动态模拟飞行平显信息的彩色效应研究
更新日期:2017-12-20     来源:航天医学与医学工程   浏览次数:173
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视觉显示是现代武器装备最为重要的人机交互显示界面。为了使操作人员能够快速和准确地获取所需的视觉信息,在进行视觉信息的显示时,需要采用不同的形式对信息予以编码,包括颜色编码、形状编码、大小编码等等。显然,颜色编码是视觉信息的重要编码方式之一。有研究比较了颜色编码与形状编码之间的绩效差异。结果表明,颜色编码优于形状编码【1】;彩色编码在缩短视觉搜索时间上比形状编码更有效,且受字符大小和照明条件的影响也比形状编码小,因此尤其在小字符显示时,彩色编码对于视线的吸引和定位比形状编码更具优越性【2】。根据人的知觉特性,在感知复杂显示界面时,与其它对象具有明显差异的目标,更易引起人们的注意,体现为人们对这类目标的搜索时间更短,搜索的准确度更高,尤其对于图形显示材料,颜色突显对视觉搜索作业绩效的促进作业非常明显【3】。
在具有海量信息的显示界面上,对视觉信息进行科学、合理的颜色编码,便于提高操作人员的观察和辨认准确率,使其在搜寻、计数和定性判断等任务中取得良好绩效,同时也能保护其视觉和心理功能,营造良好的工作环境,产生美感,减少疲劳,提高系统的整体效率【4】。
平显是现代军用飞机(尤其是歼/强击机)的主显示器之一,飞行员在整个作战和飞行过程中,均需通过该显示界面获取飞机重要信息和战场态势信息,因此其信息显示的合理设计就尤为重要。传统的平显系统,由于实现技术的原因,主要为单色(绿色)显示,即所有信息均显示为绿色。在实际使用过程中,飞行员普遍反映这种单色显示在很多情况下不利于信息的最有效获取,如在低空超低空飞行条件下,外界背景可能为绿色(如森林),平显信息叠加其上时就很难识别;在晴朗多云的白天飞行,平显信息将叠加在蓝天白云背景上,造成前景信息与外界背景对比度差,所需信息不突出,识别困难。
在未来空海天作战一体化的需求之下,飞行员所面临的作战要求更高、认知负荷更重,随着像源性能和光导技术的发展进步,作为主飞行信息显示载体的平显系统,实现信息的彩色化显示已成为可能。如能将作战任务条件下所需的关键信息,如目标威胁信息、飞机姿态信息、告警信息等,以不同的颜色进行编码,使传统单色平显界面变成彩色显示界面,有可能会大大增强关键信息的可觉察性、可辨别性、以及与人的行为习惯的兼容性,给飞行员提供更为有利的信息捕获线索,从而提高视觉工效,最终提高飞机的综合作战效能。
其实早在上世纪80年代开始,国内外便开始探索彩色平视显示系统的设计【5】。90年代便有研究探索彩色武器符号在头盔显示中的优势【6】。目前,国外军用飞机高级头显系统已实现了彩色显示。高端民用轿车也实现了彩色车载平显系统。因此,平显系统的彩色显示技术已经成熟。但具体到作战飞机平显信息的彩色化显示,目前尚未检索到相关研究报道。因此,本研究就平显系统单色与彩色显示效果进行探索。
1方法
1.1 试验材料与设备
1.1.1试验材料
《平显单色与彩色显示飞行绩效试验程序》1套。该试验程序包括四个模块,分别为:①背景信息模块,采集受试者背景信息;②练习模块,为受试者提供类似于正式试验的练习任务,使其熟悉试验任务和整个试验流程;③试验模块,含单色(绿色)、双色(绿色+洋红色,绿色+琥珀色)、三色(绿色+洋红色+琥珀色)动态平显画面模拟飞行程序,同时,画面背景分为白天和夜间。受试者分别完成常规巡航的模拟飞行任务。之后,呈现显示画面的主观评价界面;④数据管理模块,对试验数据进行记录、存储和导出。
1.1.2试验设备
模拟飞行操纵装置(Saitek x52)2套,含驾驶杆和油门杆。
笔记本电脑2台,鼠标2只。规格型号及其各项配置均相同。
1.2 受试者
战斗机飞行员54人。年龄(32.78±5.94)岁;平显飞行时数(587.00±567.09)小时。
1.3 试验方法与步骤
采用人机对话的个体测试形式。
受试者首先在试验程序中填写背景信息,之后进入练习,目的在于熟悉整个试验方法、任务形式和注意事项,以及掌握模拟驾驶杆、油门杆和试验程序之间的配合关系。练习任务固定为单色(绿色)显示、白天背景的常规巡航任务,每人练习两遍;练习完成之后,进入正式测试阶段,即完成8项动态画面程序的模拟飞行任务。每项任务结束后,飞行员均需完成对该显示画面的主观评价。
试验程序自动记录受试者的任务完成指标和主观评价结果。
1.4 数据处理
采用SPSS19.0软件对试验数据进行统计处理。差异性检验采用两因素完全重复测量的方差分析。
整个试验的自变量为不同颜色配置方式(4种颜色配置)×不同画面背景(昼夜2种背景);因变量为模拟飞行任务绩效指标(高度差、速度差、航向差、任务总时间)及对画面的主观评价结果。
经数据浏览和分析,模拟飞行任务绩效指标主要呈偏态分布。因此,在进行描述性统计时,用中位数(即P50)表示其集中趋势;在进行差异显著性检验时,先将各因变量数据取以10为底的常用对数,可看出数据变成了正态分布,然后再进行重复测量的方差分析。同时,经相关分析表明,平显飞行时数与各绩效变量呈显著相关,表明平显飞行经验的多少与模拟飞行任务绩效关系密切。因此,重复测量方差分析时将平显飞行时数作为协变量,以消除其影响作用。