Un estudio reciente dirigido por el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Estados Unidos afirma haber resuelto la errónea teoría de la percepción del color propuesta por el físico Erwin Schrödinger hace casi un siglo, proporcionando una descripción matemática completa de la naturaleza geométrica de cómo los humanos perciben el color. El equipo de investigación utilizó métodos geométricos para describir la experiencia del tono, la saturación y el brillo del ojo humano, demostrando que estas dimensiones perceptuales son las propiedades básicas del sistema de color en sí, más que el resultado de una cultura adquirida o una experiencia de aprendizaje.

El trabajo, dirigido por la científica del Laboratorio Nacional de Los Álamos, Roxana Bujack, se ha presentado en importantes conferencias en el campo de la ciencia de la visualización y se ha publicado en la revista Computer Graphics Forum, completando un eslabón clave que faltaba en la visión de Schrödinger de un modelo de color completo. La investigación muestra que bajo el nuevo marco matemático, el tono, la saturación y la luminosidad pueden definirse completamente mediante la relación geométrica entre colores, cerrando así conceptualmente este sistema teórico pendiente desde hace mucho tiempo.

La visión humana de los colores se basa en tres tipos de conos de la retina que son sensibles a las bandas rojas, verdes y azules. Juntos, forman un "espacio de color" tridimensional que se utiliza para organizar y distinguir varios colores. Ya en el siglo XIX, el matemático Riemann propuso que el espacio percibido por el hombre puede no ser "recto", sino que tiene una curvatura. En la década de 1920, Schrödinger dio las definiciones matemáticas de tono, saturación y luminosidad bajo el marco de la geometría de Riemann, sentando las bases para la posterior ciencia del color.

Sin embargo, en el proceso de desarrollo de algoritmos de visualización científica, el equipo de Los Alamos descubrió que la teoría de Schrödinger tiene debilidades obvias en su estructura matemática, lo que dificulta el soporte de ciertas aplicaciones precisas. Este descubrimiento los impulsó a realizar una reflexión sistemática sobre el modelo tradicional y finalmente propusieron un marco geométrico revisado y ampliado para hacer la teoría más consistente con los datos medidos.

En la investigación, un problema clave a superar es el llamado "eje neutro", que es el eje gris que va del negro al blanco. La definición de Schrödinger dependía en gran medida de la posición del color cerca de este eje, pero nunca dio una caracterización matemática estricta de este eje, lo que resultó en que todo el modelo careciera de una base formal completa. El gran avance del equipo de Los Álamos fue que, por primera vez, el eje neutro se definió estrictamente matemáticamente basándose únicamente en las propiedades geométricas de la medición del color en sí, y en el proceso rompió las limitaciones del marco tradicional de Riemann.

Los investigadores incorporaron los resultados de una gran cantidad de experimentos de color anteriores en espacios de color estándar como CIERGB y descubrieron que las personas sienten subjetivamente que la superficie isocromática formada por colores con "el mismo tono" no se mueve en línea recta hacia un vértice determinado. Esto muestra que los supuestos sobre la estructura geométrica del espacio de color en el modelo clásico son demasiado ideales y que se necesitan estructuras no rectas más complejas para representar las diferencias perceptuales reales de los humanos.

En el proceso de corregir los defectos teóricos, el equipo también corrigió otros dos problemas de larga data. Uno de ellos implica el efecto Bezold-Brugge, mediante el cual los cambios en la intensidad de la luz alteran la percepción subjetiva del tono de las personas. Los investigadores abandonaron la descripción geométrica original basada en líneas rectas y en su lugar utilizaron el "camino más corto" (geodésico) en el espacio de color perceptivo para describir la distancia entre colores, reflejando así con mayor precisión el cambio de tono que se produce con los cambios de brillo.

La misma idea del "camino más corto" también se ha introducido en un espacio de color no riemanniano para explicar el fenómeno llamado "rendimientos decrecientes de la percepción": cuando la diferencia de color se hace cada vez mayor, la sensibilidad del ojo humano a la diferencia ya no aumenta linealmente, e incluso tiende a la saturación. El nuevo modelo puede proporcionar explicaciones cuantitativas bajo un marco unificado, haciendo que la teoría sea más consistente con los resultados experimentales psicofísicos.

Bujak dijo que el equipo concluyó que los atributos de color tradicionales como el tono, la saturación y la luminosidad no son etiquetas adjuntas a los colores que dependen de antecedentes culturales o experiencias de aprendizaje, sino que son propiedades intrínsecas codificadas en la estructura geométrica de la medición del color en sí. En su opinión, el nuevo modelo define geométricamente la "distancia de color", es decir, la distancia que los observadores sienten subjetivamente que están dos colores. Proporciona a la idea original de Schrödinger una piedra angular matemática que falta desde hace casi cien años.

La investigación, presentada en la Conferencia de Visualización Eurographics de este año, es uno de los primeros pasos de un proyecto de visión del color a largo plazo en el Laboratorio Nacional de Los Álamos. Este proyecto publicó un artículo importante en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) ya en 2022. Sobre esta base, este trabajo avanza aún más en el modelado de espacios de color no riemannianos y sienta las bases para investigaciones de computación visual más sofisticadas en el futuro.

Se cree que un modelo de percepción del color más preciso tiene amplias perspectivas de aplicación en muchos campos. Desde tecnología de fotografía y video hasta imágenes científicas y visualización de datos, la precisión de los modelos de color afecta directamente la claridad y confiabilidad de la presentación de la información. El equipo de investigación señaló que simular con precisión la "distancia de color" en los ojos humanos ayudará a los científicos e ingenieros a realizar diseños y juicios visuales más confiables cuando se enfrenten a datos complejos, lo que servirá a muchos campos clave, desde la simulación de alto rendimiento hasta la ciencia de la seguridad nacional.

El artículo "La geometría del color a la luz de un espacio no riemanniano" fue completado por Bujak y sus colaboradores Emily N. Stark, Terece L. Turton, Jonah M. Miller y David H. Rogers, y se publicará oficialmente en mayo de 2025. El proyecto recibió financiación del Programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por el Laboratorio Nacional de Los Álamos y del Programa de Computación y Simulación Avanzada de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear.