随着电子显控技术在航空领域中的应用,飞机驾驶舱人机交互界面从传统的物理界面向复杂数字界面转变。由全球内多起航空事故调查报告得知,人为失误依然是致命性飞行事故的重要原因,而其中由认知失控导致飞行员操作不当的失误占据了重要比例。飞机驾驶舱数字界面的认知负荷和物理界面不同,复杂数字界面的显示利用视觉层级,将众多物理界面的信息浓缩在显示屏中,大大节省了信息显示的物理空间,但对于飞行员获取信息时的认知负荷水平有着明显的影响。因此,从认知负荷的角度,对飞机驾驶舱复杂数字界面设计的研究有着重要意义。本文首先从认知负荷理论以及人机界面设计理论入手,总结了数字界面信息可视化的四个设计要素:界面布局、形状表征、界面色彩、界面动效对认知负荷的影响。根据案例分析以及专家访谈,总结了可视化信息的八种典型设计表现式样“立体-扁平”、“具象-抽象”、“对比-调和”、“丰富-简约”与认知负荷的相关性。其次针对信息高密度的特殊飞机驾驶环境,飞行员的认知特征和飞机驾驶舱复杂数字界面的特点,归纳出飞机驾驶舱数字界面认知负荷产生的原因,包括界面信息数量大且复杂,界面信息的显示设计不合理,界面信息与飞行员认知图式不匹配。针对这些原因提出对应的内在、外在以及相关认知负荷的控制策略。总结了可控认知负荷水平下的飞机驾舱数字界面可视化设计策略。然后结合某型号民航飞机驾驶舱数字界面优化设计项目,根据用户调研和原始界面的功能需求分析以及相关标准。应用可控认知负荷水平下的飞机驾舱数字界面可视化设计策略,完成某型号民航飞机驾舱数字界面优化设计任务。最后使用主观测量法、双任务测量法与眼动实验相结合的认知负荷评价体系,实现了设计优化前后界面认知负荷水平的评价。分析实验数据得到,界面设计优化后的认知负荷水平比较原始界面有一定程度的降低。实验结果验证了本文所提出的可控认知负荷水平下的飞机驾舱数字界面可视化设计策略的有效性。