Simulation unterstützt farbenfehlsichtige Fahrer beim Autofahren 

Mehr als 300 Millionen Menschen weltweit sind farbenfehlsichtig. Statistisch gesehen haben Männer ein viel höheres Risiko, farbenfehlsichtig zu sein – einer von zwölf Männern leidet darunter, im Gegensatz zu nur einer von 200 Frauen¹. Die Erkrankung macht alltägliche Aufgaben ziemlich schwierig, vom Lesen von Verkehrsschildern bis hin zur Identifizierung von Produkten oder passenden Kleidungsstücken. Ein farbenfehlsichtiger Fahrer kann dies mithilfe einer speziellen Brille oder Kontaktlinsen sowie Smartphone-Apps kompensieren.

Aber was passiert beim Autofahren? Farbenfehlsichtige dürfen in den Vereinigten Staaten Auto fahren, solange sie die Führerscheinprüfung bestehen. Ihre Farbenfehlsichtigkeit hält die meisten Farbenfehlsichtigen nicht vom Autofahren ab. Doch das Lesen eines Navigationsbildschirms ist schwierig, wenn man die Farben auf seinem Display nicht erkennt. Deshalb nutzen Automobilingenieur*innen die Simulation von Ansys speziell für die Interpretation des Sehvermögens von Farbenfehlsichtigen, um ein benutzerfreundlicheres Display für farbenfehlsichtige Fahrer zu schaffen.

 Haben Sie sich jemals gefragt, wie sich Farbenfehlsichtigkeit anfühlt oder was ein Farbenfehlsichtiger sieht? Für Farbenfehlsichtige ist die Welt nicht nur schwarz-weiß, aber die Farben werden anders gesehen. Dieser Unterschied in der Wahrnehmung erschwert die Unterscheidung zwischen bestimmten Farben. Eine Rot-Grün-Schwäche (die häufigste Form) führt dazu, dass Rot nicht von Grün zu unterscheiden ist. Eine Blau-Gelb-Schwäche beeinflusst die Fähigkeit, zwischen Blau und Grün oder Gelb und Rot zu unterscheiden. Monochromasie ist vollständige Farbenblindheit. Sie ist sehr selten, beschreibt aber genau, was sie beinhaltet: die Unfähigkeit, Farbe überhaupt zu erkennen.

In der Regel enthält unsere Retina drei Arten von Zapfen, die auf Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen reagieren, um uns die Farbwahrnehmung zu ermöglichen: L-Zapfen für Rot, K-Zapfen für Blau und M-Zapfen für Grün. Die meisten Menschen werden mit etwa sechs Millionen Zapfen geboren², mit deren Hilfe sie verschiedene Farbtöne erkennen, indem das Licht von den Gegenständen in unserem Alltag reflektiert wird. Bei einer Rot-Grün-Schwäche oder Blau-Gelb-Schwäche fehlen bestimmte Fotorezeptorenzellen, sogenannte Zapfen, auf der Retina. Farbenfehlsichtige haben weniger Zapfen als gewöhnlich, sodass sie bestimmte Farben verwechseln.

Visualisierung der Inklusivität für farbenfehlsichtige Fahrer durch Simulation

Wann haben Sie das letzte Mal eine Straßenkarte gelesen? Die meisten Menschen verlassen sich auf Smartphone-Apps wie Waze oder GPS-Systeme, die auf dem Infotainment-Display angezeigt werden. Bestimmte Farben auf GPS-Displays, z. B. Weglinien oder andere Markierungen, sind jedoch je nach Farbwahl für Farbenfehlsichtige nicht immer sichtbar. Laurent Fournier, Lead Electronics R&D Engineer bei Ansys, entwickelte eine Farbenfehlsichtigkeits-Funktion innerhalb der Software für optische Systeme Ansys Speos, um die Ingenieur*innen bei der Validierung optischer Designs zu unterstützen, die empfindlicher auf farbenfehlsichtige Fahrer reagieren.

Die Gestaltung eines Displays im Fahrzeug ist eine Frage der Ergonomie. Die richtige Verwendung von Farben kann die Benutzererfahrung für alle Fahrer mit oder ohne Beeinträchtigung der Sehkraft verbessern. Um wirkungsvoll zu sein, musste die Speos-Funktion vorhersagen, was Farbenfehlsichtige unter verschiedenen Bedingungen (z. B. Helligkeit, Auflösung, Kontrast und Beleuchtungsstärke) bei Umgebungslicht erkennen können – all dies kann sich auf die Farbwahrnehmung auswirken. 

Fourniers Team nutzte die 3D-CAD-Modellierungssoftware Ansys SpaceClaim in Kombination mit Speos, um die direkte Modellierung durchzuführen. Es fügte dann eine zusätzliche optische Ebene hinzu und band die relevanten optischen Eigenschaften, Sensoren und Lichtquellen ein, die für die Simulation verschiedener Umgebungen erforderlich sind. Das Spektralmanagement von Speos ermöglicht eine genaue Simulation von Quellenemission, Lichtausbreitung, Lichtinteraktion mit Oberflächen und Lichterkennung. Das Speos-Modell für das menschliche Auge wandelt dann spektrale Luminanzdaten in wahrgenommene visuelle Informationen um. Dieses Modell fußt auf physiologischen Aspekten und hilft den Ingenieur*innen zu verstehen, wie Farben für das bloße Auge aussehen – unter Berücksichtigung der Reaktion des Auges auf Lichtverhältnisse, Farbe und Kontrast sowie der schnellen Veränderungen der Umgebungshelligkeit entsprechend der Netzhautreaktion.

