Una idea centenaria de Erwin Schrödinger ha dado un gran paso adelante gracias a una nueva investigación sobre cómo los humanos perciben las diferencias entre los colores.
Un equipo dirigido por la científica de Los Álamos, Roxana Bujac, utilizó la geometría para desarrollar una definición matemática de la percepción del color basada en el tono, la saturación y la luminosidad. Sus resultados, presentados en una conferencia sobre ciencia de la visualización, formalizan el modelo de color de Schrödinger y muestran que estas cualidades familiares del color están integradas en el marco de la percepción del color.
“Lo que concluimos es que estos atributos de color no surgen de construcciones externas adicionales, como experiencias culturales o aprendidas, sino que reflejan propiedades intrínsecas de la métrica del color”, dijo Bujac. “Esta métrica codifica la distancia de color percibida geométricamente, es decir, qué tan diferentes le parecen dos colores a un observador”.
Completando el rompecabezas de colores de Schrödinger
Al definir estas propiedades perceptuales de manera más rigurosa, los investigadores han proporcionado una pieza faltante en la visión de Schrödinger de un modelo matemático cerrado del color. El objetivo era determinar el tono, la saturación y la luminosidad utilizando sólo las propiedades geométricas de la mayor coincidencia de color.
La visión humana del color se basa en tres tipos de células cónicas, que se centran en el rojo, el azul y el verde. Esto da a los espacios de color tres dimensiones, lo que permite a los científicos organizar y comparar matemáticamente los colores.
En el siglo XIX, el matemático Bernhard Riemann propuso que los espacios de color perceptivos no son ni planos ni rectos, sino curvos. En la década de 1920, Schrödinger desarrolló ese concepto definiendo tono, saturación y luminosidad dentro de un modelo riemanniano de percepción del color, utilizando una métrica que describe cómo las personas perciben las diferencias de color.
Reparar una brecha matemática centenaria
Las definiciones de Schrödinger han dado forma a la ciencia del color durante casi 100 años. Pero cuando el equipo de Los Álamos estaba desarrollando algoritmos para la visualización científica, descubrieron que las matemáticas detrás del modelo tenían una debilidad crítica.
El mayor problema tiene que ver con el eje neutro, la línea gris que va del negro al blanco. Las definiciones de tono, saturación y luminosidad de Schrödinger dependen de dónde se ubica un color a lo largo de ese eje, pero nunca definió formalmente el eje.
Esa omisión crea una brecha grave. Sin una definición precisa del eje neutro, toda la construcción quedó formalmente incompleta. El avance más importante del equipo fue encontrar una manera de definir el eje neutro utilizando únicamente la geometría de la métrica de color.
Para lograrlo, los investigadores tuvieron que ir más allá del modelo tradicional de Riemann. Ese cambio representa un gran avance matemático para la ciencia de la visualización.
Un buen modelo de cómo cambian los colores.
El equipo realizó otras dos revisiones importantes del antiguo marco.
Se trata de un efecto Bezold-Brook, un fenómeno en el que los cambios en la intensidad de la luz pueden provocar que cambie el tono del color. Los investigadores abordaron esto utilizando el camino más corto en su modelo geométrico de percepción del color en lugar de confiar en una simple línea recta.
También utilizaron el camino más corto en un espacio no riemanniano para tener en cuenta los rendimientos decrecientes en la percepción del color, otro efecto que los métodos más antiguos no captan completamente.
Por qué es importante la percepción del color
La investigación se presentó en la Conferencia Eurographics sobre Visualización y se basa en un proyecto más amplio de Los Álamos sobre la percepción del color. Ese proyecto produjo un gran avance papel 2022 en Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
Un modelo más preciso de percepción del color podría tener un valor enorme en campos que dependen de colores precisos, incluida la fotografía, el vídeo, la visualización y tecnologías relacionadas. También puede mejorar la forma en que los científicos crean e interpretan datos visuales.
La visualización científica juega un papel importante para ayudar a los investigadores a comprender datos complejos. Los modelos de color avanzados pueden respaldar análisis más efectivos en muchos campos, incluida la ciencia de seguridad nacional.
El trabajo del equipo ahora proporciona una base para el futuro modelado de color en espacios no riemannianos.
Financiamiento: Este trabajo fue apoyado por el Programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio en Los Alamos y el Programa de Computación y Simulación Avanzada de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear.
