虚拟环境人体工程学设计参数分析的公理化设计原则外文文献翻译中英文翻译.docx
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虚拟环境人体工程学设计参数分析的公理化设计原则外文文献翻译中英文翻译
外文题目：
Axiomaticdesignprinciplesinanalysingthe
ergonomicsdesignparameterofavirtualenvironment
译文题目：
虚拟环境人体工程学设计参数分析的公理化设计原则
外文出处国际工业人体工学杂志虚拟环境人体工程学设计参数分析的公理化设计原则
作者：
ZahariTaha马来西亚科技大学制造工程与管理学院教授
HartomoSoewardi印度尼西亚日惹印度尼西亚伊斯兰大学工业技术学院工业工程系讲师
SitiZawiahMDawal马来西亚马来亚大学工程学院制造系工程设计系副教授
a我们确定客户在虚拟环境设计中寻找的属性。
b我们调查虚拟环境设计中的人体工程学标准。
c运用公理设计原则，在设计虚拟环境中开发人体工程学设计参数。
概述
用户在与虚拟环境交互时遇到的负面影响之一是视觉症状。
本文通过应用公理设计原理，探讨了虚拟环境的人体工程学设计参数，以尽量减少这种负面影响。
公理化设计是一种为设计产品和大型系统提供系统化方法的方法。
独立性公理用于映射客户域（CA）到功能域（FR）和物理域（DP）。
进行纸质调查以识别和定义客户在虚拟环境中的偏好。
开发虚拟机器人制造系统作为案例研究，以探索满足FR和CA独立性的人机工程学设计参数。
这项研究的结果表明，虚拟环境的人体工程学设计参数确定（DP161-DP162-DP121-DP111-DP131-DP141-DP151-DP152）已经满足用户的独立功能要求和期望的视觉舒适度。
通过解除设计，它提供了有效和有效的设计活动顺序FR161-FR162-FR121-FR111-FR131-FR141-FR151-FR152。
关键词
公理化设计人体工程学设计参数虚拟环境
1.介绍
虚拟环境（VE）可以定义为计算机生成的三维模型环境，用户在其中感觉到如果他/她在其中，并且用户可以直观地与（Wilson，1999年）。
同时也有利于体验新的环境而不必建造真实的是，这种经历对一些人来说有一些副作用。
当通过输出和输入设备与VE交互时，它具有据报道，一些用户经历了负面的副作用沉浸在图形渲染的虚拟世界中。
其中之一副作用被称为网络疾病，即特别是影响。
the视觉（stanney等。
1998；巴雷特，2004年）。
stanney等。
（1998年）还提到要使VES有效并受到欢迎他们的使用者；在避免不必要的副作用的同时，人类的在VE设计阶段需要考虑限制因素。
它是对于确保VE技术的进步不会以牺牲人类福祉为代价。
人类工效学是科学的一个分支，它关注的是工人与工人之间最佳关系的实现工作环境（Tayyari和Smith，1997年）。
因为人类在虚拟环境的设计过程中，限制是至关重要的，人类工程学的实现将带来一个最优的VE。
用户体验。
结合人体工程学的好设计考虑将加强用户之间的沟通。
以及虚拟世界。
因为有几个人类工学因素很好的VE设计，需要调查哪些是关键人机工程设计参数。
与虚拟环境相关的人机工程学研究过去曾进行过，但研究的重点只是将虚拟企业作为人体工程学分析的工具（Shakh等人，2004年；科伦坡和Cugini，2005年；Pappas等人，2005年；Dukic等人，2007年；Hu等人，2011年）。
Shaikh等人（2004）研究了使用VR的参与性人机工程学，并发现VR系统将有助于设计更好的工作场所。
科伦坡和库吉尼（2005年）研究虚拟人和原型，评估人体工程学和安全性。
