CN112906346B - 一种工程机械显示器字符大小设计系统及方法 - Google Patents

一种工程机械显示器字符大小设计系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工程机械显示器字符大小设计系统及方法，该设计方法的步骤为步获取预测字符高度、以预测字符高度为基准进行转曲处理，确认测试所需的N种字符高度；设计实验测试方法，包括视觉刺激材料设计、刺激呈现机制设计以及记录方式设计的确认，之后执行所设计的实验，收集基于所获取的所述辨识时间和所述辨识正确率得到的辨识效率评分，并在测试结束后获取测试者对的字符清晰度和眼睛舒适度的评分指标；最后对所手机的数据进行综合测试评分分析获取最小可接受字符高度。通过本发明所确认的字符大小应用在工程机械的显示器中能够实现减轻用户的认知负荷，降低用户视觉疲劳，提升用户体验的目的。

Description

一种工程机械显示器字符大小设计系统及方法
技术领域
本发明属于工程机械应用显示器领域，具体涉及一种工程机械显示器字符大小设计系统及方法。
背景技术
随着信息化进程的加快，人工智能、远程控制、无人驾驶等技术逐步成熟，显示器在工程机械作业过程中信息的显示、机器的操控中占据越来越重要的位置。在工程机械作业过程中，机手主要依靠视觉通道接收报警信息和作业指令，字符作为视觉信息的重要组成部分，在显示器界面上的辨识绩效直接影响机手的决策速度与准确性，因此对作业的辨识效率、视觉舒适性和安全性具有重要影响。
工程机械领域，由于产品众多，驾驶室种类众多，使用场景较为复杂，使得移动端、汽车、印刷等领域的文字设计规范并不适用工程机械领域。由于缺乏完善的设计规范和标准，目前主要依靠设计师、编程人员、电气开发的个人审美展开设计，缺乏理性、逻辑性和统一性。忽视了产品使用者的用户体验，没有建立用户与产品之间的联系，往往为用户带来了不好的使用感受，界面文字的清晰性、可读性没有保障。如何合理、科学的设计工程机械显示器字符大小，提高工程机械显示器可读性、易读性是目前需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的工程机械用显示器所显示的字符大小无法保证用户体验度情况，本发明提出一种工程机械显示器字符大小设计系统及方法。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种工程机械显示器字符大小设计方法，包括以下步骤：
步骤1：测量视距D，以获取的视距D为需求约束数据，通过数学计算和仿真测试两种方法进行平行预测，通过对比以两种方法的较大值作为预测字符高度；
步骤2：以预测字符高度为基准进行转曲处理，选取转曲后高度与所述预测字符高度最接近的N种字符高度；
步骤3：设计实验测试方法：包括视觉刺激材料设计、刺激呈现机制设计以及记录方式设计，其中：所述视觉刺激材料设计为基于步骤2所确定的N种字符高度，将同一字符以阵列呈现，并在阵列中插入一个与阵列中字符形近的异常字，同一阵列中的字符高度相同；
所述刺激呈现机制设计包括所述异常字在阵列中的出现次数和在阵列中出现的位置，及出现的概率的随机性；
所述记录方式包括记录测试的辨识时间和辨识正确率；
步骤4：执行步骤3所设计的实验，收集基于所获取的所述辨识时间和所述辨识正确率得到的辨识效率评分，并在测试结束后获取测试者对的字符清晰度和眼睛舒适度的评分指标；
步骤5：综合测试评分数据，构建N×3矩阵数列，之后依次通过熵值法计算权重w，通过加权法得分矩阵T＝P*W，对加权得分矩阵进行求和，得到加权总分Q，之后根据所获得的加权总分Q进行可视化处理，获取数据拐点，所述的拐点对应于目标设计的最小可接受字符高度。
作为本发明的进一步改进，所设计的字符包括汉字、英文、和数字三种类型，所述设计方法包括分别对不同类型的字符分别按所述步骤1-所述步骤5进行测试获取所述最小可接受字符高度。
作为本发明的进一步改进，步骤1中，采用所述数学计算对所述汉字、英文和数字的字符高度的进行预测的计算公式分别为：
H汉＝0.005*D+2.06、H英＝0.0035*D+1.5548、H数＝0.0026*D+1.407。
