人眼及其他感受器的分析介绍

第三节　人眼及其他感受器

一、人眼的生理机制

视觉是设计艺术最为依赖的感觉功能，人眼是视觉器官。

人眼的主要构造包括：角膜、瞳孔、虹膜、晶状体、视网膜等。瞳孔是虹膜上的开口，虹膜通过控制瞳孔的舒张和收缩来控制进入眼球的光线；晶状体相当于照相机中的透视镜，具有光学调节作用，能控制将不同距离的物体准确聚焦于视网膜上。视网膜中央有一个凹入部分，称为中央窝，它是感光细胞最为集中的地方，具有分辨物体细节的能力。图2.6所示为人眼结构。

1．视网膜

视网膜上包含三层细胞，第一层是光感受细胞，第二层是双极细胞和其他细胞，第三层是节状细胞。光感受细胞包括锥体细胞和棒体细胞，前者是昼视器官，在中等和强的照明条件下起作用，主要感受物体的细节和颜色；后者是夜视器官，在昏暗的照明条件下起作用，主要感受物体的明、暗。两者负责感受光的色彩和明暗的刺激。当我们周围的环境亮度发生变化的时候，人的眼睛在较短的时间出现感旋光性下降的现象。由暗处到亮处，特别是到强光下，最初一瞬间会感到光线刺眼发眩，30秒钟后开始适应，2~3分钟稳定，这称为明适应，如当人们看完电影，从电影院出来时，开始觉得光线耀眼，但很快就恢复了正常状态。相反，从明亮的环境下进入黑暗中，一段时间（几分钟～30分钟）后才能完全看清楚周围环境，这称为暗适应。如人们在夜晚由明亮的室内走到室外，开始觉得一片漆黑，什么也看不见，经过一段时间，眼睛才能看清黑暗中的物体。这都与视网膜的感光细胞的转换有关，而缺少维生素A的人，视觉的生理机制很难完成暗适应，从而导致夜盲症。

图2.6

2．眼动

人在观看对象时，眼肌会带动眼球向上下、左右运动，以确保物体成像在视网膜上，这称为眼动。眼动包括三种基本类型：注视、眼跳和追随运动。

（1）注视

注视即是将眼睛中央窝对准某一物体。注视是眼动的一种形式，实质上它并非静止不动，而是伴随着三种眼动，即漂移、震颤和微小的不随意眼跳动，也就是说，当人们较长时间观看物体时，会伴随着上述三种眼动方式，其中微小的不随意眼跳动的目的是校正注视点。

（2）眼跳

眼跳使下一步要注视的内容能落在中心窝附近。我们阅读书籍，就是通过不断地进行眼跳来实现的，即先在一个内容上停留一段时间，再通过眼跳转向下一个内容。比如我们观看一个人的面部，一些注视点沿直线跳动，眼动轨迹由许多停顿和小的眼跳组成。

（3）追随运动

当观看一个运动的物体的时候，如果头部不动，为了使物体成像在中心窝附近，眼球随之移动，这就称为追随运动。

3．瞳孔变化与心理活动

瞳孔是光线进入眼球的通道，瞳孔缩小能减少光线进入量，放大则能增加进光量。有两种情况能使瞳孔的大小发生变化，一是光线强时瞳孔缩小，光线弱时瞳孔放大；二是看远处时瞳孔放大，看近处时瞳孔缩小。瞳孔大小能反映人们的情绪变化，例如，给男测试者呈现一批照片，其中只有一张是美女照片，其余都是风景照片，测试发现，当呈现美女照片的时候，男测试者的瞳孔明显放大；同样，其他相关实验还发现，恐怖的图像和使人愉悦、兴奋的图像一样，能使人瞳孔放大。由此可见，当在人们注意力提高，兴奋起来的状态下，瞳孔会放大。

4．视敏度

视敏度是视觉系统分辨最小物体或物体细节的能力，一般称为视力。视敏度的大小通常用视觉大小来表示。所谓视觉，是指物体通过眼睛节点所形成的夹角。视觉大小取决于物体的大小及物体离眼睛的距离。当人能够看清一个物体或物体间的距离时，视角越大，视力越差；而视角越小，视力越好。一般而言，正常人的视力为1.0以上。不过，视力为1.5~2.0的也大有人在，他们在晴朗天气情况下，能看到1.6千米外的房屋和树木。视敏度分为静态视敏度和动态视敏度。视敏度还受到环境条件及其他因素的影响，如视网膜受刺激的部位、背景的照明、目标与背景之间的对比、眼睛的适应状态等。研究表明，视网膜上中央凹周围的视敏度最高；当瞳孔直径小于1毫米时，直径越大，视敏度越高；当眼睛的晶状体的调节能力下降、瞳孔缩小、眼球内透明度下降以及视网膜与相应的神经信道、中枢功能下降退化时，视敏度也随之下降，这就是老年人视力下降的主要原因。一般而言，人在14~20岁时视力最佳，40岁之后开始下降。因此，在设计中应该重视这一问题，如果设计的目标群体设定为中老年人或者长期用眼密集、视觉疲劳较高的人（如打字员、排版工人），那么就应注意使文字设计稍大、笔画稍粗、行距稍大、图像和文字对比更鲜明，如果是数字模式，还应尽可能减少变化、降低运动和闪烁的频率。许多设计师为了追求装饰效果，而将广告、书籍的文字以及手机、电话等设备上的按键说明设计得比较小巧，这种设计对于年龄较大的用户则不太适宜。

5．视野及视野特性

如图2.7所示的视野及视野特性中，单眼平均视野范围是：以眼球视野中心线为准，眼睛向外侧可看见90°～94°，向内侧可看见60°～62°，向上可看见55°～60°，向下可看见70°～72°，形成一个偏于视野中心的视觉圆锥，而且，人的视野中心3°以内为最佳视觉区间。人的视距在380～760毫米距离内，以700毫米为最佳视距。(www.xing528.com)