Pappas等人（2005年）研究虚拟装配任务的人机工程学评价。
其他研究人员例如Dukic等人（2007年）研究了虚拟制造过程中的人体工程学评价，Hu等人（2011年）给出了关系的初步实验结果。
几种典型的VE与RE的人体工效学测量之间的关系“钻探”任务。
注意到目前还没有关于人机工程学设计参数的研究。
据报道，设计一个虚拟环境。
若要创建一个从人机工程学的角度可接受的是，虚拟环境的设计，这些（2007）指出，功能要求（FRS）和人机工程学问题相关的约束必须从设计过程一开始就被识别和定义其中，必须确定设计参数（DPS）以满足独立的联邦安全局。
公理设计（AD）构成的形式化方法，可用于表示各种设计问题（国家工程学院，2002年）。
这方法提供了科学的依据和逻辑的、合理的思想。
人机工程学设计过程（Suh，2001年）。
近几年来，人们对这方面的研究已经相当多。
AD在人机工程学中的应用实证研究。
在一项理论研究中，Helander（1995）在人体工程学AD程序的使用进行了概念化。
Suh（2007）提出了AD和复杂性理论在人机工程学设计中的应用，以提高设计的鲁棒性和效率。
在一项实证研究中，Quill等人（2001）将AD应用于视觉设计。
信息。
Helander和Lin（2002）将AD作为人机工程学设计的基础，他们设计了一个人体工程学。
显微镜工作场所和手工具的生物力学设计。
罗氏和Helander（2007）进行了一项分析复杂性的研究在人机系统中发展了一种消除联轴器的方法。
Helander（2007）还进行了一项研究找出联轴器的来源，并提出新的设计参数，使设计在人机交互中解耦。
然而，目前还没有关于其应用的研究。
对虚拟企业人机工程设计参数的识别。
因此，本研究的目的是识别用于设计虚拟环境的人机工程学设计参数。
2.研究方法
在这项研究中进行了三项主要活动进行探索。
基于人机工程学原理的虚拟环境的设计参数采用公理化设计理论。
以下内容研究活动包括：
活动1：
调查客户的主要属性通过一项调查在虚拟环境中寻找。
活动2：
进行一项实证研究，分析视觉症状的属性。
活动3：
将公理化设计应用于虚拟设计根据在活动1和2中收集和分析的数据建立的环境。
2.1.调查
编制了一份问卷，并向答复者分发。
谁熟悉虚拟世界？
。
它由三部分组成。
这是虚拟企业的个人背景（A部分），用户标准。
设计（B部分），以及VE硬件使用的用户标准。
论文在3个月内进行了一次基于调查的调查，以确定客户在VE中寻找的属性。
这叫做声音顾客的。
发放的问卷超过一百份。
在调查中。
所需样本大小被确定为最小有效反馈响应。
描述性非参数统计分析也应用于本研究中。
2.2.实证研究
实证研究的目的是分析虚拟环境属性对视觉症状的影响。
实验在人体工效学虚拟现实实验室进行。
八名大学生参加了这项研究参与者有前庭和视觉障碍。
在实验中没有服用任何药物。
大平均年龄21.7岁（19e23岁）。
坐姿被摄者坐在距离15e25厘米的地方。
表的后缘以完成任务。
活动是为了使用红外鼠标（无线）在虚拟环境中操作虚拟机器人（鼠标）在宽屏显示器上观察到的运动。
大虚拟激励系统是一种虚拟机器人制造系统。
它提供了一个虚拟机器人活动，用于存储装载和卸载（SLU）过程（如图1所示）。
通过使用问卷。
问卷的编制是为了确定虚拟环境变量/属性的可视症状调查过。
问卷由两个主体组成。
大第一部分包含了问题的七个回应选项。
这是目的是识别在此期间或之后所经历的视觉问题。
与虚拟环境互动。
第二部分包含以下问题：
的答案，确定所经历的症状程度。
前一部分。
第二部分对问题的回答属于顺序数据类型。
非参数统计分析包括描述性统计和统计二项式检验。
