Vorlesung: Usability and Interaction Dr. Thomas Schlegel, Institut für Visualisierung und interaktive Systeme (VIS)

Transkript

1 Sehschärfe Akkomodation Nahpunkt chromatische Abberation Beleuchtungsabhängig, maximal bei ca. 100cd/qm. Graustufen peripher und lichtempfindlicher Farbsehen hört vorher auf ( Nachts sind alle Katzen grau ) Scharfstellen auf verschiedene Abstände (nah-/ fernakkomodation) Altersabhängig, brennpunktabhängig (Dioptrien) geringste scharf gesehene Entfernung (Altersweitsicht!) Unterschiedliche Lichtbrechung (bei gleicher realer Entfernung wirkt rot näher, blau ferner ). 29 Chromatische Abberation Foreground - background - red is near red is near blue is far blue is far test text of equal length test text of equal length test text of equal length test text of equal length Chromatische Aberration = Aufgrund der unterschiedlichen Wellenlänge erfolgt eine andere Fokussierung bei unterschiedlichen Farben. Sie ist bei Rot und Blau am stärksten

2 Bilder in Bewegung Bildverschmelzungsfrequenz ca. 16 Hz (vgl. Filmprojektoren mit 18 / 24 Bildern) kontinuierliches bewegtes Bild, kein Ruckeln Shutter-Effekt bei zu großen Bilddifferenzen (verwischte Schwenks bei Filmen) Flimmerverschmelzungsfrequenz ca Hz: Hier verschwindet der Flimmereindruck (ca. 85 empfohlen als Bildwiederholfrequenz bei Röhrenmonitoren Refresh) Die Ursache für kontinuierliche Wahrnehmung liegt in Trägheit der Sehzellen und der laufenden Ergänzung im Gehirn 31 Zapfen Farbe eines Lichtquants Rot-Grün- Farbenblindheit Farbempfindlichkeit sind unterschiedlich empfindlich für drei verschiedene Bereiche des Spektrums bestimmt Wahrscheinlichkeit von Rot-, Grün- oder Blau-Zapfen gefangen zu werden. Der Farbeindruck ergibt sich durch verrechnen der Rot, Grün und Blau-Werte. Kompensation von Farbstichen. fehlende Differenzinformation von Rot- und Grün- Zapfen bei ca. 9% aller Männer (Y-Chromosom!) beleuchtungsabhängig: max. Empfindlichkeit: helladaptiert Grün-gelb, dunkeladaptiert Blaugrün. Für Rot und Grün schlecht in Peripherie, gut für Gelb (Rot/Grün kombiniert)

3 Ortsfrequenz Alter Empf. höher bei geringer Ortsfrequenz (Anzahl von Farbwechseln pro Winkel) < 0,25/Grad (2cm bei 50cm Abstand) Farbensehen lässt mit Alter nach 33 Kombination Parallaxe Tiefe Farben Verrechnung der unterschiedlichen Bilder des linken und rechten Auges (Stereogramme) Fokusierung der Augen Formen (perspektivisch zulaufende Linien) Verdeckungen Größenunterschiede je entfernter, desto blasser rot näher als blau 34 17

4 Parallelverarbeitung auf mindestens drei Kanälen : Magno-Kanal Parvo-Interblob-Kanal Blob-Kanal Rechenleistung des Gehirns, keine direkte Tiefenwahrnehmung möglich optische Täuschungen räumliche Tiefe und Bewegung, unscharf keine Farbe Kanten und Formen aus mittlerem Bereich des Sehfeldes keine Farbe, keine räumliche Tiefe Farbe, Helligkeitsflächen nicht zum Rand hin, geringe Schärfe. 35 Boynton Illusion 36 18

5 Stereogramme Magisches Auge 37 Interessante visuelle Phänomene Figur-Hintergrund- Umkehrung Die perzeptuelle Entscheidung, was als Figur und was als Hintergrund wahrgenommen wird, ist mit der Entscheidung eines Radaroperateurs vergleichbar, der zwischen Signal und Rauschen differenzieren muss. Durch die Konzentration auf ein Signal wird der Rest in den Hintergrund gedrängt