作为本发明的进一步改进，步骤1中，所述仿真测试为采用仿真软件Ramsis对字符高度的进行预测。
作为本发明的进一步改进，所述N≥5。
作为本发明的进一步改进，步骤3，所述视觉刺激材料中的阵列以6*6的阵列呈现。
作为本发明的进一步改进，步骤3，所述刺激呈现机制中，所述异常字符在所述阵列中出现的次数为一次，出现的位置为阵列中的任一位置，出现几率随机。
作为本发明的进一步改进，步骤3，所述记录方式还包括依据所述刺激呈现机制如何记录测试结果。
本发明还提供了一种工程机械显示器字符大小设计系统，包括字符高度预测模块：被配置为测量视距D，以获取的视距D为需求约束数据，通过数学计算和仿真测试两种方法进行平行预测，通过对比以两种方法的较大值作为预测字符高度；
字符高度确定模块：被配置为以预测字符高度为基准进行转曲处理，选取转曲后高度与所述预测字符高度最接近的N种字符高度；
实验测试设计模块：包括视觉刺激材料模块、刺激呈现机制模块以及记录模块，其中：
所述视觉刺激材料模块，被配置为基于所述字符高度确定模块所确定的N种字符高度，将同一字符以阵列呈现，并在阵列中插入一个与阵列中字符形近的异常字，同一阵列中的字符高度相同；
所述刺激呈现机制模块，被配置为设计包括所述异常字在阵列中的出现次数和在阵列中出现的位置，及出现的概率的随机性；
所述记录模块，被配置为记录方式的设置和记录测试的辨识时间记录模块和辨识正确率记录模块；
实验测试模块，被配置为执行实验测试设计模块设计的实验，收集基于所获取的所述辨识时间和所述辨识正确率得到的辨识效率评分，并在测试结束后获取测试者对的字符清晰度和眼睛舒适度的评分指标；
数据分析模块，被配置为综合测试评分数据，构建N×3矩阵数列，之后依次通过熵值法计算权重w，通过加权法得分矩阵T＝P*W，对加权得分矩阵进行求和，得到加权总分Q，之后根据所获得的加权总分Q进行可视化处理，获取数据拐点，所述的拐点对应于目标设计的最小可接受字符高度。
作为本发明的进一步改进，所述实验测试模块还包括视距工装模块，被配置为执行实验测试时，根据确定的测试视距D固定测试人员的眼睛与测试呈现设备的距离。
本发明的有益效果：
(1)本发明可实现多种驾驶室、多种视距条件下的字符大小的测试确定，通用性、有效性强。
(2)本发明解决了设计过程中欠缺依据、缺乏理性的难题，保证了显示器界面文字的可读性、美观性、科学性。
(3)通过本发明所确认的字符大小应用在工程机械的显示器中能够实现减轻用户的认知负荷，降低用户视觉疲劳，提升用户体验的目的。
附图说明
图1为本发明的字符设计的逻辑流程图；
图2为本发明的系统的模块结构示意图；
图3为所设计的一种实施例的刺激材料。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1-2所示的本发明所开发的用于设计工程机械显示器字符大小的系统及所包含的方法是基于以下逻辑进行开发研究的，具体的步骤为：
步骤1：测量视距D，以获取的视距D为需求约束数据，通过数学计算和仿真测试两种方法进行平行预测，通过对比以两种方法的较大值作为预测字符高度。
(1.1)对于视距D的测量，在本方法的实施过程中，根据驾驶室人机布置可及性的要求，显示器布置在5-95百分位用户最大手可伸及的位置，测量此时眼睛到显示器的距离，作为约束数据，用于约束字符大小数据。该约束数据作为字符大小的设计前置条件，指显示器到用户的视觉距离对字符大小的要求。
(1.2)预测字符高度的获取过程：
(1.2.1)将步骤1所得约束数据代入字符高度与视距的计算公式，经过计算，得到视距D下建议的字符高度数据。
计算公式如下：
汉字的公式：H汉＝0.005*D+2.06
英文的公式：H英＝0.0035*D+1.5548、
数字的公式：H数＝0.0026*D+1.407。
(1.2.2)仿真测试获取视距D下建议的字符高度数据为：将步骤1所得约束数据输入仿真软件Ramsis，在软件中输入设定视距D，将对应于中文、英文、数字各自的模拟字符投影到虚拟显示器中的情况，通过软件自带的测量工具，分别量取屏幕上显示的中文、英文、数字的高度。
