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표시장치

2018

박재희

인간공학 05

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학습목표

• 표시장치의 원자극인 빛과 소리의 물리적 측정단위를 파악하고 인간의 지각 중심의 단위를 이해한다.

• 표시장치의 원자극인 빛과 소리에 대한 인간의 감각과 감지 범위를 이해한다.

• 시각적표시장치, 청각적표시장치의 설계원리를 파악한다.

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오감

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1. 시각 표시장치

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빛(光)

– Energy is described by wavelength.

– Spectrum ranges from short wavelength gamma rays to long wavelength radio waves.

Electromagnetic spectrum

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눈의 구조

• 시각 과정: 빛-수정체-망막-시신경-뇌

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시신경세포

• Rod 간상세포- 명암 감각 – 어두운 곳에서 작동

• Cone 원추세포 – 색채 감각 – 밝은 곳에서 작동

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망막 상의 세포의 분포

• 황반(Foivea)에 원추세포가 밀집 분포, 선명한 상이 맺어지는 지점

• 간상세포는 황반 주위에 분포

• 맹점(Blind Spot): 시신경세포가 없어 상이 안 맺혀지는 부분

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암순응과 명순응

• 암순응

– 밝은 곳에서 어두운 곳 이동 시 순간적으로 원추세포의 작동이 멈추어 사물 식별이 어렵다가, 점차 간상세포가 작동하는 과정 (간상세포가 10분 후부터 작동)

• 명순응

– 어두운 곳에서 밝은 곳 이동 시 순간적으로 간상세포의 작동이 멈추어 사물 식별이 어렵다가, 원추세포가

동작하는 과정 (약 1-2 분 소요)

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암순응 과정

조명이 낮은 조건에서 간상세포의 의 초기 10분간 작동 불능

색 분별 가능

명암 분별

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조절작용 Accommodation

• 시각 대상물에 대한 초점을 맞추기 위해 수정체에

부착된 모양근을 당기거나 펴서 수정체를

두꺼워지거나 얇게 하는 과정

• 눈의 초점조절: 각막(80%

고정), 수정체(20% 변동)

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조절작용 실패-원시와 근시

• 원시:

– 수정체의 굴절력이 약해져 더 이상 수축이 안되어 가까이 멀리 있는 물체에 초점을 맞추지 못함

• 근시:

– 수정체가 더 이상 이완이 안되어 가까이 멀리 있는 물체에 초점을 맞추지 못함

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폭주작용 Convergence

• 두 눈이 물체에 각도를 맞추는 작용

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시각 Visual Angle

• 시각의 크기는 대상물까지의 거리와 크기에 의해 결정된다

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표시장치의 종류

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시각적표시장치의 설계

• 시각적 표시장치를 통한 정보 전달이 인간에게 명확히 보여지고(감각), 그 정보의 의미를 알아차릴 수(지각) 있도록 설계

• 시각적표시장치의 (시식별) 설계 요인

– 인간의 시성능: 시력

– 조명 (빛): 광도, 조도, 휘도

– 시각 표시물의 특성: 크기, 노출시간, 대비

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시력

• 시력: 사물의 형태를 자세히 식별하거나 표적의 모양을 구분할 수 있는 능력

• Landolt Ring, Snellen Letter 등을 이용하여 측정

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최소가분시력

• 정확히 식별할 수 있는 최소의 세부 공간을 볼 때, 생기는 시각(visual angle: 단위 분(min))의 역수로 측정

L D

시각 시력

시각

1

) ( 60 3 . 57 )

( 3 . 57 )

( )

(

D L D

rad L D

L

※ 1 (rad) = 57.3 (도), 1 도=60 (분)

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(참고) rad 과 deg

r

rad (radian) : 원호의 길이/반지름

반지름 r 과 원호의 길이가 r 로 같아질 때 의 각도

= r/ r =1 (rad)

(ex) 반지름 r, 원호의 길이가 3 r 이면

=3r/r=3 (rad) 원 전체

360 (도) =2

r / r = 2

(rad) 그러므로

1 (rad)=360/(2x

)=360/(2x3.14) =57.3 (도)

r

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시력계산의 예

• 위 경우에 시각 (θ) 과 시력을 계산하시오.

• 시각 (θ) = (3/5,000) x 57.3 x 60 = 2.06 min

• 시력 = 1/시각 =0.485

L=3mm

D=5m

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표적 크기의 설계 예

• 자동차 번호판의 가장 작고 조밀한 글씨인 ‘울’ 자의 획 간의

굵기(L)는 몇 mm 이상이어야 하는가? 단 자동차 번호판의 ‘울’

자를 시력이 0.8 인 사람을 기준으로 10m (10,000 mm) 거리 (D)에서도 읽어낼 수 있어야 한다.