6 Interessante visuelle Phänomene Farbschimmertäuschung Man bezeichnet mit «neon color spreading effect» das an den Effekt einer historischen Neon- Leuchtröhre erinnernde körnige Glimmen von gewissen Farbeinschlüssen in repetitiven Strukturen. Das Wort «spreading» bedeutet, dass diese Leuchtfarbe scheinbar die leeren Zwischenräume füllt. 39 Interessante visuelle Phänomene: Farbschimmertäuschung Neon Color Spreading Effect : Effekt einer historischen Neon-Leuchtröhre erinnernde körnige Glimmen von gewissen Farbeinschlüssen in sich wiederholenden Strukturen. Spreading beschreibt, dass diese Leuchtfarbe scheinbar die leeren Zwischenräume ausfüllt

7 Signal von der Retina Schauen Sie bitte lange auf den roten Punkt in der Mitte. Dann auf die weiße Fläche rechts. Mehr davon unter: /ot/index.html 41 Farbe 42 21

8 Farben / Lichtspektrum Licht wird erzeugt von: Emission (Anregung durch Temperatur, Teilchen, chemische Prozesse, ), Streuung (z.b. Rayleigh), Reflexion Sichtbare und angrenzende Frequenzen (Regenbogenfarben): infrarot rot orange gelb grün blau violett ultraviolett nm Energie Gammastr. Röntgenstr. hartes UV Wellenlänge Mikrowellen Radiowellen 43 Farbwahrnehmung Spektrale Empfindlichkeit des Auges Luminanz Empfindlichkeit S M L Tristimulus Theorie / Dreifarbigkeit: Drei Zapfenarten: Rot (Lang / 560 nm) Grün(Mittel / 530 nm) Blau (Kurz / 420 nm) 400 Wellenlänge / nm

9 3.3 Color Perception Signale von Zapfen werden von den Ganglienzellen zu Paaren gegensätzlicher Farben kombiniert Lang L + M Luminanz Helligkeit Mittel L M = rot grün Kurz Farb- S (L + M) = blau gelb unterschiede Luminanz-Approximation (Graustufenumwandlung!): Y = 0,3 R + 0,59 G + 0,11 B [nach C. Ware, Information Visualization] 45 Farbblindheit ( Isoluminanz ) Rot-Grün-Blindheit: Erbkrankheit bei etwa 10% der Männer und 1% der Frauen. Normal: 8 Rot-Grün-Blind: 3 oder nichts Normal: 7 Farbblind: nichts Normal: 35 Rotblind: 5 Grünblind:

10 Farbwahrnehmung: Farbkontext Simultan-Farb-Kontrast: Obwohl es sich immer um das gleiche Grau handelt (selbe Graustufe), wird es unterschiedliche wahrgenommen je nach Kontext, z.b. Gelber Kontext färbt das Grau blauer und umgekehrt Grüner Kontext färbt das Grau roter etc. Beispiele auf den Folgefolien 47 24

11 Farbwahrnehmung bei unterschiedlichem Licht Farbkonstanz Hohe Unabhängigkeit der Farbwahrnehmung von der Intensität und spektralen Farbzusammensetzung der Beleuchtung Farbliche Zusammensetzung des Lichts: Selbes Bild unter der gegebenen Beleuchtung: 50 25

12 Kontrast Schwarze Schrift Graue Schrift Blaue Schrift Rote Schrift Gelbe Schrift Weiße Schrift Schwarze Schrift Graue Schrift Blaue Schrift Rote Schrift Gelbe Schrift Weiße Schrift 51 Farbkombinationen (1) Graustufen in Kombination mit Farben 52 26

13 Farbkombinationen + gut geeignet ; - nicht geeignet (z.b. weil Farborte zu nahe beieinander, zu hohe Anforderungen an Scharfeinstellungsmechanismus der Augen ) 53 Farb-Einsatz Verwendung für Verwendung wie? Eignung Bentzerkontrolle Zustände, Aufmerksamkeit, Markieren, Beziehungen, Gliederungen, Ästhetik sparsam (eher für zusätzliche Verstärkung) maximal 6 bedeutungstragende Farben konsistent einsetzen Vermeidung zu extremer wie zu geringer Farbkontraste rot und blau nur für Flächen, nie gleichzeitig hohe Farbsättigung nicht zur Unterscheidung kleiner Darstellungen eingeschränkte Benutzerkontrolle (weiß auf weiß) Systementwurf zunächst monochrom 54 27