测试正在进行属性的每个属性或变量的影响的假设虚拟环境下视觉症状的发生率。
大提出的假设如下：
H1：
背景颜色对沉浸环境用户的视觉症状有影响
H2：
虚拟照明对沉浸环境用户的视觉症状有影响
H3：
对比度对沉浸环境用户的视觉症状的影响
H4：
视场（视场）对沉浸环境用户的视觉症状有影响
H5：
流量（FR）对沉浸环境用户的视觉症状的影响
H6：
虚拟物体的运动速度对视觉症状有影响。
H7：
显示器分辨率对视觉症状有影响
图1.虚拟机器人制造系统的抓拍。
沉浸环境用户所有分析的显着性水平为1/40.05。
2.3。
公理化设计的应用
设计涉及到“我们想要的”之间的持续互动。
实现“和”我们如何实现它“（Suh，1990，2001）。
据Suh（2001）说，概念域是一个重要的概念域。
公理化设计方法（AD）的建立这种相互作用所涉及的思想过程。
这个概念四种不同设计活动的分界线，它包含客户域，即ca（Customer）。
用于设计的属性；功能域，即FRS。
（功能需求）满足CAS；物理域，满足FRS的DPS（设计参数）和进程域，这是要生成的PV（流程变量）。
按DPS规定的设计。
在从域到域的映射过程中，Suh（2001）建议必须在“解决方案中立的环境”内进行。
这意味着必须在没有任何情况下定义映射。
想着已经设计好的东西。
曾经CA已被识别和定义，此属性必须是转换为FRS，并将它们映射到特定的DPS中，以满足FRS，也可以进入PVs，可以满足指定的DPS。
这一过程以层次结构的方式作为一个到多个进程开始的，它也是通过引用两个公理，称为Z字形或分解过程：
独立公理（公理1）和信息公理（公理2）.公理1规定FRS的独立性必须始终是维持。
这意味着设计解决方案必须是这样的每个FRS不受其他FRS的影响。
因此是正确的必须选择一组DPS以满足维护独立（Suh，2001年）。
这个映射过程可以用数学表述为（Suh，2001）。
FFRgAfDPg1）其中，0.5A是与FRS和DPS有关的设计矩阵。
有三种类型的设计矩阵，如图2所示，它们是不耦合的。
设计、解耦设计和耦合设计。
不耦合设计是一个理想的设计，每个dps只控制其中一个联邦安全局。
这个矩阵通常称为对角矩阵（图2（A））。
当FRS的独立性不能被解偶联所满足时或者是对角矩阵，FRS的独立性可以满足当且仅当。
如果DPS是以适当的顺序确定的。
这样的设计是称为解耦设计或三角矩阵（图2（b））。
在按照徐（2001），当一个矩阵产生的耦合设计或一个完整的矩阵（图2（C）），那么它可能导致许多。
设计中的问题。
因此，耦合设计是不可靠的。
不能存活DPS的随机变异。
为了满足独立公理，Suh（2001）建议设计矩阵必须是对角矩阵还是三角形矩阵。
公理2指出设计具有最小的信息。
内容是满足独立公理（Suh，2001年）。
在本研究中，公理2不是。
因为这不是本研究的目的。
此外，只需要公理1来开发设计参数。
基于人机工程学原理的虚拟环境
3.结果和讨论
3.1.虚拟环境属性对视觉症状的影响
表1显示了实验结果和统计二项式。
虚拟环境属性对视觉效果的测试症状。
在5%的显著水平上，所有假设的检验结果被接受。
由此可以得出结论，虚拟的设计环境受多个属性的影响，如虚拟。
彩色背景，虚拟照明，对比度，视野，流量，虚拟对象的速度，显示的类型和分辨率。
这些属性显著影响用户，特别是使用眼睛疲劳症状。
视力模糊症状明显受VE设计的几个属性的影响，即红色背景，视场，流量为每10秒。
片（Fr10），虚拟物体的运动速度和对比度。
比率为50.83%。
干燥和刺激的眼睛症状也受到虚拟设计的几个属性的显著影响。
视场亮度在10%和100%级的照明所有条件，流量（Fr）为所有条件，速度为虚拟。