"Im Fahrzeuginnenraum haben wird das Erlebnis durch Farben und Licht aus jeder Richtung beeinflusst", sagt Fournier. "Mit der Speos-Funktion können wir nicht nur vorhersagen, was Farbenfehlsichtige auf dem Display erkennen, sondern auch, was sie in verschiedenen Umgebungen auf dem Display sehen. Wenn wir ein Display in einer 3D-Szene simulieren, können wir auch die Auswirkungen der Umweltfaktoren in dieser Szene vorhersagen – von der Verwendung von Farben auf dem Bildschirm oder auf dem Armaturenbrett."

Vorhersage der Farbwahrnehmung mit Ansys Speos 

Einige Freeware-Programme können vorhersagen, wie Farben für einen farbenfehlsichtigen Benutzer im Kontext eines bestimmten Bildes wahrgenommen werden. Aber keines kann die Auswirkungen der Cockpit-Umgebung auf die Interaktion zwischen Fahrer und Bildschirm vorhersagen – eine Prognose, die sich positiv auf die Designauswahl bei Displayfarben oder Armaturenbrettmaterialien auswirkt.

"Wenn Sie nur ein Foto machen und eine grundlegende Wahrnehmungsprüfung durchführen möchten, finden Sie viele Freeware-Programme im Internet, die dies effizient erledigen", sagt Fabien Bastide, Manager für Anwendungstechnik bei Ansys. "Mit der Simulation können wir jedoch bei der Validierung Vorhersagen treffen, wobei wir ein spezifisches Szenario anwenden, das in der simulierten Realität noch nicht existiert. Der Wert dieser Prüfungen in Speos liegt darin, dass wir mithilfe eines zuvor simulierten Modells Vorhersagen über das Lichtverhalten in einer Cockpit-Umgebung treffen können."

Die Farbprüfung in Speos hilft den Ingenieur*innen bei der Zusammenstellung einer benutzerfreundlichen Palette, die alle Wahrnehmungsdefizite bei Farbenfehlsichtigen berücksichtigt. In einem 3D-Modell kann der Benutzer bestimmte Optik- und Umgebungseigenschaften anwenden, um zu sehen, was ein normales und ein farbenfehlsichtiges Auge zu erkennen imstande sind. Die Kombination aus optischen, spektralen und Umgebungsdaten bietet eine umfassende Perspektive der Farbwahrnehmung. Da Speos für die Nachbearbeitung gemacht ist, können diese drei Werte dann auf Grundlage eines computergenerierten Modells des Displays effizient in spezifische Funktionen zusammengefasst werden. So können die Ingenieur*innen zwischen den Farbpaletten hin- und herwechseln und auf Farbdefizite reagieren.

Auf der Straße erhält der Fahrer wichtige Warnungen und Informationen zu den Fahrbedingungen, egal ob er ein Head-Up-Display oder die Warnleuchten in der Instrumentengruppe (IG) betrachtet. Zusätzlich zum Infotainment-Display ermöglicht Speos auch Farbverschiebungen innerhalb virtueller Prototypen, die autonome Funktionen unterstützen, sowie andere optische Alarme, die in der Instrumentengruppe angezeigt werden. Die Software kann auch verwendet werden, um die Auswirkungen von Blendung und Kontrast auf die Sicht des Fahrers zu simulieren – ein altersbedingtes Wahrnehmungsproblem, das das Autofahren mit zunehmendem Alter erschwert.

Blindflug mit Ansys Speos

Beim Militär wird die Farbwahrnehmung als Voraussetzung für die Aufnahme in vielen Spezialgebieten getestet. Dies gilt insbesondere für Luftwaffenpiloten, die in den schnellsten Flugzeugen der Welt mit zahlreichen farbigen Bedienelementen arbeiten und Nachtflüge durchführen. Beispielsweise erreicht die Lockheed Martin F-22 Raptor bis zu Mach 2,25 (2683 km/h)³. Die Ausstellung einer ärztlichen Bescheinigung für Farbenfehlsichtigkeit hängt vom Ergebnis des Farbtafel-Sehtests⁴ ab. Das ist einer von zwei vom Militär verlangten Tests, mit denen sich eine Rot-Grün-Sehschwäche ermitteln lässt. Diese Anforderung macht es für angehende Piloten mit Rot-Grün-Sehschwäche schwierig, im Militär Karriere zu machen. Speos hat die Möglichkeiten, die Cockpits der Zukunft für militärische und kommerzielle Flüge umzugestalten und farbenfehlsichtige Piloten beim Fliegen zu unterstützen.

Ansys Speos kann Ihnen dabei helfen, Ihre Produkte neu zu konzipieren – in Automobilbau und Luftfahrt oder aber bei einfachen Verpackungsänderungen, die farbenfehlsichtige Verbraucher unterstützen und Ihre Produkte integrativer gestalten. Beginnen Sie noch heute mit einer kostenlosen Testversion. 

1. "About Colour Blindness", Colour Blind Awareness, 6. Mai 2022.
2. "What are Eye Cones? Nerve Cells in the Eye that Produce Color Vision", VeryWellHealth.com, 20. Dezember 2020.
3. "15 of the Fastest Fighter Jets in the World Ever Built", Hangar.Flights, 16. April 2022.
4. "Color-discrimination threshold determination using pseudoisochromatic test plates", Frontiersin.org, 6. Mai 2022.