(1.2.3)将采用数学计算与仿真测试获取的字符高度进行平行预测，即将通过两种不同方式得到的字符高度数据进行两两对比，并以相对较大的值作为预测字符高度。
步骤2：以预测字符高度为基准进行转曲处理，选取转曲后高度与所述预测字符高度最接近的N种字符高度，形成基础数据。
在本发明的实施例中，选取转曲后高度与预测字符高度最接近的5种字符高度，分别形成字5组基础数据。
步骤3：设计实验测试方法：包括视觉刺激材料设计、刺激呈现机制设计以及记录方式设计，其中：
(3.1)所述视觉刺激材料设计为基于步骤2所确定的5种字符高度，将同一字符以阵列呈现，并在阵列中插入一个与阵列中字符形近的异常字，同一阵列中的字符高度相同。具体的可参加图3所示的一种实施例所给出的刺激材料。
(3.2)所述刺激呈现机制设计包括所述异常字在阵列中的出现次数和在阵列中出现的位置，及出现的概率的随机性。
参见图3，刺激材料以6*6的阵列呈现，每个阵列中只出现一个异常字。例如汉字选择的字符为“构”字，异常字符选择形近的“购”或“钓”。数字选择的字符为“8”，异常字符选择形近的“3”或“9”。英文字母选择的字符为“D”字，异常字符选择形近的“O”或“C”。
进一步的，刺激材料的呈现方式还包括异常字符在这列中的上、下、左、右任一方位以等概率顺序随机出现。
当一组测试结束后，会自动呈现下一组材料。
(3.3)所述记录方式包括依据所述刺激呈现机制设定如何记录测试结果，以及记录测试的辨识时间和辨识正确率。
关于如何记录测试结果，以上述所举的刺激材料为例，对于汉字，“购”字按G键，“钓”字按D键；数字字符为，3对应数字3键，9对应9键；英文字母字符为，O对应数字O键，C对应C键。之后系统自动记录辨识时间与辨识正确率。
步骤4：执行步骤3所设计的实验，收集基于所获取的所述辨识时间和所述辨识正确率得到的辨识效率评分，并在测试结束后获取测试者对的字符清晰度和眼睛舒适度的评分指标。
该实验的测试是在光照条件充足的实验室进行，被试坐在模拟驾驶室内，通过视距工装设备固定测试人员的眼睛与测试呈现设备的距离，被试对测试呈现设备进行充分视觉适应后实验开始。被试根据指导语对视觉刺激材料进行辨识，并通过记录设备做出反应，直到实验结束。
客观的数据由系统自动收集，对于其它数据，则按照如表1所示的李克特量表对清晰度数据、眼睛舒适度数据两个指标进行打分，评分从为1-2-3-4-5五级，一星为一分，五星为五分。
表1：李克特量评价表
Figure BDA0002939585370000061
将所得到的数据按照表2的形式进行记录：
表2：测试结果记录表
Figure BDA0002939585370000062
步骤5：综合测试评分数据
具体的分析过程如下：
(5.1)首先，对应于表2所记录的结果数据，以5×3矩阵数列呈现
Figure BDA0002939585370000063
之后依次通过熵值法计算权重W＝[W1，W2，W3]。
然后，通过加权法得分矩阵T＝P*W
Figure BDA0002939585370000071
最后对加权得分矩阵进行求和，得到加权总分Q＝Q1+Q2+Q3+Q4+Q5；
Q1＝(P11 ＊W1+P12 ＊W2+P13 ＊W3)
Q2＝(P21 ＊W1+P22 ＊W2+P23 ＊W3)
Q3＝(P31 ＊W1+P32 ＊W2+P33 ＊W3)
Q4＝(P41 ＊W1+P42 ＊W2+P43 ＊W3)
Q5＝(P51 ＊W1+P52 ＊W2+P53 ＊W3)
(5.2)根据所获得的加权总分Q进行可视化处理，如通过绘制曲线图，获取数据拐点，所述的拐点对应于目标设计的最小可接受字符高度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种工程机械显示器字符大小设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：测量视距D，以获取的视距D为需求约束数据，通过数学计算和仿真测试两种方法进行平行预测，通过对比以两种方法的较大值作为预测字符高度；
步骤2：以预测字符高度为基准进行转曲处理，选取转曲后高度与所述预测字符高度最接近的N种字符高度；
