Νέα έρευνα σχετικά με το πώς οι άνθρωποι αντιλαμβάνονται τις διαφορές μεταξύ των χρωμάτων αναδιαμορφώνει μια θεωρία που προτάθηκε για πρώτη φορά πριν από σχεδόν 100 χρόνια από τον φυσικό Erwin Schrödinger.
Πώς βλέπουμε τα χρώματα;
Η Roxana Bujack, επιστήμονας στο Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos, ηγήθηκε μιας ομάδας που εφάρμοσε τη γεωμετρία για να περιγράψει με ακρίβεια πώς βιώνουμε την απόχρωση, τον κορεσμό και τη φωτεινότητα. Τα ευρήματά τους, που παρουσιάστηκαν σε ένα σημαντικό συνέδριο επιστήμης οπτικοποίησης, ενισχύουν το πλαίσιο του Schrödinger δείχνοντας ότι αυτές οι βασικές ιδιότητες χρώματος προκύπτουν από την εσωτερική δομή του ίδιου του χρωματικού συστήματος.
«Αυτό που καταλήγουμε είναι ότι αυτές οι ιδιότητες χρώματος δεν προκύπτουν από πρόσθετες εξωτερικές κατασκευές όπως πολιτισμικές ή μαθησιακές εμπειρίες, αλλά αντανακλούν τις εγγενείς ιδιότητες της ίδιας της χρωματικής μέτρησης», δήλωσε ο Bujack. «Αυτή η μέτρηση κωδικοποιεί γεωμετρικά την αντιληπτή χρωματική απόσταση - δηλαδή, πόσο διαφορετικά φαίνονται δύο χρώματα σε έναν παρατηρητή».
Ορίζοντας με σαφήνεια αυτά τα αντιληπτικά χαρακτηριστικά, οι ερευνητές παρέχουν ένα κρίσιμο στοιχείο που λείπει και βοηθά στην εκπλήρωση του αρχικού στόχου του Schrödinger να δημιουργήσει ένα αυτοτελές μοντέλο. Σε αυτό το όραμα, η απόχρωση, ο κορεσμός και η φωτεινότητα θα καθορίζονταν εξ ολοκλήρου από τη γεωμετρία και την αρχή της μέγιστης χρωματικής ομοιότητας.
Η Γεωμετρία Πίσω από την Απόχρωση, τον Κορεσμό και τη Φωτεινότητα
Η ανθρώπινη χρωματική όραση εξαρτάται από τρεις τύπους κωνικών κυττάρων στο μάτι, ευαίσθητων στο κόκκινο, το μπλε και το πράσινο φως. Εξαιτίας αυτού, οι επιστήμονες αναπαριστούν το χρώμα σε τρεις διαστάσεις, γνωστές ως χρωματικοί χώροι. Τον 19ο αιώνα, ο μαθηματικός Bernhard Riemann πρότεινε ότι οι αντιληπτικοί χώροι θα μπορούσαν να είναι καμπύλοι και όχι επίπεδοι. Βασιζόμενος σε αυτή την ιδέα τη δεκαετία του 1920, ο Schrödinger περιέγραψε την απόχρωση, τον κορεσμό και τη φωτεινότητα χρησιμοποιώντας ένα μαθηματικό σύστημα μέτρησης μέσα σε αυτό το καμπύλο πλαίσιο.
Για δεκαετίες, οι ορισμοί του Schrödinger διαμόρφωσαν την επιστημονική κατανόηση του χρώματος. Ωστόσο, ενώ ανέπτυσσε αλγόριθμους για επιστημονική οπτικοποίηση, η ομάδα του Los Alamos ανακάλυψε αδυναμίες στη μαθηματική βάση του μοντέλου. Αυτά τα κενά άνοιξαν την πόρτα για τη βελτίωση και την ενίσχυση της θεωρίας.
Ορισμός του Ουδέτερου Άξονα και Καθορισμός της Θεωρίας των Χρωμάτων
Ένα βασικό ζήτημα επικεντρώνεται στον ουδέτερο άξονα, τη γραμμή των γκρι τόνων που εκτείνεται από το μαύρο στο λευκό. Οι ορισμοί του Schrödinger βασίζονται στον τρόπο με τον οποίο τα χρώματα τοποθετούνται σε σχέση με αυτόν τον άξονα, ωστόσο ποτέ δεν τον όρισε μαθηματικά. Χωρίς αυτόν τον ορισμό, η δομή του μοντέλου στερείται επίσημης βάσης: Χωρίς έναν καθορισμένο ουδέτερο άξονα, η κατασκευή είναι τυπικά απροσδιόριστη.
Ένα από τα πιο σημαντικά επιτεύγματα της ομάδας ήταν η καθιέρωση του ουδέτερου άξονα αποκλειστικά από τη γεωμετρία της χρωματικής μέτρησης. Η επίτευξη αυτού απαιτούσε την υπέρβαση του παραδοσιακού πλαισίου Ρίμαν, σηματοδοτώντας μια σημαντική πρόοδο στα μαθηματικά που χρησιμοποιούνται για την επιστήμη της οπτικοποίησης.
Οι ερευνητές διόρθωσαν επίσης δύο επιπλέον προβλήματα. Αντιμετώπισαν το φαινόμενο Bezold-Brücke, στο οποίο η αύξηση της φωτεινότητας μπορεί να κάνει ένα χρώμα να φαίνεται ότι μετατοπίζεται σε απόχρωση. Αντί να υποθέσουν ότι τα χρώματα αλλάζουν κατά μήκος ευθειών γραμμών, υπολόγισαν τη συντομότερη διαδρομή μέσα στον γεωμετρικό χώρο. Η ίδια προσέγγιση της συντομότερης διαδρομής σε έναν μη Ρίμαν χώρο βοήθησε να ληφθούν υπόψη οι μειούμενες αποδόσεις στην αντίληψη χρώματος, όπου οι αυξανόμενες διαφορές μεταξύ των χρωμάτων γίνονται λιγότερο αισθητές με την πάροδο του χρόνου.
Προώθηση της Επιστήμης της Οπτικοποίησης και των Εφαρμογών στον Πραγματικό Κόσμο
Η εργασία, που παρουσιάστηκε στο Συνέδριο Eurographics για την Οπτικοποίηση, αντιπροσωπεύει την κορύφωση ενός ευρύτερου έργου αντίληψης χρώματος που παρήγαγε επίσης μια ορόσημο δημοσίευση του 2022 στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.
Τα ακριβή μοντέλα αντίληψης χρώματος είναι ζωτικής σημασίας για την επιστήμη της οπτικοποίησης, η οποία υποστηρίζει τομείς που κυμαίνονται από τη φωτογραφία και το βίντεο έως την προηγμένη ανάλυση δεδομένων. Η σαφής και αξιόπιστη μοντελοποίηση χρωμάτων βελτιώνει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες ερμηνεύουν σύνθετα σύνολα δεδομένων και δημιουργούν προσομοιώσεις, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που χρησιμοποιούνται στην έρευνα για την εθνική ασφάλεια. Δημιουργώντας μια ισχυρότερη μαθηματική βάση για το χρώμα σε μη-Ρίμαννο χώρο, η ομάδα έθεσε τα θεμέλια για μελλοντικές εξελίξεις στην τεχνολογία οπτικοποίησης.
www.worldenergynews.gr
