Początki prac Schrödingera nad teorią kolorów
Autorzy badań w tej sprawie piszą o swoich dokonaniach na łamach Computer Graphics Forum. Ich praca stanowi zwieńczenie wieloletnich badań nad matematyczną strukturą percepcji barw i może mieć znaczenie między innymi dla grafiki komputerowej, wizualizacji danych oraz technologii obrazowania.
Czytaj też: Fizyk proponuje rewolucyjną teorię. Piąty wymiar wyjaśnia kwanty i grawitację
Podstawy rzeczonej teorii sięgają lat 20. XX wieku. Schrödinger zaproponował wówczas, aby sposób, w jaki ludzie postrzegają kolory, opisać jako geometryczną przestrzeń barw. W tym modelu trzy główne cechy koloru, tj. odcień, nasycenie i jasność, można traktować jako elementy matematycznego systemu opisującego różnice między barwami. Problem polegał jednak na tym, że jedna z kluczowych części tej konstrukcji nigdy nie została formalnie zdefiniowana.
Chodziło o tzw. oś neutralną, czyli linię od czerni przez odcienie szarości aż do bieli. Schrödinger korzystał z tego pojęcia w swoich definicjach, lecz nie podał matematycznego sposobu jej wyznaczenia. W efekcie cały model pozostawał teoretycznie niepełny, choć przez dekady był szeroko wykorzystywany w nauce o kolorze. Zespół badawczy pod kierunkiem Roxany Bujack opracował wyjście z sytuacji, wykorzystując zaawansowaną geometrię. Naukowcy pokazali, iż oś neutralną można wyprowadzić bezpośrednio z matematycznej struktury przestrzeni barw. W tym celu zastosowali bardziej ogólny model geometryczny wykraczający poza klasyczną geometrię Riemanna, która wcześniej była podstawą wielu modeli percepcji kolorów.
Przełom po ponad stu latach
Nowe podejście pozwoliło także wyjaśnić pewne znane zjawiska związane z postrzeganiem barw. Jednym z nich jest efekt Bezolda-Brückego, polegający na tym, że zmiana jasności może powodować pozorną zmianę odcienia koloru. Zamiast zakładać prostoliniowe zmiany w przestrzeni barw, badacze obliczyli najkrótsze ścieżki w zakrzywionej przestrzeni kolorów, co pozwoliło dokładniej opisać ten efekt.
Czytaj też: Historyczny eksperyment w nadciekłym helu. Po raz pierwszy fizycy skontrolowali obrót cząstek
Wyniki sugerują dodatkowo, iż podstawowe cechy kolorów nie są jedynie efektem kultury czy doświadczenia, lecz wynikają z matematycznej struktury samego układu wzrokowego człowieka. Innymi słowy, różnice między barwami mogą być opisane jako odległości w określonej przestrzeni geometrycznej odpowiadającej sposobowi działania ludzkiego oka i mózgu. A po co nam dokładniejsze modele percepcji kolorów? Precyzyjne odwzorowanie barw jest kluczowe w fotografii, filmie, grafice komputerowej czy analizie danych naukowych. Lepsze zrozumienie matematyki stojącej za widzeniem kolorów może także pomóc w projektowaniu nowych systemów wizualizacji oraz narzędzi wykorzystywanych w symulacjach naukowych.
Źródło: Computer Graphics Forum