步骤3：设计实验测试方法：包括视觉刺激材料设计、刺激呈现机制设计以及记录方式设计，其中：
所述视觉刺激材料设计为基于步骤2所确定的N种字符高度，将同一字符以阵列呈现，并在阵列中插入一个与阵列中字符形近的异常字，同一阵列中的字符高度相同；
所述刺激呈现机制设计包括所述异常字在阵列中的出现次数和在阵列中出现的位置，及出现的概率的随机性；
所述记录方式包括记录测试的辨识时间和辨识正确率；
步骤4：执行步骤3所设计的实验，收集基于所获取的所述辨识时间和所述辨识正确率得到的辨识效率评分，并在测试结束后获取测试者对的字符清晰度和眼睛舒适度的评分指标；
步骤5：综合测试评分数据，构建N×3矩阵数列，之后依次通过熵值法计算权重w，通过加权法得分矩阵T＝P*W，对加权得分矩阵进行求和，得到加权总分Q，之后根据所获得的加权总分Q进行可视化处理，获取数据拐点，所述的拐点对应于目标设计的最小可接受字符高度。
2.根据权利要求1所述的一种工程机械显示器字符大小设计方法，其特征在于：所设计的字符包括汉字、英文、和数字三种类型，所述设计方法包括分别对不同类型的字符分别按所述步骤1-所述步骤5进行测试获取所述最小可接受字符高度。
3.根据权利要求2所述的一种工程机械显示器字符大小设计方法，其特征在于：步骤1中，采用所述数学计算对所述汉字、英文和数字的字符高度的进行预测的计算公式分别为：
H汉＝0.005*D+2.06、H英＝0.0035*D+1.5548、H数＝0.0026*D+1.407。
4.根据权利要求2所述的一种工程机械显示器字符大小设计方法，其特征在于：步骤1中，所述仿真测试为采用仿真软件Ramsis对字符高度的进行预测。
5.根据权利要求1或2所述的一种工程机械显示器字符大小设计方法，其特征在于：所述N≥5。
6.根据权利要求1或2所述的一种工程机械显示器字符大小设计方法，其特征在于：步骤3，所述视觉刺激材料中的阵列以6*6的阵列呈现。
7.根据权利要求1或2所述的一种工程机械显示器字符大小设计方法，其特征在于：步骤3，所述刺激呈现机制中，所述异常字符在所述阵列中出现的次数为一次，出现的位置为阵列中的任一位置，出现几率随机。
8.根据权利要求1或2所述的一种工程机械显示器字符大小设计方法，其特征在于：步骤3，所述记录方式还包括依据所述刺激呈现机制如何记录测试结果。
9.一种工程机械显示器字符大小设计系统，其特征在于：包括
字符高度预测模块：被配置为测量视距D，以获取的视距D为需求约束数据，通过数学计算和仿真测试两种方法进行平行预测，通过对比以两种方法的较大值作为预测字符高度；
字符高度确定模块：被配置为以预测字符高度为基准进行转曲处理，选取转曲后高度与所述预测字符高度最接近的N种字符高度；
实验测试设计模块：包括视觉刺激材料模块、刺激呈现机制模块以及记录模块，其中：所述视觉刺激材料模块，被配置为基于所述字符高度确定模块所确定的N种字符高度，将同一字符以阵列呈现，并在阵列中插入一个与阵列中字符形近的异常字，同一阵列中的字符高度相同；
所述刺激呈现机制模块，被配置为设计包括所述异常字在阵列中的出现次数和在阵列中出现的位置，及出现的概率的随机性；
所述记录模块，被配置为记录方式的设置和记录测试的辨识时间记录模块和辨识正确率记录模块；
实验测试模块，被配置为执行实验测试设计模块设计的实验，收集基于所获取的所述辨识时间和所述辨识正确率得到的辨识效率评分，并在测试结束后获取测试者对的字符清晰度和眼睛舒适度的评分指标；
数据分析模块，被配置为综合测试评分数据，构建N×3矩阵数列，之后依次通过熵值法计算权重w，通过加权法得分矩阵T＝P*W，对加权得分矩阵进行求和，得到加权总分Q，之后根据所获得的加权总分Q进行可视化处理，获取数据拐点，所述的拐点对应于目标设计的最小可接受字符高度。
10.根据权利要求9所述的一种工程机械显示器字符大小设计系统，其特征在于：所述实验测试模块还包括视距工装模块，被配置为执行实验测试时，根据确定的测试视距D固定测试人员的眼睛与测试呈现设备的距离。
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