14 Bedeutung von Farben Kulturell unterschiedlich Blau Rot Grün Gelb Schwarz Weiß Farben werden je nach Kultur unterschiedlich interpretiert, z.b. Gelb als Farbe des Kaisers in China, weiß/schwarz als Trauerfarben Beruhigend, entspannend, harmonisch, kühl; problematisch am Monitor Alarm, Aktivität, Warnung, Gefahr, Aggression, Blut OK, Lebendig, positiv, (mit Schwarz bedrohlich) Kreativ, hell, Aufmerksamkeit (sehr helle Farbe) Westl. Kultur: negativ, Tod; in Afrika, edel, schön Hell, sauber, Wahrheit, neutral, optimaler Kontrast mit dunklen Farben 55 Ergänzendes zur Farbwahrnehmung/-blindheit und Resonanz 56 28

15 Farbenblindheit Normal RGB-Blindheit Quelle: 57 Farbfehlsichtigkeit Formen der Rotblinde ohne Rotrezeptoren werden als Farbfehlsichtigkeit Protanope (gr. protos, erster; gr. an-, nicht; gr. ope Blick) bezeichnet. Grünblinde als Deuteranope (gr. deuteros, zweiter), sie weisen beide das Phänomen der Dichromasie auf, besitzen also nur zwei statt drei Zapfentypen. Rotschwäche (Protanopie) und Grünschwäche (Deuteranopie) beruhen auf veränderten Empfindlichkeiten der entsprechenden Rezeptoren. (vgl. Wikipedia) Gelb-Blau-Sehschwäche sehr selten Quelle: Fraunhofer IAO 58 29

16 Farbfehlsichtigkeit Rot-Grün- Sehschwäche Die Betroffenen können hierbei die Farben Rot und Grün schlechter als Normalsichtige unterscheiden. Betroffen sind 8-9% der Männer und 0,8 % der Frauen. Davon leiden fast die Hälfte an einer Grünschwäche, nur 20 Prozent haben eine Rotschwäche. Gänzlich blind für die grüne Farbe sind 15 Prozent. Rund jeder Achte der Farbfehlsichtigen können gar keine roten Eindrücke wahrnehmen. 59 Farbfehlsichtigkeit Rot- oder Grünblindheit Menschen mit Grünblindheit und mit Rotblindheit verwechseln Rot und Grün, auch die Bezeichnung Rot-Grün-Blindheit üblich Sie sehen beide Farben nicht normal, da ihr Farbensystem sich nur aus Blau und Gelb (statt normalerweise aus Blau, Gelb und Rot) zusammensetzt. Rot und Grün werden bei Farbsehschwäche sehr leicht verwechselt. Bei der Farbblindheit einer Farbe entsteht aus der Helligkeit und der Farbsättigung eine so genannte Fehlfarbe, die den Farbeindruck ersetzt. Nur die Menschen, die gar kein Farbpigment (Tritanopie) haben, sehen die Welt»unbunt«als Grautöne. Die Sehschärfe der Betroffenen ist normal

17 Farbfehlsichtigkeit Rotblindheit (Protanopie) auch Rotgrünblindheit erster Form genetisch bedingte Farbfehlsichtigkeit hti it Zapfen für das Wahrnehmen von Rot enthalten das Iodopsin für Grün. Menschen mit Protanopie haben daher nur zwei statt drei verschiedene Zapfentypen. Betroffen sind etwa 1 % der Männer und 0,02 % der Frauen. Im kurzwelligen Bereich sehen sie (wie Farbgesunde) ein sattes Blau, im mittelwelligen Bereich Grau (neutraler Punkt bei 492 nm), im langwelligen Bereich ein sattes Gelb. 61 Farbfehlsichtigkeit Grünblindheit (Deuteranopie) genetisch bedingte Farbfehlsichtigkeit Zapfen für das Wahrnehmen h von Grün enthalten das Opsin für Rot Menschen mit Deuteranopie haben daher nur ebenfalls zwei statt drei verschiedene Zapfentypen Betroffen sind etwa 1 % der Männer und 0,01 % der Frauen. Im kurzwelligen Bereich sehen sie (wie Farbgesunde) ein sattes Blau, im mittelwelligen Bereich Grau (neutraler Punkt bei 498 nm), im langwelligen Bereich ein sattes Gelb

18 Rotblindheit Normal Rot-Blindheit Quelle: 63 Grünblindheit Normal Grün-Blindheit Quelle:

19 Schall: Resonanzfrequenzen beim Mensch Quelle: ZDF 65 33