Исследователи уточнили и математически завершили теорию восприятия цвета, предложенную почти сто лет назад физиком Эрвином Шредингером. Ученые под руководством ученой Лос-Аламосской национальной лаборатории Роксаны Бужак показала, что оттенок, насыщенность и светлота могут быть строго выведены из геометрической структуры цветового пространства. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Теория Шредингера, разработанная в 1920-х годах, опиралась на идею, что пространство воспринимаемых цветов может быть изогнутым — в духе геометрии Бернхарда Римана. Поскольку человеческое зрение основано на трех типах колбочек, чувствительных к красному, зеленому и синему свету, цвет описывается в трех измерениях. Шредингер предположил, что основные характеристики цвета — оттенок, насыщенность и светлота — определяются внутренней геометрией этого пространства.
Однако в его модели оставались математические пробелы. В частности, не была формально определена так называемая нейтральная ось — линия серых оттенков от черного к белому, относительно которой задается положение других цветов. Без четкого определения этой оси вся конструкция оставалась неполной.
Команда Лос-Аламоса смогла вывести нейтральную ось исключительно из геометрических свойств цветовой метрики — системы, которая описывает, насколько различными воспринимаются два цвета.
«Мы пришли к выводу, что оттенок, насыщенность и светлота не являются внешними конструкциями — культурными или обученными. Они отражают внутренние свойства самой цветовой метрики», — отметила Роксана Бужак.
Кроме того, исследователи устранили еще два известных ограничения классической модели. Они учли эффект Бецольда—Брюкке, при котором изменение яркости может приводить к смещению оттенка. Вместо предположения о прямолинейном изменении цвета ученые рассчитали кратчайшие пути в искривленном пространстве. Такой же подход позволил объяснить эффект «уменьшающейся отдачи» — ситуацию, когда дальнейшее увеличение различий между цветами воспринимается все менее заметно.
Для решения этих задач исследователям пришлось выйти за рамки традиционной римановой геометрии и использовать более общую математическую модель. Это, по их словам, стало ключевым шагом к завершению концепции Шредингера.
Точная математическая модель восприятия цвета имеет важное прикладное значение. Она необходима для научной визуализации — от фотографии и видеотехнологий до анализа больших данных и компьютерного моделирования. Улучшение цветовых моделей позволяет точнее интерпретировать сложные данные и создавать более надежные визуальные инструменты, в том числе применяемые в исследованиях национальной безопасности.
Ранее стало известно, почему мы до сих пор не получили сигналов от инопланетян.