所有速度的运动，CRT屏幕在中等和低分辨率和0%的对比比。
虚拟照明100%亮度水平显著影响视觉症状，尤其是使用者的光敏症状。
3.2.独立人体工效学设计参数
3.2.1..论虚拟企业特征的顾客之声
样本大小要求在5%的显著水平和10%的精度或准确度为49个样本。
多达105份调查问卷已被接受为有效的反馈答复。
这意味着收到的样本数量已达到最低要求有效样本大小。
描述非参数的结果通过对105个有效响应的分析，得出了多个客户的虚拟环境设计属性。
这些是
CA1：
“渴望”使用虚拟环境时的视觉舒适性（86.67%）“，
CA2：
“使用虚拟环境必须是用户友好的（93.33%）”，
CA3：
“减少使用虚拟环境的努力（53.33%）”，
CA4：
“有趣的是看到虚拟环境（93.33%）
CA5：
“使用时很容易更改虚拟环境（80%）”。
最大可能的相关CA，最小的负面影响视力分析和选择。
分析结果表明当与虚拟用户交互时，客户需要视觉上的舒适感环境。
因此，CA1是一个客户属性，它是对视力的负面影响最小，并将在本研究中进一步考虑。
3.2.2.FRS到DPS的映射过程
在映射过程中，标识的客户属性CA1，转化为功能需求（FR1）。
因此，FR1到应指定CA1，即“使用虚拟环境时所需的视觉舒适性”，以减少负面影响。
当用户与虚拟环境交互时对视觉的影响。
相应的功能需求满足CA1应该是FR1：
“尽量减少视觉症状”。
后定义FR1，物理中的设计参数（DP）。
必须指定满足功能需求的域。
然而，也有替代的DPS可以实现FR1。
其中之一本研究中提出的DP是“人机工程学设计参数”。
虚拟环境“。
从而确定了设计参数。
用于设计虚拟环境的人体工程学原理可以使视觉问题最小化,使得所需的视觉舒适度可以用户体验。
要实现人体工程学dp1，必须将fr1分解为更多的细节由一个曲折的过程，并根据一个等级结构。
对应的dps在相同的层次结构中被标识，直到dps足够详细到已执行。
FR1的分解过程产生第二个FR1级包括六个功能需求。
他们是跟随，接着:
FR11平滑虚拟颜色
fr12设置适当的虚拟照明
FR13Provideagoodcontrast
FR14Provideagoodviewing
FR15设置适当的虚拟运动
fr16选择适当的输出设备。
以上六个设计活动必须更详细地说明。
为了开发一个好的设计，每个FRS应该在只有一个DP满意。
一对一的关系之间的FRS和DPS被称为非耦合设计。
减少眼睛疲劳、视力模糊、干燥和刺激眼睛等视觉症状作为光敏性，虚拟颜色被定义为平滑的、虚拟的。
照明设置为适当和良好的虚拟对比。
目标和背景。
良好的观赏性应该被定义为虚拟对象的运动设置适当。
而输出设备用于显示虚拟环境的选择是正确的。
因此，dp1的第二层满足fr1的第二层。
独立可指定如下：
DP11平滑的背景虚拟颜色
DP121/4无眩光和黑暗
DP13Correspondingcontrastlevel
DP141/4方便度FOV
DP15/1/4虚拟流量和速度的对应水平物体移动
Dp161/4平滑显示和兼容分辨率
满足FR的DP分解可能不能直接实现。
这是因为对应的第二级dp不是很详细。
因此，有必要将其分解为一个较低的值。
水平。
以下三级FRS是从第二级FR和DP的分解。
如图3所示，通过“什么”和“如何”通过曲折的过程，第三层的FRS被定义为：
FR111虚拟背景平滑色
FR1211/4设置亮度级别
FR131设置一个对比度
FR1411/4设置FOV度
Fr151为虚拟对象设定一个流速。
fr152为虚拟对象设定运动速度。
fr161使用显示合适的类型
FR162设置显示分辨率的级别。
图2.设计矩阵的三种类型：
（A）非耦合设计，（B）解耦设计，（C）耦合设计。
表1：
