当我们浏览科学论文时，通常会看到丰富多彩的结果。尽管从美学上来说令人愉悦，但是对于患有色觉缺陷（CVD）的工程师来说，这些结果可能难以解释。您可能会认为以灰度显示结果会有所帮助，但人类无法分辨不同的灰度。那么，最好的选择是什么呢？
色觉缺陷对仿真和工程的影响
小时候，我们许多人都进行了眼部检查以确定我们是否患有 CVD。这些测试可能包括给受检者展示假同色图，它是由不同颜色和不同大小的点组成的圆。区分圆点和中间数字的能力可以证明一个人没有 CVD。
色觉测试的说明性示例。图中的数字是 5 和 3。
然而，对于患有 CVD 的 1/12 的男性和 1/200 女性来说，这些符号隐藏在五颜六色的迷彩中。这是因为 CVD 患者很难区分特定的颜色。
在科学界，这就带来了一个问题，因为颜色表通常用于帮助可视化结果，并以一种易于理解的方式呈现数据。因此，颜色表按预定义的顺序使用颜色数组，每种颜色代表不同的值。有些颜色表，例如彩虹色表（许多不同软件中的默认颜色表）使用了多种颜色。对于患有 CVD 的工程师来说，这些表中的颜色可能会导致数据被误解，从而可能模糊关键结果和发现。
例如，看下面的图片。这些图片表明，用彩虹色表（左）显示的结果在 CVD 患者（中）眼中有可能完全不同。在这种情况下，患有 CVD 的工程师会将彩虹色表中的亮红色解释为较深的灰黄色，这可能会导致数据的误解。解决此问题的一种方法是生成一个新的色表，以便于患有 CVD 的工程师可以正确解释结果（右）。
搅拌器模型的不同可视化效果。
彩虹色表不仅对患有 CVD 的人来说是个问题，它们也给没有 CVD 的人带来了问题。太平洋西北国家实验室（PNNL）的研究小组成员 Jamie Nuñez 解释说，由于它们之间的颜色变化不均匀且亮度缺乏渐变（即，亮度从色表的一端到另一端稳步增加），因此彩虹色表会引入伪影。当相反的情况成立时，这可能会导致出现重要（或无关紧要）的区域。
Nuñez 还指出，尽管我们可以通过在图像旁边添加一个颜色表来比较不同区域，但是不必要的复杂颜色表只会减慢解释速度，并可能导致我们得出错误的结论。
另外，尽管 CVD 检测已经普及，但可能有些患者却没有意识到自己患有 CVD。发生这种情况是因为人们从小就知道某些物体应该具有什么颜色。而且，无论某个人实际上看到的颜色是否与另一个人相同，他们都将其称为相同的事物。这意味着无论我们是否知道，我们都可能会错误地感知仿真和工程项目结果中所使用的颜色。
考虑 CVD 的同时创建色表
由于这些问题，Nuñez 和她的同事 PNNL 研究人员 Ryan Renslow 博士和 Christopher Anderton 博士开始意识到：长期以来，人们需要摒弃彩虹色表。因此，研究小组决定制作一个可以在整个科学界使用的优化色表。
要为患有 CVD 的工程师创建优化的色表，一种选择是使用灰度。但是，将结果呈现为灰度图像会带来一系列问题。即，使用这些色表时，人们在区分不同的灰色阴影时更加困难，并且观察不到细微的变化。
PNNL 团队创建了 Cividis，这是一个考虑了 CVD 患者而进行优化的色表。
Cividis 色表可帮助患有 CVD 的人准确解释仿真结果，例如该扬声器的声压级。
使用优化的色表 Cividis 显示仿真结果的真实色彩
对于 PNNL 团队而言，Cividis 的基本目标是创建一个色表，该表可以为有和没有 CVD 的人优化标量数据显示。本质上，色表应该对尽可能多的人具有最精确的数据表示。
实现这些目标并不容易，Nuñez 提到他们团队最大的挑战是必须开发代码以优化颜色表。尽管团队知道自己的目标和涉及的步骤，但真正了解如何在不需要手动调整任何设置的情况下实现这些目标是很有挑战性的。另外，收集和解释相关的色彩理论信息也需要大量的工作。
最后，该团队克服了这些挑战，并通过优化 Viridis 色表创建了 Cividis，该色表被视为当前色表的黄金标准，但并未针对 CVD 进行优化。Cividis 包含各种深浅不一的蓝色和黄色，为患有或不患有 CVD 的人都创建了一个友好的色表。此外，PNNL 团队决定与 COMSOL 共享 Cividis，以便 COMSOL Multiphysics® 软件的用户可以轻松访问它以进行自己的仿真。此色表从 COMSOL Multiphysics 5.3a 版本开始可用。
散热器（右图例）和散热器周围空气中的温度分布（左图例）。使用彩虹色表对该模型可视化。
此图描述了患有红绿色盲的人如何感知彩虹色表的结果。
在此版本的模型中，使用Cividis颜色表对结果可视化。通过将彩虹色表（顶部）换成Cividis，患有CVD的工程师可以更轻松地分析温度场并避免潜在的数据伪影的解释。
Cividis 的优势
根据 PNNL 团队的说法，Cividis 为 COMSOL Multiphysics 用户提供了三个主要优势。
首先，它提供了一个统一的的颜色变化和亮度恒定的渐变。这意味着 Cividis 中的颜色在色表上变化平稳，明亮的颜色代表较高的数值，反之亦然。Nuñez 解释说，这是有益的，因为 Cividis 对于色表中不同颜色之间的比较非常直观。这样一来，其他人就可以轻松理解图像中不同值的比较方式，并突出真正重要的区域。
此外，Cividis 中使用的颜色范围广，可以避免使用灰度所带来的问题。最后，尽管 Cividis 已针对红绿色缺陷（最常见的 CVD）进行了专门测试，但无论是否患有CVD，工程师均可使用。这是因为 Cividis 对于具有正常色觉、绿色弱视、绿色盲的工程师来说看起来也是一样的。
使用 Cividis 对经受水流的球体后面的卡门涡街建模。
尽管我们在 COMSOL 中发现 Cividis 配色方案在美学上令人愉悦（也许会让人联想到月光下的天空的颜色），但一些测试人员发现由于缺少颜色变化，色表没有吸引力。为了解决这个问题，PNNL 团队计划使用他们创建的工具来优化 Cividis，并创建另一个优化的颜色表，该颜色表可以循环使用更多的颜色，同时仍能针对不同的重度绿色弱视保持最佳状态……所以，敬请关注！
与需要的人分享 Cividis
展望未来，该团队认为，为了使整个科学界转向使用优化的色表（例如 Cividis），人们必须理解它们的重要性并将其添加到软件中。这就是PNNL团队与 COMSOL 共享 Cividis 的原因。他们还计划免费提供所有材料以供广泛使用。Nuñez 说，他们的目标是使所有人都能使用该色表（文中给出了生成该色表的代码和讨论其设计的论文），以帮助解决团队中发现的问题。
Nenñez、Renslow 和 Anderton 希望他们的工作能够提高人们对 CVD 友好色表的认识和可用性，从而帮助全世界约 6 亿的 CVD 患者。
建议阅读
- J.Nuñez，C.Anderton和R.Renslow 在论文中对 Cividis 色表进行了描述：“Optimizing colormaps with consideration for color vision deficiency to enable accurate interpretation of scientific data,”2018 年。
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