Новое исследование опровергает 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. Буджак является ведущим автором статьи группы из Лос-Аламоса в Proceedings of the National Academy of Sciences 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 математики и физики — и доказать, что одна из них неверна, в значительной степени мечта ученого», — сказал Бьюджек.
Моделирование цветовосприятия человека позволяет автоматизировать обработку изображений, компьютерную графику и задачи визуализации. «Наша первоначальная идея заключалась в том, чтобы разработать алгоритмы для автоматического улучшения цветовых карт для визуализации данных, чтобы упростить их понимание и интерпретацию», — сказал Буджак. Поэтому команда 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.
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 на нашей сетчатке, и, что неудивительно, цвета, которые смешиваются для создания всех изображений на экране вашего компьютера с RGB-подсветкой.
В исследовании, в котором сочетаются психология, биология и математика, Буджак и ее коллеги обнаружили, что использование римановой геометрии переоценивает восприятие больших цветовых различий. Это потому, что люди воспринимают большую разницу в цвете как меньшую, чем сумма, которую вы получили бы, если бы сложили небольшие различия в цвете, лежащие между двумя далеко разнесенными оттенками.
Риманова геометрия не может объяснить этот эффект. «Мы этого не ожидали и пока не знаем точную геометрию этого нового цветового пространства», — сказал Буджак. «Мы могли бы думать об этом нормально, но с добавленной функцией демпфирования или взвешивания, которая тянет большие расстояния, делая их короче. Но мы пока не можем это доказать».
