Um estudo recente liderado pelo Laboratório Nacional de Los Alamos, nos Estados Unidos, afirma ter resolvido a teoria falha da percepção das cores proposta pelo físico Erwin Schrödinger há quase um século, fornecendo uma descrição matemática completa da natureza geométrica de como os humanos percebem as cores. A equipe de pesquisa utilizou métodos geométricos para descrever a experiência de matiz, saturação e brilho do olho humano, provando que essas dimensões perceptivas são as propriedades básicas do próprio sistema de cores, e não o resultado da cultura adquirida ou da experiência de aprendizagem.

O trabalho, liderado pela cientista do Laboratório Nacional de Los Alamos, Roxana Bujack, foi relatado em grandes conferências no campo da ciência da visualização e publicado na revista Computer Graphics Forum, preenchendo um elo que faltava na visão de Schrödinger de um modelo de cores completo. A pesquisa mostra que sob o novo arcabouço matemático, matiz, saturação e luminosidade podem ser completamente definidos pela relação geométrica entre as cores, fechando assim conceitualmente este sistema teórico há muito pendente.

A visão humana das cores depende de três tipos de células cone na retina que são sensíveis às faixas vermelhas, verdes e azuis. Juntos, eles formam um “espaço de cores” tridimensional que é usado para organizar e distinguir várias cores. Já no século XIX, o matemático Riemann propôs que o espaço percebido pelos humanos pode não ser “reto”, mas possui curvatura. Na década de 1920, Schrödinger deu as definições matemáticas de matiz, saturação e luminosidade sob a estrutura da geometria Riemanniana, estabelecendo as bases para a ciência das cores subsequente.

No entanto, no processo de desenvolvimento de algoritmos de visualização científica, a equipe de Los Alamos descobriu que a teoria de Schrödinger tem fraquezas óbvias em sua estrutura matemática, tornando difícil apoiar certas aplicações precisas. Esta descoberta levou-os a realizar uma reflexão sistemática sobre o modelo tradicional e, finalmente, propôs uma estrutura geométrica revista e ampliada para tornar a teoria mais consistente com os dados medidos.

Na pesquisa, um problema fundamental a ser superado é o chamado “eixo neutro”, que é o eixo cinza do preto para o branco. A definição de Schrödinger era altamente dependente da posição da cor perto deste eixo, mas ele nunca deu uma caracterização matemática estrita deste eixo, resultando na falta de uma base formal completa para todo o modelo. A descoberta da equipe de Los Alamos foi que, pela primeira vez, o eixo neutro foi definido matematicamente de forma estrita, apenas com base nas propriedades geométricas da própria medição de cor e, no processo, rompeu as limitações da estrutura Riemanniana tradicional.

Os pesquisadores incorporaram os resultados de um grande número de experimentos de cores anteriores em espaços de cores padrão, como o CIERGB, e descobriram que as pessoas sentem subjetivamente que a superfície isocromática formada por cores com "o mesmo matiz" não se move ao longo de uma linha reta em direção a um determinado vértice. Isso mostra que as suposições sobre a estrutura geométrica do espaço de cores no modelo clássico são muito ideais, e são necessárias estruturas não retas mais complexas para representar as reais diferenças perceptivas dos humanos.

No processo de correção das falhas teóricas, a equipe também corrigiu dois outros problemas de longa data. Um deles envolve o efeito Bezold-Brugge, por meio do qual mudanças na intensidade da luz alteram a percepção subjetiva da tonalidade das pessoas. Os pesquisadores abandonaram a descrição geométrica original baseada em linhas retas e, em vez disso, usaram o “caminho mais curto” (geodésico) no espaço de cores perceptivo para descrever a distância entre as cores, refletindo assim com mais precisão a mudança de matiz que ocorre com as mudanças no brilho.

A mesma ideia de "caminho mais curto" também foi introduzida em um espaço de cores não-Riemanniano para explicar o chamado fenômeno de "retornos decrescentes de percepção": quando a diferença de cor se torna cada vez maior, a sensibilidade do olho humano à diferença não aumenta mais linearmente, e até tende à saturação. O novo modelo pode fornecer explicações quantitativas sob uma estrutura unificada, tornando a teoria mais consistente com os resultados experimentais psicofísicos.

Bujak disse que a equipe concluiu que os atributos tradicionais das cores, como matiz, saturação e luminosidade, não são rótulos anexados às cores que dependem de antecedentes culturais ou experiência de aprendizagem, mas são propriedades intrínsecas codificadas na estrutura geométrica da própria medição de cores. Na sua opinião, o novo modelo define geometricamente a “distância da cor”, que é a distância que os observadores sentem subjetivamente que duas cores estão. Ele fornece à ideia original de Schrödinger uma pedra angular matemática que estava faltando há quase cem anos.

A pesquisa, apresentada na Conferência Eurographics Visualization deste ano, é um dos primeiros passos de um projeto de visão de cores de longo prazo no Laboratório Nacional de Los Alamos. Este projeto publicou um artigo importante no Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) já em 2022. Nesta base, este trabalho avança ainda mais a modelagem do espaço de cores não Riemanniano e estabelece as bases para pesquisas de computação visual mais sofisticadas no futuro.

Acredita-se que um modelo de percepção de cores mais preciso tenha amplas perspectivas de aplicação em muitos campos. Da tecnologia de fotografia e vídeo à imagem científica e visualização de dados, a precisão dos modelos de cores afeta diretamente a clareza e a confiabilidade da apresentação das informações. A equipe de pesquisa destacou que simular com precisão a "distância da cor" nos olhos humanos ajudará os cientistas e engenheiros a fazer projetos e julgamentos visuais mais confiáveis ​​quando confrontados com dados complexos, atendendo assim a muitos campos-chave, desde simulação de alto desempenho até ciência de segurança nacional.

O artigo "A geometria da cor à luz de um espaço não-Riemanniano" foi concluído por Bujak e colaboradores Emily N. Stark, Terece L. Turton, Jonah M. Miller e David H. Rogers, e será publicado oficialmente em maio de 2025. O projeto recebeu financiamento do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido pelo Laboratório Nacional de Los Alamos e do Programa de Simulação Avançada e Computação da Administração Nacional de Segurança Nuclear.