视觉症状的实验和二项分布试验结果。
号码颜色观察比例，症状确切显著性决定
1.红75眼疲劳0.633影响
63模糊视觉0.321影响
2.紫红色63眼疲劳0.321影响
3.深蓝63眼疲劳0.321影响
4.中级的石板蓝63眼睛疲劳0.321影响
5.白75眼疲劳0.633影响
亮度水平
6。
10%83眼疲劳0.534影响
50眼睛干燥和刺激0.114影响
7.25%级83眼疲劳0.534影响
8.50%级83眼疲劳0.534影响
9.100%级100目疲劳0.178影响
67眼睛干和刺激0.138影响
50光敏0.114影响
反差比
10.50.83%75眼疲劳0.633影响
63模糊视觉0.321影响
11.24.58%75Eyestrain0.633Effect
12.0%（0.56%）75眼疲劳0.633影响
50眼干燥和刺激0.114影响
度的视场
13.视场120度50眼疲劳0.114影响
50模糊视觉0.114影响
63眼干燥和刺激0.321影响
14.视场85075眼疲劳0.633影响
50模糊视觉0.114影响
50眼干燥和刺激0.114影响
流量（FR）
15.流量5（FR5）75眼疲劳0.633影响
50眼干燥和刺激0.114影响
16.流量10（FR10）75眼疲劳0.633影响
50模糊视觉0.114影响
50眼干燥和刺激0.114影响
速度水平
17.低速83眼疲劳0.534影响
50模糊视觉0.114影响
67眼干和刺激0.466影响
18.高速75眼疲劳0.633影响
50模糊视觉0.114影响
50眼干燥和刺激0.114影响
分辨率水平
液晶显示屏，液晶显示器（LiquidCrystalDisplay）
19.高分辨率56眼疲劳0.166影响
20.媒介决议89眼疲劳0.300影响
21.低分辨率56眼疲劳0.166影响
阴极射线管
22.高分辨率67眼疲劳0.399影响
23.中等的决议67眼疲劳0.399影响
56眼干燥0.166影响
24.低分辨率67眼疲劳0.399影响
56眼干燥0.166影响
P>0.05;N8.
图3：
.功能需求（Frs）和设计参数（Dps）的层次结构和分解
对于一个好的设计，相应的第三级DP满足第三级独立性可发展如下：
dp111中石板蓝，深蓝色的天空，紫红色
DP1212525白度0%
DP131/25的对比度
DP14125度85度或120度视场
DP151每片流量5秒
DP1521/4高速或低速运动
DP161LCD
DP1621/4高分辨率或低分辨率
3.2.3.。
设计独立性分析
为了保持独立性公理，设计矩阵必须是对角线/不耦合或三角/解耦（Suh，1990，（2001年）。
给出了描述第二层fr与dp之间关系的设计方程
（2）。
该方程给出了解耦设计或上三角形设计矩阵，其中每个FR由一个DP满足。
即使有一个几乎没有影响其他FRS的FRS。
这个设计还是可以接受的。
然而，这样的设计活动很难完成。
设计中的难点--平滑的虚拟色彩背景（DP11）在选择平滑显示和兼容分辨率（DP16）和设置NO虚拟照明的眩光和暗度（DP12）。
该方程示出了设计复杂性的存在。
这样就有了一个合适的设计顺序应开展活动，以便顺利地展示和兼容分辨率（DP16），虚拟无眩光和暗照明（Dp12）应事先指定，以便消除复杂。
设计方程（3）显示非耦合设计或第二层的对角线设计矩阵，它是独立的彼此。
这是一个理想的设计，应该实现。
下文第三节FR与DP的关系设计公式（4）中表示的级别等于二级设计矩阵为对角线设计矩阵。
或者是不耦合的设计。
这显示了下面的分解。
级别与较高级别一致。
设计方程（4）说明设计活动首先使用液晶显示器（DP161）满足FR161，然后设置高或低分辨率（DP162）和设置250%的亮度（DP121）独立的虚拟照明。