D L

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• 시력 =0.8

• 시각= 1/0.8 =1.25min

• (L/10,000) x 57.3 x 60 =1.25

• L =1.25 x 10,000 / (57.3 x 60) =3.64 mm 이상

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조명

• 광도 (luminous intensity)

• 조도 (illumination)

• 휘도 (luminance, brightness)

• 대비(contrast)

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광도와 조도

• 광도 (단위 cd)

– 광원자체의 고유한 밝기 – 1cd : 표준촛불의 밝기

• 조도 (단위 lx)

– 어떤 광원으로부터 일정거리 떨어진 곳에서의 밝기

– 1 lx : 1cd 광원으로부터 1m 떨어진 곳의 밝기

조도= 광도/ 거리2

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조도와 휘도

• 휘도: (단위: nit)

– 어떤 위치에서 반사된 빛이 눈으로 들어와 느끼는 밝기 – 1 nit :

cd 빛이 1m 떨어진

곳에서(

lx)

완벽하게(100%)반사된 빛의 밝기

휘도= 조도 x 반사율 /

반사율

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대비 Luminance Contrast

• 대비(휘도 대비) 표적(t)의 휘도와 배경(b)의 휘도의 밝기 비

>

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대비

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문제

1. 어떤 조명원으로부터 4 m 떨어진 곳에서 측정한 조도가 500 lux 로 나타났다. 2 m 떨어진 곳에서의 조도는 얼마로

예상되는가?

500 lx =X cd / (4m)

2

, X = 500 x 16 = 8,000 cd

Y lx = 8000 cd /

(2m)

2

=2,000 lx

2. 교과서의 백지 부분의 반사율은 90%이고 글씨의 반사율은 10%라고 하면 대비는 얼마인가?

대비=(0.9-0.1)/0.9 = 0.89 (89%)

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적용 예

• 사용자들은 휴대폰 하단 아이콘에 대해 어느 정도의 밝기(luminance)와 대비(contrast)를 선호하는가?

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표시장치의 설계

• 정량적 표시장치- 속도계, 전력계 등

• 정성적 표시장치- 연료량 게이지 등

• 묘사적 표시장치- 비행자세 표시창 등

• Text의 표시- 도서, 표지판 등

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정량적 표시장치

동침형 동목형 계수형

장점

변화율 (방향과 속도) 판독 가능

정확한 판독 목표치와 차이 판독

유리

동침형에 비해 좁은 (창) 면적

단점 정확한 수치 판단에 내삽(interpolation)이 필요 변화율, 차이판독 난점

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동침형 /동목형 /계수형 체중계

• 각 체중계의 장단점과 특징은?

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표시장치의 눈금표시 설계

• 표시장치의 눈금중심 간 최소 간격 (판독거리 0.71m 기준)

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문제

• 낮은 조명 조건 하, 60cm 거리 에서도 읽을 수 있는 시계를 디자인 하려고 한다. 분

단위까지 눈금을 읽으려면 시계의

크기(반지름)는 최소 얼마 이상이어야 하는가?

• Y=1.8 x 0. 6/0.71 = 1.52 mm

• 시계의 눈금이 60 개이므로

– 원둘레 = 1.52mm x 59 =89.68mm – 반지름 =14.28mm

– 지름=28.56mm

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정성적 표시장치

예: 자동차 연료탱크의 연료 양 표시

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비행자세 변화 가 작으면 외견형 작동하 다가 자세변화 가 크면 내견형

전환

묘사적 표시장치

조종 오차: 5.2 도 4.6 도 3.0 도

빈도분리형

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보정추적표시와 추종추적표시

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Text 의 평가

• 가시성(Visibility)

– 배경에서 문자나 표식을 검출(detection)해 낼 수 있는 정도

• 시인성(Legibility)

– 문자나 표식을 구분(discrimination)을 할 수 있는 정도

• 가독성(Readability)

– 문자나 표식을 통해 정보의 내용을 쉽게 인식할 수 이는 정도

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가시성, 시인성, 가독성의 차이

• 가시성(Visibility)

vs 갉

좌측의 글자는 시각적으로 검출되기 어렵다. 우측 글자는 가시적이다

• 시인성(Legibility)

갉 ,낡 vs 갉,낡

상단 글자들은 가시적이기는 하나, 우측의 글자집합이 좌측의 글자집합에 비해 글자 간 구분이 잘된다.

• 가독성(Readability)

갉들은 vs 닭들은

상단 글자들은 시인성은 문제없으나, 문장을 읽을 때 의미 없는 좌측보다 우측이 더 잘 읽혀진다.

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줄간, 단어간, 자간 간격

University

Industrial Design

줄간

자간 단어간

줄간 간격: 2 x 획폭 이상 혹은 글자 높이(종 길이) x15% 이상 단어간격: 1 글자 (횡 길이) 이상

자 간격 : 글자 높이(종길이)의 10%

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광삼 현상

명도가 높은 대상은 확산하는 경향으로 크다고 판단

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흑백 바둑알의 크기

• 백돌 직경 (21.810mm),

• 흑돌 직경 (22.119mm)

• 흑돌이 커야 하는 이유

– 광삼현상으로 같은 크기로 만들면 백의 집이 더 커보이는 착시 현상이 나타날 수

있으므로

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자체 (Typography)

획폭

횡길이

종길이

•횡종비=횡길이: 종길이

영문 0.6:1~0.7:1~1.1:1 한글, 대문자 1.1:1

숫자 0.6:1

•획폭비=획폭: 종길이 양각: 1:6

음각: 1:8

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2. 청각적 표시장치

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소리 (音)

음 파 의 특 성

-15.0 -10.0 -5.0 0.0 5.0 10.0 15.0

0 .0 0 0 .2 5 0 .5 0 0 .7 5 1 .0 0

s e c

d B 음의 세기

음압 (dB)

음의 고저 주파수 (Hz)

4 Hz 10dB (max) 의 순음

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음압

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음압의 단위: dB

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주파수 변화

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청각과정: 음압-외이-중이-내이-청신경-뇌

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음량(Loudness)

• 소리의 크고 작음

• 주로 강도의 함수, 진동수에 일부 영향

• 심물리학적 지표 (Psychophysical index)

– Phon – Sone

– 소음계 음압수준 dB(A)

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Phon

• Phone 의 정의

– 1000Hz 순음의 음압(dB)수준과 같은 크기로 들리는 소리의 시끄러운 정도

• Phon 곡선: 실험을 통해 같은 크기로 들리는 소리들끼리 연결 (등음량 곡선)

• 예

– 1000Hz 60dB 순음 =60 Phon – 1000Hz 80dB 순음 = 80 Phon

– 4000Hz 70dB 순음은 80 Phon 으로 파악됨:

– 즉 4000 Hz 70 dB = 1000 Hz 80 dB = 80 phon 으로 같은 정도의 시끄러운 소리임

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등음량곡선과 Phon

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Sone

• 음의 상대적 크기 표시

– 2 Sone은 1 Sone 에 비해 2 배 시끄럽다 – 4 Sone 은 2 Sone에 비해 2 배 시끄럽다.

• Sone = 2

(Phon-40)/10

• 예:

– 40 Phon =1 Sone – 50 Phon = 2 Sone

– 즉 50dB 1000hz(50 Phon) 소리는 40dB 1000hz(40

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지각된 음량 Sone

Phon

Sone

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Sone 과 음압(dB)

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dB(A)

• 소음계는 3 가지 모드로 측정 가능

– dB(A), dB(B), dB(C)

• dB(A) 측정법이 인간의 귀의 소음에 대한 응답특성과 가장 유사

• 작업소음, 생활소음 등의 측정 시 dB(A) 회로로 측정

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3. 촉각, 후각 표시장치

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피부감각 수용체(1)

메르켈 수용기

마이스너수용기

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피부감각 수용체(2)

파시나 수용기 루피니 수용기

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촉각적 정보

브라유 점자 맹인 유도 보도블럭

엘리베이터 버튼 Phantom 촉각 VR장치

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촉각적 표시장치 (예)

항공기의 각종 조작장치: 형상에 의한 촉각으로 장치를 구분

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후각적 표시장치

• 후각상피(콧구멍 위 부분) 감지 뇌에서 해석

• 후각적 표시장치의 어려움

– 개인차, 적응, 확산통제의 어려움

• 예

– LPG 가스 등에 냄새물질 첨가 – 광산 비상 시 갱도에 악취

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표시장치의 선택 기준

시각적 표시장치 청각적 표시장치

메시지가 복잡할 때 메시지가 단순할 때

메시지의 재참조 가능 메시지 재참조 불가능

즉각적 행동이 요구되지 않는 경우 즉각적 행동이 요구되는 경우

한곳에 머무는 경우 자주 움직이는 경우

시끄러운 곳 어두운 곳

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휴대전화의 착신 표시장치

• 시각적 표시장치 – 램프, 문자 표시

• 청각적 표시장치 – 전화 벨, 칼라 링

• 촉각적 표시장치 – 진동, 골밀도 전화기

• 후각적 표시장치 – 향

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요약

• 빛(조명)과 관련된 물리적 단위로는 광도 cd, 조도 lx, 휘도 nit 등이 있다.

• 음의 음압수준(세기)은 dB로, 진동수(고저)는 Hz로 측정한다. 두 속성이 반영된 인간이 지각하는 음의 음량은 Phon, Sone 등으로 측정한다.

• 표시장치를 평가하는 기준으로는 가독성, 시인성, 가독성 등이 있다.

• 시각적표시장치와 청각적표시장치는 각각 상대적 장점을 가지고 있다.

수치

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참조

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