Исследователи наконец завершили столетнюю теорию цветового восприятия Шрёдингера, математически определив, как мы воспринимаем оттенок, насыщенность и яркость. Их геометрический прорыв исправляет давние недостатки и открывает двери для более точных и надежных инструментов визуализации, сообщает Йорик со ссылкой на ScienceDaily.com.
Новые исследования того, как люди воспринимают различия между цветами, пересматривают теорию, впервые предложенную почти 100 лет назад физиком Эрвином Шрёдингером. Роксана Буджак, учёный из Национальной лаборатории Лос-Аламоса, возглавила группу, которая применила геометрию для точного описания того, как мы воспринимаем оттенок, насыщенность и яркость. Их результаты, представленные на крупной конференции по науке о визуализации, подтверждают концепцию Шрёдингера, показывая, что эти основные цветовые качества возникают из внутренней структуры самой цветовой системы.
«Мы пришли к выводу, что эти цветовые качества возникают не из дополнительных внешних факторов, таких как культурный или приобретенный опыт, а отражают внутренние свойства самой цветовой метрики», — сказала Буджак. «Эта метрика геометрически кодирует воспринимаемое расстояние между цветами — то есть, насколько разными кажутся два цвета наблюдателю».
Четко определив эти перцептивные характеристики, исследователи восполняют важный недостающий компонент, который помогает достичь первоначальной цели Шрёдингера — создания самодостаточной модели. В этом представлении оттенок, насыщенность и яркость определялись бы исключительно геометрией и принципом наибольшего сходства цветов.
Геометрия, лежащая в основе оттенка, насыщенности и яркости.
Человеческое цветовое зрение зависит от трех типов колбочковых клеток в глазу, чувствительных к красному, синему и зеленому свету. Поэтому ученые представляют цвет в трех измерениях, известных как цветовые пространства. В XIX веке математик Бернхард Риман предположил, что перцептивные пространства могут быть искривленными, а не плоскими. Развивая эту идею в 1920-х годах, Шрёдингер описал оттенок, насыщенность и яркость, используя математическую систему измерений в рамках этой искривленной структуры.
На протяжении десятилетий определения Шрёдингера определяли научное понимание цвета. Однако, разрабатывая алгоритмы для научной визуализации, команда из Лос-Аламоса обнаружила слабые места в математической основе модели. Эти пробелы открыли путь к уточнению и укреплению теории.
Определение нейтральной оси и уточнение теории цвета.
Ключевой вопрос касался нейтральной оси — линии серых тонов, идущей от черного к белому. Определения Шрёдингера основывались на том, как цвета располагаются относительно этой оси, однако он никогда не давал ей математического определения. Без этого определения структура модели лишена формального обоснования: без определенной нейтральной оси конструкция формально не определена.
Одним из важнейших достижений команды стало определение нейтральной оси исключительно на основе геометрии цветовой метрики. Для этого потребовалось выйти за рамки традиционной римановой модели, что стало значительным шагом вперед в математике, используемой в науке визуализации.
Исследователи также исправили две дополнительные проблемы. Они рассмотрели эффект Безольда-Брюке, при котором увеличение яркости может привести к изменению оттенка цвета. Вместо предположения, что цвета изменяются по прямым линиям, они вычислили кратчайший путь в геометрическом пространстве. Тот же подход с использованием кратчайшего пути в неримановом пространстве помог учесть эффект убывающей отдачи в восприятии цвета, когда возрастающие различия между цветами со временем становятся менее заметными.
Развитие науки о визуализации и ее практическое применение в реальном мире.
Работа, представленная на конференции Eurographics по визуализации, является кульминацией более масштабного проекта по восприятию цвета, результатом которого также стала знаковая статья 2022 года в Трудах Национальной академии наук .
Точные модели восприятия цвета имеют решающее значение для науки о визуализации, которая поддерживает такие области, как фотография и видео, а также передовой анализ данных. Четкое и надежное моделирование цвета улучшает способы интерпретации учеными сложных наборов данных и построения симуляций, в том числе используемых в исследованиях в области национальной безопасности. Создав более прочную математическую основу для цвета в неримановом пространстве, команда заложила фундамент для будущих достижений в технологиях визуализации.
Финансирование: Данная работа была поддержана программой научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проводимых под руководством лаборатории в Лос-Аламосе, а также программой передовых методов моделирования и вычислительной техники Национального управления ядерной безопасности.
Материалы предоставлены Национальной лабораторией Лос-Аламоса . Примечание: содержание может быть отредактировано для улучшения стиля и сокращения объема.
Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
