Ученые разгадали столетнюю загадку теории цвета Шредингера

Прошло сто лет с тех пор, как физик Эрвин Шредингер выдвинул оригинальную теорию восприятия цвета людьми, и только недавно ученым удалось заполнить оставшиеся пробелы в его концептуальном подходе.

Ученые под руководством Роксаны Буджак из Лос-Аламоса пересмотрели почти вековую теорию восприятия цвета, предложенную физиком Эрвином Шредингером. Они применили геометрию для точного описания того, как мы воспринимаем оттенок, насыщенность и яркость. На крупной конференции по визуализации эксперты доказали, что эти качества связаны с внутренним устройством самой цветовой системы, а не внешним влиянием, будь то культура или личный опыт, пишет ScienceDaily.

Цветовое зрение человека формируется тремя типами колбочек, воспринимающих красный, синий и зеленый свет. Соответственно, 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. Эту идею позже развивал Шредингер, предлагая геометрическое описание оттенков, насыщенности и яркости.

Спустя многие годы ученые из Лос-Аламоса обнаружили недостатки в математической структуре модели Шредингера, занимаясь разработкой алгоритмов визуализации. Основной проблемой старой модели был недостаток определения нейтральной оси — воображаемой линии серых оттенков, соединяющей черный и белый цвета. Хотя Эрвин Шредингер использовал ось в своей работе, он не дал ей строгого математического определения, что оставляло конструкцию недостаточно обоснованной.

Значительным успехом группы ученых стало создание четкого определения нейтральной оси на основе геометрии цветовой метрики. Чтобы добиться этого результата, понадобилось выйти за пределы традиционных рамок римановой геометрии, сделав серьезный шаг вперед в развитии математических инструментов, применяемых в визуализации.

Результаты экспериментов по восприятию цвета, проведенных командой: если цвета второго и четвертого столбцов совпадают, то наиболее близкий к нейтральной оси цвет совпадает с цветом в конце кратчайшего пути.Источник: Los Alamos National Laboratory

Помимо этого, специалисты решили две дополнительные задачи. Во-первых, они проанализировали эффект Безольда-Брюке, проявляющийся в изменении оттенка при увеличении яркости. Вместо упрощенного предположения о линейном перемещении цветов, они рассчитали кратчайший путь в геометрическом пространстве. То же самое геометрическое рассуждение оказалось полезным и для описания другого известного феномена — эффекта ослабления отклика, когда наше восприятие различий между цветами постепенно снижается.

Точное понимание восприятия цвета крайне важно для современной визуализации, используемой в таких областях, как фотография, видео и обработка данных. Надежные модели позволяют лучше анализировать сложные наборы данных и строить качественные симуляции, включая проекты в сфере национальной безопасности. Разработанная учеными новая математическая база для описания цвета в искривленном пространстве создает прочный фундамент для дальнейшего прогресса в технологиях визуализации.