Ново истраживање о томе како људи перципирају разлике између боја преобликује теорију коју је пре скоро 100 година први предложио физичар Ервин Шредингер. Рокана Бујацк, научница у Националној лабораторији Лос Аламос, предводила је тим који је применио геометрију да би прецизно описао како доживљавамо нијансу, засићеност и лакоћу. Њихови налази, представљени на великој научној конференцији о визуелизацији, учвршћују Шредингеров оквир показујући да ови основни квалитети боја произилазе из унутрашње структуре самог система боја.
„Оно што закључујемо је да ови квалитети боја не произлазе из додатних спољашњих конструкција као што су културна или научена искуства, већ одражавају суштинска својства саме метрике боја“, рекао је Бујацк. „Ова метрика геометријски кодира перципирану удаљеност боја – то јест, како се различите две боје појављују посматрачу.“
Чврстим дефинисањем ових перцептивних карактеристика, истраживачи обезбеђују кључну недостајућу компоненту која помаже да се испуни Шредингеров првобитни циљ стварања самосталног модела. У тој визији, нијанса, засићеност и светлост у потпуности би били одређени геометријом и принципом највеће сличности боја.
Геометрија иза нијансе, засићености и светлости
Људски вид у боји зависи од три врсте конусних ћелија у оку, осетљивих на црвену, плаву и зелену светлост. Због тога, научници представљају боју у три димензије познате као простори боја. У 19. веку, математичар Бернхард Риман је предложио да простори за опажање могу бити закривљени, а не равни. Надовезујући се на ту идеју 1920-их, Шредингер је описао нијансу, засићеност и светлост користећи математички систем мерења унутар овог закривљеног оквира.
Деценијама су Шредингерове дефиниције обликовале научно разумевање боје. Међутим, док је развијао алгоритме за научну визуализацију, тим из Лос Аламоса открио је слабости у математичкој основи модела. Те празнине су отвориле врата усавршавању и јачању теорије.
Дефинисање неутралне осе и фиксирање теорије боја
Кључно питање усредсређено на неутралну осу, линију сивих тонова која се протеже од црне до беле. Шредингерове дефиниције се ослањају на то како су боје позициониране у односу на ову осу, али он то никада није математички дефинисао. Без те дефиниције, структури модела недостаје формално утемељење: без дефинисане неутралне осе, конструкција је формално недефинисана.
Једно од најважнијих достигнућа тима било је успостављање неутралне осе искључиво из геометрије метрике боја. Да би се ово постигло, било је потребно да се изађе из традиционалног Римановог оквира, што је означило значајан напредак у математици која се користи за науку о визуелизацији.
Истраживачи су такође исправили два додатна проблема. Они су се бавили Безолд-Бруке ефектом, у којем повећање осветљености може учинити да се боја мења у нијанси. Уместо да претпоставе да се боје мењају дуж правих линија, израчунали су најкраћи пут унутар геометријског простора. Исти приступ најкраћем путу у неримановом простору помогао је да се објасни смањење повратка у перцепцији боја, где све веће разлике између боја постају мање приметне током времена.
Унапређење науке о визуелизацији и апликација у стварном свету
Рад, представљен на Еурограпхицс конференцији о визуелизацији, представља кулминацију ширег пројекта перцепције боја који је такође произвео значајан рад за 2022. Зборник радова Националне академије наукас.
Тачни модели перцепције боја су од виталног значаја за науку о визуелизацији, која подржава поља у распону од фотографије и видеа до напредне анализе података. Јасно и поуздано моделирање боја побољшава начин на који научници тумаче сложене скупове података и праве симулације, укључујући оне које се користе у истраживању националне безбедности. Успостављањем јаче математичке основе за боју у неримановом простору, тим је поставио темеље за будући напредак у технологији визуелизације.
Финансирање: Овај рад је подржан од стране Лабораторијско усмереног програма истраживања и развоја у Лос Аламосу и Националне администрације за нуклеарну безбедност напредног програма за симулацију и рачунарство.
