Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории США завершили разработку математической модели восприятия цвета, основы которой сто лет назад заложил физик Эрвин Шрёдингер. Исследовательская группа под руководством Роксаны Буяк описала цветовые характеристики – тон, насыщенность и светлоту – исключительно через геометрические свойства зрительного восприятия. Результаты работы были представлены на конференции по научной визуализации «Eurographics Conference on Visualization».
Человеческое зрение базируется на работе трех типов колбочек сетчатки, реагирующих на красный, зеленый и синий цвета. Это определяет трехмерность цветового пространства. В XIX веке математик Бернхард Риман предположил, что пространство восприятия цвета является искривленным, а в 1920-х годах Эрвин Шрёдингер развил эту концепцию. Однако в его расчетах оставался существенный пробел: описывая тон, насыщенность и светлоту, физик не дал точного математического определения нейтральной оси – линии серых тонов, проходящей от черного к белому. Из-за отсутствия этой оси вся теоретическая конструкция оставалась незавершенной.
Математикам из Лос-Аламоса удалось устранить эту проблему, выйдя за рамки традиционного риманова пространства. Они математически описали нейтральную ось, используя только геометрию цветовой метрики. В рамках новой неримановой модели авторы также скорректировали описание эффекта Бецольда-Брюкке, при котором изменение интенсивности света искажает восприятие цветового тона. Вместо прямых линий ученые использовали кратчайшие пути в геометрической модели, что позволило точнее отразить особенности человеческого зрения, включая эффект снижения чувствительности к сильным стимулам.
Авторы исследования подчеркивают, что такие характеристики, как тон, насыщенность и светлота, не являются результатом внешних факторов, таких как культурный опыт или обучение. Они представляют собой внутренние свойства самой структуры восприятия цвета, которая геометрически кодирует различие между оттенками.
Разработанная математическая модель имеет прикладное значение для областей, критически зависящих от точности передачи цвета. К ним относятся профессиональная фотография, обработка видео, создание систем визуализации научных данных, а также компьютерное моделирование в сфере национальной безопасности. Работа была выполнена при поддержке Министерства энергетики США и Администрации по национальной ядерной безопасности.