然后其他人独立DPS（DP111，DP131，DP141，DP151，DP152）是下一个设计活动应该让其他独立的FRS满意FR111、FR131、FR141、FR151和FR152。
方程（3）和（4）中的对角设计矩阵对于第二层和第三层，显示了设计的顺序。
活动开始于指定相应的dp161来确定lcd以满足独立的功能需求。
161.紧随其后的是DP162和DP121，它们将设定最高值。
或者显示分辨率低，亮度也低。
这些设计活动是在不影响其他设计活动的情况下进行的。
而它帮助设计师有效地和高效地配合下一个设计活动。
因此，设计活动的顺序为FR161-FR162-FR121-FR111-FR131-FR141-FR151-FR152
3.2.4.人机工程学设计参数分析
根据国际人体工学协会（2003年），人类工效学（或人为因素）与设计方法有关。
以优化人类福祉和整体系统性能。
有鉴于此，系统元素（在此上下文中是（虚拟环境）必须设计以满足需求，用户的能力和限制。
但最基本的问题在于多功能系统--人与人的兼容性。
必须同时满足的要求（Karwowski，（2005年）。
Suh（2007）提出利用公理设计理论绘制地图人的能力和系统（技术-环境）要求和负担能力的限制。
公理化设计方法和人机工程学的结果本研究中的原则表明所识别的设计参数满足了独立的功能要求（见设计方程（3）。
结果发现，中板蓝色、深蓝色和紫红色与其他颜色相比，没有出现视觉症状。
颜色。
研究还发现，虚拟照明的25度0%范围亮度水平只造成了一些视觉问题。
用户根本没有任何视觉症状。
上述研究结果表明虚拟背景的颜色应该柔和一点，白度不应产生效果。
以适应用户视觉能力和局限性。
虚拟物体和背景之间的对比度为24.58%，不会对用户的视觉产生任何影响。
它也减少了视觉症状。
85或120视野对视觉。
这是因为这两种FOV都没有产生任何视觉效果。
超过50%的使用者出现症状。
因此…的设定对比度和视野是减少视觉问题的关键。
阿每片流量5s与虚拟高速或低速运动同时对象集可以减少用户感知到的视觉障碍。
最后使用液晶高分辨率或低分辨率的液晶显示器（LCD）是最好的选择，因为超过40%的人没有遇到视力问题。
用户。
这与Saito等人（1993年）和Menozzi等人（1999年）。
4.结论和建议
减少使用者视觉上的症状是一种状态当虚拟的设计参数应该达到时能够满足用户的需求、能力和限制。
在这里本文研究表明，设计参数是在人机工程学原理的AD方法在虚拟设计中满足所需的视觉舒适性环境，外界.可以得出结论：
（1）公理设计方法是一种有效的识别方法虚拟环境的人机工程学设计参数
（2）解耦设计提供了适当的设计顺序独立活动
（3）虚拟环境的设计受以下几个方面的影响属性，如颜色背景、虚拟照明、虚拟对象的视图、流量、速度和分辨率以及对比度，这可能会显著影响使用者，尤其是有视觉症状的使用者。
（4）基于关于满足独立性功能的工效学准则需求和客户语音包括中板岩蓝色，深蓝色，紫红色代表平滑的虚拟颜色，25%的亮度，适合的虚拟水平。
照明，虚拟物体与物体之间良好对比的24.58%背景、85或120度视场（FOV）用于良好查看、高低流速和运动虚拟对象对于合适的运动，液晶显示器（Lcd）和高或低分辨率显示适当的输出设备,未来的研究将包括验证设计参数。
鸣谢
我们希望感谢MOSTITechnoFund项目。
编号：
TF0106D105和UM-HeMohir项目D000035-16001马来西亚大学，印度尼西亚伊斯兰大学支持这一项目。
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