1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 眼动仪设计 所在学院 专业班级 工业设计 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 本文主要研究的医疗器具是 眼动仪 。眼动仪能够在人处理视觉信息时记录快速变化的眼睛运动数据，在眼疾治疗、人机交互研究、阅读研究、广告心 理学和交通心理学等领域应用较为广泛。因此，设计一款新型的眼动仪具有很强的现实意义。然而在使用过程中，眼动仪普遍存在使用不便、操作麻烦、不够低碳环保、形态不美观等缺点，本文将对已有的眼动仪展开调研、总结及展望，并着重从造型、色彩等方面入手，结合功能要求，设计出一款外型新颖、宜人性且实用的眼动仪。 关键词 ： 眼动仪
2、，医疗器具，设计，外观II The design of eye tracker Abstract This paper studies the medical equipment is eye tracking. Eye tracker can record eye movement data in rapidly changing when people process visual information,. It is widely used in the eye treatment, human-computer interaction research, reading resear
3、ch, advertising psychology , transport psychology and other field. Therefore, designing a new type of eye tracker has a great practical significance.While in use, the eye tracker is inconvenience, operating trouble, not low-carbon, unsightly and also has other shortcomings. This paper will make a re
4、search, summary and outlook on the existing eye tracker, then it focus from the shape, color and other aspects, combining with functional requirements, using modular design, desine a new appearance, amenity and practical eye tracker at last. KEYWORDS: Eye tracker, Medical equipment, Design, Appearan
5、ce III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 目录 . III 1 绪论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 眼动仪的市场分析 . 2 1.2.1 眼动仪的市场背景 . 2 1.2.2 眼动仪的市场现状 . 2 1.2.3 眼动仪的发展趋势 . 5 1.3 现有眼动仪的分析 . 6 1.3.1 现有的眼动仪 . 6 1.3.2 现有眼动仪的缺点和不足 . 8 1.3.3 拟采用的改进方案 . 9 2 设计定位 . 12 2.1 设计定位 . 12 2.2 目标人群分析 . 13 2.2.1高端消费产品与奢侈品差异 . 13 2.2.2高消费市场研究 . 13 2.2.2高
6、端消费人群特征 . 14 2.3 消费者需求分析 . 15 2.3.1 高端消费者特征 . 15 2.3.2高端消费者行为 . 15 2.3.3高端消费人群审美倾向与产品因素 . 15 2.4 设计难点 . 18 2.4.1产品设计趋势 . 18 2.4.2区别工业设计与工程设计 . 18 2.4.3产品设计难点 . 18 IV 3 眼动仪方案设计 . 20 3.1 草图方案 . 20 3.2方案选择 . 24 3.3 优化方案 . 24 3.4 三维建模及说明 . 26 4 设计分析 . 30 4.1 造型分析 . 30 4.2 色彩分析 . 30 4.3 材料分析 . 30 4.4 人机分
7、析 . 31 4.5 功能分析 . 33 4.6 使用方法 . 34 5 总结与展望 . 36 参 考 文 献 . 37 致 谢 . 错误 !未定义书签。 附 录 一 . 40 附录 A眼动仪顶视尺寸图 . 40 附录 B眼动仪右视尺寸图 . 41 附录 C眼动仪主视尺寸图 . 42 附 录 二 . 43 附 录 三 . 44 医疗器具设计 1 1 绪论 1.1 概述 医疗器具设计的好坏直接关系到它能否起到治病救人、能否安全有效，好的器具操作明确、外观感受良好、使用者（医疗团队）不易疲劳，尽量避免产品给人产生的笨重、粗糙、冰冷的感觉，缓解大型医疗设备给患者带来的恐惧感，使患者感到安心和放心，让
8、操作者感到贴心且实惠，并易于安装、维护和清洁。随着现代医学技术日新月异地发展 ,医疗器具朝着大型化、精细化、自动化、智能化方向发展 ,器具的多元化和多层次配置水平成为医院现代化程度的重要标志 ,器具的先进性和拥有量是衡量医院等级的重要条件之一 1。同时，我国医 疗器具行业也得到了突飞猛进的发展。我国目前已经成为世界第三大医疗器械市场 ,并且在以每年 14%以上的速度持续快速增长 2。中国最新研发的医疗器械产品也走在了国际医疗器具行业的尖端。未来几年内，中国将超过日本，成为全球第二大医疗设备市场 3。 本文主要研究的医疗器具是眼动仪。眼睛是外界信息进入人脑的主要通道，对其活动情况的研究有助于理解
9、人类的信息加工过程。一个信息加工在很大程度上依赖于视觉，约有 80 -90 的外界信息是通过人的眼睛获得的。由于人的视线具有直接性、自然性和双向性等其它信息所无法具备的特点，因 此人们对视线的研究有浓厚的兴趣 4。 眼动记录法是指利用眼动记录仪记录和分析人们在注视过程中的各项眼动指标，并以此揭示人们的心理加工过程和规律的一种研究方法 5。一百多年来，科学家们一直致力于改进眼动记录技术的工作，并取得了一定的成就。随着运动心理学的迅速发展，越来越多的体育运动实践者和科研人员更加清晰地认识到运动心理学的重要性，对运动心理学的研究提出了更高的要求，越来越多先进的研究方法和工具被应用到此领域的研究中去。
10、眼动仪正是其中一种重要的研究工具。它是目前心理学基础研究的重要仪器。并用于记录人在处理 视觉信息时的眼动轨迹特征，广泛用于注意、视知觉、阅读等领域的研究。 再者，眼动仪对于先天性眼震、共同性斜视等眼疾的检测具有较高的临床医学应用价值，因此，设计一款宜人性、新颖性的眼动仪具有很强的现实意义。 医疗器具设计 2 1.2 眼动仪的市场分析 1.2.1 眼动仪 的市场背景 早在 19 世纪就有人通过考察人的眼球运动来研究人的心理活动，通过分析记录到的眼动数据来探讨眼动与人的心理活动的关系。眼动仪的问世为心理学家利用眼动技术（ eye movement technique） 探索人在各种不同条件下的视觉
11、信息加工机制， 观察其与心理活动直接或间接奇妙而有趣的关系，提供了新的有效工具。眼动技术先后经历了观察法、后像法、机械记录法、光学记录法、影像记录法等多种方法的演变。它就是通过对眼动轨迹的记录从中提取诸如注视点、注视时间和次数、眼跳距离、瞳孔大小等数据，从而研究个体的内在认知过程。 20 世纪 60 年代以来，随着摄像技术、红外技术 （ infrared technique） 和微电子技术的飞速发展，特别是计算机技术的运用，推动了高精度眼动仪的研发，极大地促进了眼动研究在国际心理学及相关学科中的应用 6。同时， 科技的发展提高了人们 的生活水平，工业设计的发展和电脑辅助设计加快了时代的步伐 7
