Новое исследование опровергает 100-летнее представление о восприятии цвета
Новое исследование исправляет важную ошибку в трехмерном математическом пространстве, разработанном лауреатом Нобелевской премии физиком Эрвином Шредингером и другими и используемом учеными и промышленностью более 100 лет для описания того, как ваш глаз отличает один цвет от другого. Исследование может улучшить визуализацию научных данных, улучшить телевизоры и перекалибровать текстильную и лакокрасочную промышленность.
«Предполагаемая форма цветового пространства требует смены парадигмы», — сказала Роксана Буджак, ученый-компьютерщик с математическим образованием, создающая научные визуализации в Лос-Аламосской национальной лаборатории. Она является ведущим автором статьи о математике восприятия цвета.
«Наше исследование показывает, что текущая математическая модель того, как глаз воспринимает цветовые различия, неверна. Эта модель была предложена Бернхардом Риманом и разработана Германом фон Гельмгольцем и Эрвином Шредингером — гигантами в математике и физике — и доказать, что одна из них неверна, в значительной степени мечта ученого», — говорит Роксана Буджак.
Моделирование цветовосприятия человека позволяет автоматизировать обработку изображений, задачи компьютерной графики и визуализации.
«Наша первоначальная идея заключалась в том, чтобы разработать алгоритмы для автоматического улучшения цветовых карт для визуализации данных, чтобы упростить их понимание и интерпретацию».
Поэтому команда ученых была удивлена, когда обнаружила, что они были первыми, кто определил, что давнее применение римановой геометрии, которое позволяет обобщать прямые линии на криволинейные поверхности, не работает.
Эта визуализация захватывает трехмерное математическое пространство, используемое для картирования человеческого восприятия цвета. Новое математическое представление показало, что сегменты линий, представляющие расстояние между далеко разнесенными цветами, не складываются правильно при использовании ранее принятой геометрии. Исследование противоречит давним предположениям и улучшит множество практических приложений теории цвета. Предоставлено: Лос-Аламосская национальная лаборатория.
Для создания отраслевых стандартов необходима точная математическая модель воспринимаемого цветового пространства.
В первых попытках использовались евклидовы пространства — знакомая геометрия, преподаваемая во многих средних школах; более продвинутые модели использовали риманову геометрию.
Модели отображают красный, зеленый и синий цвета в трехмерном пространстве. Это цвета, которые лучше всего регистрируются светочувствительными колбочками в сетчатке глаза, и, что неудивительно, это цвета, которые смешиваются для создания всех изображений на экране компьютера с RGB-подсветкой.
В исследовании, в котором сочетаются психология, биология и математика, ученые обнаружили, что использование римановой геометрии переоценивает восприятие больших цветовых различий. Это происходит потому, что люди воспринимают большую разницу в цвете как меньшую, чем сумма, которую они получили бы, если бы сложили небольшие различия в цвете, лежащие между двумя далекими друг от друга оттенками.
Риманова геометрия не может объяснить этот эффект.
«Мы этого не ожидали, и мы еще не знаем точной геометрии этого нового цветового пространства», — сказала Роксана Буджак. «Мы могли бы думать об этом с дополнительной функцией демпфирования, которая сокращает большие расстояния, делая их короче. Но мы пока не можем этого доказать».
Исследование было опубликовано в PNAS.