有这些问题,嗅觉显示器仍有一些应用。主要是作为警报装置,例如,煤气公司在天然煤气中加进一种气味,这样人们可以觉察家里的煤汽渗漏。另一个例子是嗅觉显示器用气味作为危急信号,在美国几个地下铁矿里采用一种恶臭系统,在危急情况下给矿工发出信号撤离矿井,气味释放进矿井的通风设备很快就通进矿井。这是嗅觉显示器的优点,它可以渗入视觉和听觉显示器不能达到的广大区域。

嗅觉显示器将来也可能不会被广泛应用,但它们代表了一种独特的信息显示器,它可以与非常特殊的情况相联系去增补传统的显示器形式。

此外,还有多种其他的信息显示形式,总结为下表。不同剌激形式的显示感官刺激〖〗说明〖〗显示装置视觉〖〗感知可见光〖〗图像生成系统,光学或最示屏听觉〖〗感知声波〖〗计算机控制的声音合成器,耳机或喇叭嗅觉〖〗感知空气中化学成分〖〗气味传递装置味觉〖〗感知液体中化学成分〖〗尚未实现触觉〖〗触觉〖〗皮肤感知的触摸、温度、压力、纹理等〖〗触觉传感器(弱力或温度变化)力觉〖〗肌肉、关节、腱感知的力〖〗中到强的力反馈装置身体感觉〖〗感知肢体或身躯的位置和角度变化〖〗数据衣服前庭感觉〖〗平衡感知,由内耳感知头部的线性加速度和角加速度〖〗动平台虽然通过末梢刺激人们可以直接感知许多信息来源,但是当信息对末梢刺激超出人们的敏感范围,或某种活动的需要间接地呈现刺激,必须借助于感觉仪器并转换成人们知觉的编码形式来感知。显示的基本原理是采用电子的、光学的或其他手段去放大太远、太小、没有足够的强度、处于过分的噪声中的刺激,缩小太大的刺激(如巨大的陆地转换成地图)。当刺激远远超出人的感觉限度,将其转换成另一种能量(用收音机或电视)、转换成另外的形式,使人能感知到比人可以分辨的刺激更精确(如温度、重量、声音)的信息。当一种刺激转换成另一种形式可以被感觉得更好或更方便(如表示数量资料的图表)时,进行模式转换。当事件或环境的信息需要人们高度注意(如紧急情况,道路标志危险状况)时,需要高强度刺激。

.信息显示的表达方式信息的显示包含上述的不同模态,同时,信息显示也可以采用以下两种表达方式。

显示方式的静态和动态方式动态显示器是连续变化的或是随时间变化的有以下类型:

①以单片机(微控制器)为核心的初级嵌入式系统。

②描述一些变量的状态或状况,如温度和压力量表,测速器、测高器。

③阴极射线管显示器(CRT),如雷达、声纳器、电视、无线电放射机。

④呈现有意识转换的信息的显示器,如电唱机、电影。

⑤用于帮助使用者去控制或安排一些变量的显示器,如烘箱的温度控制(有一些仪器既是显示器又是控制器,特别是用这种仪器去调整时更是如此,如烘箱控制器)。

静态显示器是保持固定的,如信号、图表、线条、标记和各种印刷书写材料。显示器与所呈现的信息之间没有绝对的一对一的关系,有些特殊的显示器可以呈现两种或更多种信息。1990年,Young、Howes和Whittington指出,著名的GMOS模型〔目标(Goals)、操作(Operation)、方法(Methods)和选择规则(SelectionRules)〕中的控制很大程度上是通过用户内部的知识结构完成的,显示不作为一种控制信息的来源。而Mayes的研究中,显示可能在控制图形用户界面交互过程中占据更加中心的地位,这种观察的结果激发了基于显示的交互模型的尝试。

显示呈现的主要信息类型①数量信息。显示器反映了某种变量的数量,如温度和速度。大多数情况下,这种变量是动态的,但在一些情况下也可能是静态的(如呈现在计算图表和表格上的信息)。

②质量信息。显示器反映近似值,变化的比率、变化方向或某些可变变量的其他方面。这种信息通常是推断某种质的参数,而不是为了得到一个量的值。

③状态信息。显示器反映一个系统的状态或状况,例如,"开—关"指示器;反映状态的限制的一种指示,例如:"停止—警惕—走的信号";某种独立状态的指示,如一个电视频道。

④警告和信号信息。显示器指出危急或不安全状态,或指示某种事物(或状态)的出现或消失(飞机与雷达)。这类显示器呈现可以是静态的,也可以是动态的。

⑤表象信息。某些显示器可以呈现动态表象(如电视、电影,示波器显示的心率),也可以表现静态信息(如照片、地图、图表)。

⑥识别信息。显示器通常去确认某种状况条件和物体,例如,确认危险,交通通路。识别通常是一种编码形式。

⑦文字数字式和符号式的信息。显示器呈现词、数字和有关的各种形式的编码信息,例如,信号、标记、标语、音符、印刷材料,包括盲文印刷材料及计算机打印。这类信息通常是静态的,但在某些情况下它可能是动态的,例如在建筑物上由移动的光呈现的标语。

⑧时相信息。显示器呈现搏动或时相信号,也就是按信号的持续时间、信号内的间隔来控制这些信号,例如,摩尔斯电码和闪光通信。

信息显示的作用如将人的每种感知觉视为一个通道,那么不同通道的信息传递效率是不同的。这可能与两个因素有关,一是不同通道的反应时间不同;一是同通道的辨认能力不同。信息显示的作用就是通过不同的通道传递给人。这里讨论信息显示作用的主要出发点是信息显示对人等智能行为者提供的辅助决策、控制制约等作用。一般地,信息显示的作用是与整个信息系统的目标相联系的。但概括起来,信息显示的作用可归于信息的执行,或者说是信息的语义表达。下面从几个方面说明信息显示的作用。

信息显示的作用大体可以分为主动执行和被动执行两个方面。主动执行是指信息显示后,要求信息的接受者(可用是高等智能体,也可以是智能机器人等)必须给出恰当的回应。这里,以Web邮件系统给出显示的信息,要求用户必须提供用户名和密码等信息才能登录个人邮件系统。这种情况下,Web邮件系统所显示的计算机界面,关键的包括用户名、密码等输入信息就可以认为是信息的主动执行作用。

另一方面,信息系统完成信息的控制和执行作用,通常需要显示必要的信息,以驱动信息接受者的执行。但是,这种情况下,信息的接受者可以进行选择,考虑是否按照信息系统的本身目的和要求采取措施,或者采取其他的行为。例如,交通信号灯的控制,常识上,灯的不同颜色表达的不同含义。但是,很多时候,在红灯的时候,如果此时没有车辆行驶,人们当然可以选择按照红灯的指示含义,停下来;也可以在虽然有红灯的情况下走过去,这显然是基于人们自身的判断。也就是说,无论红灯、绿灯并没有强制人们必须执行,而只是一种选择(当然要受到约束)。

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