12、。这时眼动仪进一步的设计研发也变的更为重要。 1.2.2 眼动仪的市场现状 根据英国 Derby 大学行为科学研究所的 Divid Wooding 教授建立的眼动仪数据库网站公布的结果，目前世界上约有 44 家生产眼动仪的厂家。 （ 1）国内外眼动仪的开发现状 国外眼动仪的开发现状 韩玉昌 (2000)8认为，有代表性的眼动记录方法有： 1)直接观察法，即用肉眼直接观察被试的眼动情况。 2)后像法，即利用闪光灯的高亮度闪光产生的视觉后像来研究人 的眼动。 3)机械记录法，包括头部支点杠杆法、气动方法、角膜吸附环状物法。 4)电流记录法，包括电流记录法和电磁感应法。 5)光学记录法，包括反光记录
13、法、影视法、角膜反光法、光电记录法。 隋雪 (2003) 9认为，随着眼动研究方法的不断更新，新型仪器也将不断出现。由于直接观察法、后像法和机械记录法的技术落后、准确性和精确性差，现代研究已不采用。从当前眼动研究的文献可以看出，电流记录法、电磁感应记录法和光学记录法及其相应的仪器设备应用得最多，这也就是上面我所描述的种类。 国内眼动仪的开发 医疗器具设计 3 国内在眼动 仪的研制与开发方面起步较晚。 20世纪 80年代末，中国科学院上海生理研究所的张名魁和孙复川研制了红外光电反射眼动测量系统。它通过红外发光管、光敏管发射和接收眼球左右运动时角膜与巩膜反射红外光线大小的变化来测量眼动 10。 2
14、0世纪 90年代，西安电子科技大学研制了头盔式眼动仪一西电。 3B型头盔式眼动测量仪口 11。该系统主要由头箍及光学系统、瞳孔中心提取系统、视景和瞳孔坐标叠加系统、图像和数据记录系统以及数据后处理软件组成。它是一种中精度的双眼眼动仪，利用红外摄像法原理获取双眼的图像，用高速信号处理的方法实 时提取瞳孔中心的坐标，再与外景图像迭合 12。 这款仪器的优点： 1)价格低，不到进口产品的十分之一； 2)具有全部的自主知识产权，便于自行扩展和改进。 这款仪器的缺点： 1)采样频率较低，只有 50Hz； 2)头盔系手工制造，重量偏大。 （ 2） 国内外眼动仪的种类 应用电流记录法的眼动仪 利用电流记录法
15、生产的眼动仪有法国 Metrovision 公司生产的 Model Mon EOG 眼动仪 。 这种仪器不能够记录和分析眼动轨迹和瞳孔直径 ,但可以记录水平和垂直方向的眼动情况及幼儿的眼动轨迹。 应用电流记录法的眼动 仪有两点好处 ： 1)头部的运动不会影响记录结果。 2)记录时不用直接接触眼睛。其不足是 :用它记录的不是眼球的实际运动情况 ,而是电位差的相对数值 ,需要进一步推算才能把眼动的确切运动情况计算出来。同时每个人的电位差不同 ,差异很大 ,甚至同一被试在不同时间接受同一实验也存在差别 ,这就使测试数据可能存在较大误差。 应用电磁感应法的眼动仪 利用电磁感应法生产的眼动仪有荷兰 SK
16、ALAR 公司生产的电磁感应眼动记录系统(Sclera Search Coils Systems) 。它使用硅胶隐性眼镜片 ,其中装有探测线圈。 线圈中存在感应电压 ,通过对感应电压的检测可以精确地测量垂直和水平方向的眼动。使用它时 ,由医疗器具设计 4 于眼部佩戴了隐形镜片会导致被试的视敏度下降以及在实验中存在不适感 。 实验中被试的头部也不能够移动。 应用光学记录法的眼动仪 利用光学原理直接记录眼动 ,是眼动实验中历史最长 ,研究成果最多的方法 ,也是现代眼动仪中最主要的类型。其中包括根据瞳孔 / 角膜的反射法原理生产的眼动仪和根据虹膜 - 巩膜反射法原理生产的眼动仪。 根据角膜反射法原理
