研究团队利用几何学定义了一个关键缺失元素——中性轴。
美国研究人员最终补全了理论物理学家埃尔温·薛定谔在一个世纪前提出的颜色理论中所缺失的数学拼图。该理论基于他描述人类如何感知颜色的几何模型。
20世纪20年代，这位奥地利-爱尔兰裔科学家提出一个基于视觉反应的颜色感知数学模型。他提出，人类可见的全部颜色可以映射为一个由锥细胞反应定义的三维几何形状。
现在，由洛斯阿拉莫斯国家实验室计算机科学家罗克萨娜·布亚克博士领导的研究团队，利用高等几何学证明，饱和度、色调和明度并非由文化或经验塑造。
科学家们最终完善了薛定谔的模型，并表明这些属性直接内建于人类视觉的数学结构中，而不仅仅是"观者眼中的主观感知"。
"我们的结论是，这些颜色品质并非源于额外的外部构造，如文化或习得经验，而是反映了颜色度量本身的内在属性，"布亚克说道。她解释说，该度量将颜色差异描述为可测量的几何距离。
薛定谔的颜色难题
人类视觉依赖于三色视觉，即使用视网膜中的三种锥细胞（感光细胞）——红、绿、蓝——来检测波长并产生色觉。19世纪，德国数学家波恩哈德·黎曼首次提出，这些感知空间并非平直的，而是弯曲的。
到了20世纪20年代，薛定谔定义了色调、饱和度和明度这些感知属性。他在其黎曼几何框架中提出，这些品质源于颜色感知的度量。他的定义为一个世纪以来理解颜色属性提供了框架。
然而，在为科学可视化开发算法的过程中，研究人员发现了薛定谔数学基础中的缺陷。这为进一步完善颜色感知的数学理解打开了大门。
研究团队发现，中性轴——即从黑到白的灰色调轴线——是一个主要问题。他们意识到，薛定谔实际上从未从数学上定义过这个轴，尽管他的定义都依赖于颜色相对于该轴的位置。
填补空白
为了定义中性轴，研究团队在黎曼模型之外进行了探索。这标志着可视化数学领域的一项重大突破。他们还修正了另外两个效应。
他们还处理了贝措尔德-布吕克效应，即亮度增加可能使颜色看起来色调发生变化的现象。研究团队通过在他们的颜色感知几何模型中使用最短路径（而非直线路径）来解决这个问题。
科学家们还在非黎曼空间中使用最短路径，以解释颜色感知中的收益递减现象。"理解颜色感知是可视化科学的重要组成部分，这是一项关键能力，为许多有益的探索提供信息，"他们在一份声明中总结道。
他们的这项研究已在欧洲图形学会可视化会议上展示，标志着一个关于颜色感知项目的完成。同一个项目在《美国国家科学院院刊》上发表过一项开创性研究。
他们目前的论文已发表在《计算机图形论坛》上，该杂志是欧洲图形学会的官方期刊。
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