由图2.7中可知，在人的视觉中，眼睛水平运动快，舒服而不易疲劳，于是对水平方向的物体的判断准确率都优于眼睛的垂直运动；人的视觉习惯是从左到右，从上到下。

图2.7

二、耳及其他感受器

感受器是人体内接受感觉刺激的器官，感受器上分布着神经末梢，受到一定刺激后能产生兴奋性冲动，并通过上导神经通道传递到大脑的感觉区，引起感觉。人的感受器分为视、听、触、味、嗅等，每种感受器只对一种性质的刺激产生兴奋，并且所能感觉的刺激也具有一定的范围——适宜刺激。前面我们已经介绍了视觉的感受器——眼睛，下面，我们再简单介绍其他几种感受器。

1．听觉感受器

耳是人的听觉感受器，它由外耳、中耳、内耳三部分组成。人耳的结构如图2.8所示。

图2.8

耳所能感受的适宜刺激是声波。当声波从外耳道传至鼓膜时，引起鼓膜的机械振动，通过听小骨的作用，使耳蜗内的淋巴液受到振动，耳蜗内基底膜上的毛细胞是感受声波的细胞，它接收声波后产生兴奋性冲动，传至大脑的听觉中枢，产生听觉。人所能感觉的声波具有一定阈限，频率范围一般是16～20000赫兹，其中1000～4000赫兹是人耳最敏感的区域。耳对于同一频率的声音，还具有振幅的感受范围。例如对于1000赫兹的纯音，耳能感受的振幅是0～120分贝。

2．肤觉感受器

刺激作用于皮肤引起各种各样的感觉，叫肤觉。皮肤浅层上有一些长圆柱状的小体，它是肤觉的感受细胞，它在皮肤上呈点状分布，称为触点、冷点、温点和痛点。身体的部位不同，各种点的分布及数目也不同。肤觉的基本形态有触觉、冷觉、温觉和痛觉四种。

外界刺激接触皮肤表面，使皮肤轻微变形，叫触觉。外界刺激使皮肤明显变形，叫压觉。触、压觉的感受器是分布于真皮内的几种神经末梢，如毛囊神经末梢和环层小体等。人体不同部位的皮肤具有不同的敏感度，其中手指尖的感觉最为灵敏，是3g/mm2，因此俗语说“十指连心”,就是指手指对于压力感觉特别灵敏。

皮肤表面温度的变化是温度觉的适宜刺激。一种温度刺激引起的感觉是由刺激温度与皮肤表面温度的关系来决定的。皮肤表层的温度称为生理零度。高于生理零度的温度刺激引起温觉，低于生理零度的温度刺激引起冷觉，刺激温度等于生理零度则不产生温度觉。皮肤对冷、热刺激的接受，分别由不同感受器来完成。一般来说，罗弗尼氏小体接受温的刺激，克劳斯氏球接受冷的刺激。

当任何一种刺激对有机体有损伤或破坏作用时，都能引起痛觉。这类刺激包括机械的、物理的、化学的、温度的刺激以及电刺激，等等。痛觉具有保护有机体免受伤害的作用。痛觉的感受器是在皮肤下各层中的自由神经末梢。这些纤维穿过脊髓后根到达后角的灰质，在这里交换神经元，然后沿脊髓、丘脑侧束，止于丘脑神经核，再从丘脑发出纤维至大脑皮层。

3．嗅觉感受器

鼻是嗅觉的感受器。气味物体作用于鼻腔上部黏膜中的嗅细胞，产生神经冲动，经嗅束传至嗅觉的皮肤部位——海马回、沟内，因而产生嗅觉。嗅觉感受性受许多因素的影响。首先，对于不同性质的刺激物会有不同的感受性，因此有些气味在空气中只要少量存在，就会特别明显，而有些气味则需要一定的浓度才能为人所察觉。其次，和环境因素、肌体状态有关。例如，当温度的高低，空气中的湿度太小，人患有鼻炎、感冒等疾病时，都会影响嗅觉的感受性。最后，适应会使嗅觉感受性下降。“入芝兰之室，久而不闻其香；入鲍鱼之肆，久而不闻其臭”，就是指由于刺激物的持续作用而引起嗅觉感受性的下降。当人们浏览网站上的食品、香水时，人们可以获得图像、音频的感官刺激，但一般没有嗅觉的感应，从而影响人们的感官刺激。最近，有人正在研究一种能够传递味道的网络数字设备，试图来改变人们的感应。

4．味觉感受器

舌是味觉的感受器。舌的表面密布乳头，它使舌的表面凹凸不平，乳头中所含的味蕾即是味觉感受细胞，这些感受细胞分别对于四种味觉——甜、酸、苦、咸中的一种反应强烈。舌尖对甜味最敏感，舌中、舌两侧和舌后分别对咸、酸、苦最敏感。温度对味觉感受性和感觉阈限有明显的影响。如当温度从17℃逐步上升时，对甜味的感觉阈限逐渐下降，当温度超过36～37℃时，感觉阈限又开始回升。因此，在37℃时，对味觉容易觉察。味觉和嗅觉总是联系在一起，即所谓的“味道”，有时我们感觉食物鲜美，并非因为味觉，而是因为嗅觉，因此当人们感冒的时候，虽然味觉并没有受到影响，但是却感觉食之无味，其实是因为嗅觉通道阻塞造成的。有人通过实验发现，塞上鼻子吃平日觉得难吃的食物会感觉好吃一些，但捏住鼻子喝中药的做法则是心理上感觉好喝一些。