17、生产的眼动仪有美国应用科学实验室 (ASL) 生产的 EVM 3200 型眼动仪、 R6 型和 H6 型单目眼动系统、 4000 型和 6000 型系列眼动仪 ； 加拿大 SR 公司生产的 Eyelink 型头盔式眼动仪 ； 法国 Met rovision 公司生产的 MonVOG1 型和MonVOG2 型眼动仪 ； 美国 Fourward Op2tical Technology 公司生产的第六代双普金野眼动仪 ； 德国 SMI 公司生产的 iView X 眼动仪、 3D VOG 三维眼动仪、 MeyeTrack 型眼动仪 ； 澳大利亚 SEEINGMACHINE 公司的 faceLAB4 型
18、眼动仪等。根据虹膜 - 巩膜反射法原理生产的眼动仪有 ASL2310 型眼动仪 ,荷兰的 IRIS 型眼动仪等。下面介绍其中一些仪器的性能和特点 (见 下表 1) 。 表 1-1 五种眼动仪的性能和特点 名称 EVM3200 型 R6 型单目眼动系统 Eyelink 型 iView X（包括 iView X HED， iView X RED，iView X Hi-Speed） ASL-310型 系统构造 包括：控制单元（包括电子单元、主处理机和视频监视器）、光学探头（包括瞳孔摄像机、定位摄像机和照灯）和场景摄像机。 包括： 6000 系列控制单元，远置光学系统，远置彩色摄像头， 2 个（ 9
19、英寸）黑白监视器， EYEPOS操作软件 ，EYENAL 数据分析软件，软件开发工具包。 包括：测试主计算机、图 像 显 示计 算 机 和头盔。 头盔式视觉追踪眼动仪，包括 iView PC 测试计算机、 Stimulus PC 图像显示计算机和一个头盔。 遥控视线追踪眼动仪，包括 iView PC 测试计算机、Stimulus PC 图像显示计算机和 Red- 摄像头。 高速视线追踪眼动仪，包括：iView PC 测试计算机、Stimulus PC 图像显示计算包括一个小型控制单元和一个传感器组件。 医疗器具设计 5 机和测试托架。 技术参数 采样 率： 50Hz，即以 50次 /秒的速度记
20、录被试的注视时间、次数等眼动数据；实际眼位与测量计算的误差10；视觉范围：水平 400 ，垂直300。 采样率： 50Hz 或60Hz、 120Hz 和240Hz，系统精确度： 0.50 视角范围，头部移动范围： 1 平方英尺，光学系统距眼睛最大距离： 40 英寸，视觉范围 :水平 500 ，垂直400 。 采 样 率 ：500Hz；头部 旋 转 校正 范 围 ：015 ；准确度、平均注 视 位 置误差 0.50,视 角 约 为28X220。实时 操 作 反馈 ，最小时滞 3 毫秒。 采样率： 50/60Hz，注视点精确度： 0.51.00，视觉范围：水平 030 、垂直025 。 采 样 率
21、 ：50/60Hz，注视点精确度：0.51.00， 物象一捕捉摄像机操作距离： 0.41m，头部注视区域为在 80cm 远处形成 40X40cm 范围。 采样率： 1250/350Hz，注视点精确度： 0.50，视觉范围：水平 030 、垂直00 3045 。 采样率：1000Hz，系统精确度：水平 10、垂直20，系统精密度：水平0.250、垂直 10，视觉范围：水平 300、垂直 300。 特点 采用了计算机、远红外线定位和摄像等高新技术、数据系统记录容量大、速度快、精度高。 被 试 不 用 带 头盔，但所提供的刺激物仅限于单一平面；采用亮瞳孔技术，捕获能力高、对比效果好。 准确度高、误差小，头盔亲便，和大 多 数 眼镜或隐 形眼镜兼容，易于设置、定 标 和 校正。 操作简单易学、使用灵活、性能稳定、记录准确、头盔轻便、可与其他仪器或软件结合使用等。 输出的是电信号，易于与计算 机 连接；具有高 频 特性。 1.2.3 眼动仪的发展趋势 随着时间的推移，许多高科技广泛地应用于眼动记录技术， 近几年来的眼动记录技术也得到的迅速的发展。眼动仪也将更方便，更舒适的被人们所使用，它的发展潜力是相当巨大的。在未来的几年里，眼动仪有以下发展趋势： 1） 目前的眼动仪只能记录眼睛在某个纵深距离平面维度上的移动，记录视觉纵深
