薛丁格的色彩理論歷經100年終於完成

波傑克說：“我們的結論是，這些顏色品質並不是來自文化或學習經驗等額外的外部構造，而是反映了色標本身的內在屬性。” “這種測量編碼了幾何感知的顏色距離，即兩種顏色在觀察者看來的差異程度。”

透過嚴格指定這些感知特徵，研究人員提供了一個關鍵的缺失元素，有助於實現薛丁格創建獨立模型的最初目標。在這種視覺中，色調、飽和度和亮度將完全由幾何形狀和最大色彩相似度原則決定。

顏色、飽和度和亮度背後的幾何學

人類的色覺取決於眼睛中的三種視錐細胞，它們對紅光、藍光和綠光敏感。因此，科學家用稱為色彩空間的三個維度來表示顏色。 19世紀，數學家伯恩哈德·黎曼提出感知空間可以是彎曲的而不是平坦的。基於 20 世紀 20 年代的這個想法，薛丁格在這個彎曲的框架內使用數學測量系統描述了色調、飽和度和亮度。

幾十年來，薛丁格的定義塑造了對顏色的科學理解。然而，在開發科學視覺化演算法時，洛斯阿拉莫斯團隊發現了該模型數學基礎的弱點。這些差距為改進和加強該理論打開了大門。

確定中性軸並建立色彩理論

主要問題圍繞著中性軸，即從黑到白的灰色調線。薛丁格的定義是基於顏色相對於該軸的定位方式，但他從未以數學方式定義它們。如果沒有這個定義，模型的結構就缺乏形式基礎：沒有定義的中性軸，結構在形式上是不確定的。

該團隊最重要的成就之一是透過色標的幾何形狀建立中性軸。要實現這一目標需要超越傳統的黎曼框架，代表視覺化所用數學的重大進步。

研究人員也糾正了另外兩個問題。他們解決了 Bezold-Brücke 效應，即增加亮度可以使顏色看起來色調發生變化。他們沒有假設顏色沿著直線變化，而是計算了幾何空間內最短的路徑。非黎曼空間中的相同最短路徑方法有助於顏色感知的收益遞減，其中顏色之間的差異隨著時間的推移而變得不那麼明顯。

開發可視化科學和實際應用

這項工作在歐洲視覺感知會議上發表，代表了更廣泛的色彩感知計畫的頂峰，該計畫也在 2022 年發表了具有里程碑意義的論文 美國國家科學院院刊問。

準確的色彩感知模型對於視覺化科學至關重要，它支援從攝影、影片到進階資料分析等領域。清晰可靠的顏色模型改善了科學家解釋複雜資料集和建立模擬（包括國家安全研究中使用的模擬）的方式。透過為非黎曼空間中的顏色創建更強大的數學基礎，團隊為視覺化技術的未來進步奠定了基礎。

資助：這項工作得到了洛斯阿拉莫斯實驗室定向研究和開發計劃以及國家核安全管理局高級模擬和計算計劃的支持。