来自厄尔温·薛定谔一个世纪前的理念经过新研究获得了重大进展，研究人类如何感知颜色之间的差异。由洛斯阿拉莫斯科学家罗克萨娜·布雅克领导的团队使用几何学构建了一个基于色相、饱和度和明度的颜色感知数学定义。他们的成果在一次可视化科学会议上展示，正式化了薛定谔的色彩模型，表明这些熟悉的颜色特质是嵌入色彩感知结构本身的。布雅克说：“我们得出的结论是，这些颜色特质并不是来自于文化或学习经验等额外外部构建，而是反映了颜色度量本身的固有特性。这个度量几何编码了感知的颜色距离——也就是观察者眼中两个颜色的差异。” 通过更严格地定义这些感知属性，研究人员为薛定谔长期以来关于闭合数学模型的色彩愿景补充了一个缺失的部分。目标是仅使用最高颜色相似度的几何属性来定义色相、饱和度和明度。人类的色彩视觉基于三种类型的锥体细胞，分别集中在红色、蓝色和绿色。这让颜色空间具有三个维度，使科学家能够以数学方式组织和比较颜色。在19世纪，数学家伯恩哈德·黎曼提出感知颜色空间不是平坦或直的，而是曲线的。1920年代，薛定谔在这一思想基础上定义了色相、饱和度和明度，采用一种描述人们如何感知颜色差异的度量。 填补一个世纪的数学空白 薛定谔的定义在大约100年中塑造了颜色科学。但在洛斯阿拉莫斯团队开发科学可视化算法时，他们发现模型背后的数学存在重要的弱点。最大的问题涉及中性轴，即从黑色到白色的灰色线。薛定谔对色相、饱和度和明度的定义依赖于颜色相对于该轴的位置，但他从未正式定义过该轴。这一遗漏造成了一个严重的缺口。在没有中性轴精确定义的情况下，整个结构在形式上是不完整的。该团队的最重要进展是找到了仅使用颜色度量的几何来定义中性轴的方法。为了实现这一点，研究人员必须超越传统的黎曼模型。这一转变代表了可视化科学的一个重大数学进步。 更好的颜色变化模型 该团队还纠正了旧框架中的另外两个重要问题。其中一个涉及贝宗德-布鲁克效应，这是一种现象，其中光强变化可以使颜色在色相上看起来发生变化。研究人员通过在他们的颜色感知几何模型中使用最短路径，而不是依靠简单的直线来解决这个问题。他们还在非黎曼空间中使用最短路径，以考虑颜色感知中的递减收益，这是旧方法未能完全捕捉的另一个效应。 为什么颜色感知很重要 该研究在欧洲图形可视化会议上进行了报告，并建立在洛斯阿拉莫斯关于颜色感知的更广泛项目基础上。该项目还在《美国国家科学学报》上发表了一篇突破性的2022年论文。一个更精确的颜色感知模型可能在依赖准确颜色的领域中具有广泛的价值，包括摄影、视频、可视化以及相关技术。它还可能改善科学家创建和解释视觉数据的方式。科学可视化在帮助研究人员理解复杂信息中扮演着重要角色。更好的颜色模型可以支持更有效的分析，涉及许多领域，包括国家安全科学。该团队的工作现在为在非黎曼空间中进行未来的颜色建模奠定了基础。资助：这项工作得到了洛斯阿拉莫斯实验室指导的研究与发展项目以及国家核安全管理局的高级仿真与计算项目的支持。